近幾年，越來(lái)越多的因素要求汽車、家電以及制冷空調(diào)要具有更好更高的功效。
《京都議定書》中明確指出要減少引起氣候變化的溫室氣體排放。與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的還有不斷增長(zhǎng)的能源成本。在世界各地，受新興工業(yè)化國(guó)家所驅(qū)動(dòng)，能源（石油、天然煤氣、電力）的需求也在不斷增加。這些需求的增加造成了在過(guò)去幾個(gè)月里我們有目共睹的能源（電力和石油）價(jià)格的大幅度上漲。這是如何影響工作在制冷行業(yè)中的工程師們的？而工程師們又是如何做出反應(yīng)的呢？解決方案的關(guān)鍵是改進(jìn)新近設(shè)計(jì)、制造的冷卻系統(tǒng)的效率。
制冷劑中潤(rùn)滑油的作用
關(guān)于潤(rùn)滑油濃度比（OCR）對(duì)制冷系統(tǒng)效率的影響，已經(jīng)做了大量的研究。事實(shí)上，起到壓縮機(jī)潤(rùn)滑和密封作用的潤(rùn)滑油在整個(gè)制冷系統(tǒng)不可避免地會(huì)留下痕跡。即使只有很小量潤(rùn)滑油在系統(tǒng)內(nèi)被檢測(cè)到，數(shù)量一定會(huì)隨時(shí)間和機(jī)械部件磨損的不斷擴(kuò)大而增加。OCR是如何變成人們關(guān)注的對(duì)象的呢？許多研究已證明制冷劑中含有少量的油將會(huì)增加系統(tǒng)的效率，但是混合物中的油含量達(dá)到一定水平時(shí)，性能將大幅降低。而一些系統(tǒng)隨著混合物中油含量過(guò)低時(shí)（<1%），效率也會(huì)降低。眾所周知，熱傳導(dǎo)會(huì)受制冷劑、油的類型以及管束設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的影響。即使制冷劑中油的濃度很低，也會(huì)對(duì)蒸發(fā)作用的熱傳導(dǎo)系數(shù)有巨大的影響。從來(lái)自ASHRAE（美國(guó)采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)）的RP-751研究結(jié)果來(lái)看，我們可以清晰地評(píng)定OCR在熱傳導(dǎo)中的重要性（請(qǐng)見(jiàn)表1*中的參數(shù)）。 不同的制冷劑和油類型，OCR的影響也是差別很大的。在R134a的制冷劑中油含量為1%到2%時(shí)，傳熱系數(shù)將降低30 ％ ，當(dāng)油含量為5%到15％時(shí)，傳熱系數(shù)將降低40%-50%。
要充分地控制HVAC（采暖通風(fēng)與空調(diào)）系統(tǒng)的功效，就需嚴(yán)格控制制冷劑中油的含量。油濃度比的精確控制將改善系統(tǒng)的功效和降低使用成本?？刂芆CR的第一步就是要精確檢測(cè)OCR。
檢測(cè)油濃度比會(huì)帶來(lái)很多好處，不僅僅用于在熱量測(cè)量計(jì)和鑒定測(cè)試臺(tái)上的新系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，也用于HVAC系統(tǒng)的實(shí)際工作連續(xù)監(jiān)控中。在設(shè)計(jì)階段獲取的參數(shù)將用于：
- 甄選新型和有利環(huán)保的制冷劑；
- 鑒定管束設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；
- 油分離器和凈化器性能評(píng)價(jià)；
- 開(kāi)發(fā)維修程序等等。
而連續(xù)檢測(cè)油濃度比可用于：
- 準(zhǔn)確編排維修時(shí)間表，以減少由維修而造成的停機(jī)時(shí)間；
- 給出油分離和凈化器的性能指示，有助于控制和了解系統(tǒng)。
OCR的有效檢測(cè)
檢測(cè)制冷劑中油含量常用的方法就是取樣稱重法。然而，該方法是耗費(fèi)時(shí)間的，在系統(tǒng)中取出一定量的油和制冷劑，而且所得的結(jié)果不能反映實(shí)時(shí)的現(xiàn)象。因此，很多人試圖開(kāi)發(fā)其它方法來(lái)取代這一傳統(tǒng)檢測(cè)方法，以明確量化混合物的確切成分。多年來(lái)， 已經(jīng)研究出大量的技術(shù)方法來(lái)成功實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)冷卻系統(tǒng)中處于工作狀態(tài)的流體的濃度。這些方法包括廣泛的光譜技術(shù)；從液體密度檢測(cè)到聲速法、光吸收法、非傳導(dǎo)性常數(shù)法、最后是折射率測(cè)量法。然而， 并非所有這些技術(shù)都是令人完全滿意的，并使人確信得出的結(jié)果是有價(jià)值的。因此，由光纖折射率傳感器（FRI）和信號(hào)調(diào)理器組成的系統(tǒng)能測(cè)量OCR。該OCR檢測(cè)解決方案滿實(shí)現(xiàn)了工作在制冷領(lǐng)域的工程師們提出的檢測(cè)要求。
- 首先，油濃度比的分辨率高于0.04 ％。最近，由Danfoss Commercial Compressor公司和第三方實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合做的一系列實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)光纖折射率傳感器FRI與FTI-10單通道信號(hào)調(diào)理器一起使用來(lái)檢測(cè)R 410a制冷劑中POE油含量時(shí)，分辨率可達(dá)0.036 ％。
- 其次，傳感器容易安裝于冷卻系統(tǒng)中。FRI-NP傳感器安裝在不銹鋼棒上（ 1 / 8 " ）,該棒可以與Swagelock的NPT連接件一起提供。有些客戶喜歡使用自己選定的連接件（如CONAX公司的或其它公司的） ，這通常是很容易固定在SS傳感器棒上的。這種安裝方法， 系統(tǒng)的干擾小，結(jié)果也很好地體現(xiàn)了實(shí)際情況。如果客戶需要，也可以提供直徑小于0.032英寸（ 0.8毫米）的祼版折射率傳感器(FRI-BA),可將此裸版?zhèn)鞲衅靼惭b進(jìn)更細(xì)的管中，用于FRI-NP傳感器尺寸不便安裝的地方。這兩種傳感器均可直接地進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)。
- 此外，系統(tǒng)的采集速率和通道數(shù)均可靈活選擇。采樣速率為10HZ的FTI-10是個(gè)單通道信號(hào)調(diào)理器。而UMI– 4和 UMI – 8為多通道信號(hào)調(diào)節(jié)器，分別提供4個(gè)點(diǎn)和8個(gè)點(diǎn)的折射率檢測(cè)。眾所周知，在新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，要關(guān)注冷卻系統(tǒng)中不同位置的潤(rùn)滑油含量比是如何變化的。這樣通過(guò)一個(gè)多通道信號(hào)調(diào)節(jié)器可以進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，同時(shí)記錄采集的數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了多通道的這一優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)瞬態(tài)速度和測(cè)試持續(xù)時(shí)間， 可以修改采樣速率和光譜通帶濾光器以優(yōu)化測(cè)試結(jié)果。這些調(diào)整可以使用FISOCommander軟件或通過(guò)RS - 232的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。按照系統(tǒng)配置，客戶可以得到文本格式的數(shù)據(jù)，這很便于處理和分析測(cè)試結(jié)果。此外，也可向有自己數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的用戶提供模擬量輸出信號(hào)。
- 最后，信號(hào)調(diào)理器采用的白光法布利-比羅特技術(shù)對(duì)由小的光纖彎曲直徑、長(zhǎng)距離和多處連接造成的光信號(hào)損失和波動(dòng)有很強(qiáng)的容錯(cuò)性。另外，信號(hào)調(diào)理器的傳感器診斷功能為開(kāi)始進(jìn)行一系列測(cè)試之前提供了傳感器狀態(tài)的進(jìn)一步顯示信息。
除了以上這些優(yōu)點(diǎn)外，F(xiàn)ISO公司還為儀器儀表領(lǐng)域提供了解決方案。 例如用于檢測(cè)溫度， 壓力和應(yīng)變的光纖傳感器和信號(hào)調(diào)節(jié)器。用精度高達(dá)0.15°C的溫度傳感器和分辨率50Pa的壓力傳感器可以解決很多問(wèn)題。FISO公司有多種信號(hào)調(diào)理器， 例如10Hz單通道的、多通道的（有些可多達(dá)32個(gè)20Hz通道）以及200kHz的信號(hào)調(diào)理器。這種配置的多樣性很受實(shí)驗(yàn)室、儀器儀表、度量及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的工程師和科學(xué)家們的喜愛(ài)。還有，值得一提的是，同一信號(hào)調(diào)理器可接檢測(cè)不同參數(shù)的光纖傳感器，這是FISO公司現(xiàn)有多種解決方案中又增添的一大特點(diǎn)。
傳感器技術(shù)
FISO量化制冷劑中油含量的解決辦法是基于折射率檢測(cè)的方法。當(dāng)光纖傳感器安裝在混合物中時(shí)，被測(cè)液體填充于FP腔中，F(xiàn)P腔長(zhǎng)度的變化與被測(cè)液體的折射率（RI）成正比例關(guān)系。被測(cè)RI相對(duì)的有效折射率為信號(hào)調(diào)理器光源的光譜分布所涵蓋。它的中心波長(zhǎng)處于800 nm左右。首先，用戶要校正并找到折射率與油/制冷劑混合物標(biāo)樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系。然后，這些初始數(shù)據(jù)將被用于建立校準(zhǔn)公式或校準(zhǔn)表。即使系統(tǒng)對(duì)廣的油濃度范圍進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，也要限制校準(zhǔn)范圍，以提升精度。
信號(hào)調(diào)理技術(shù)
FISO公司的白光正交相關(guān)儀(White-light Cross-Correlator) 提供了具有實(shí)力的測(cè)量FP腔絕對(duì)長(zhǎng)度的方法。此法的測(cè)量結(jié)果具有準(zhǔn)確度、好的線性和一致性。
如圖所示，寬帶光源發(fā)出的光發(fā)射到2x2耦合器的一個(gè)臂上，然后傳到FP儀。經(jīng)由FP儀波長(zhǎng)調(diào)制的光信號(hào)被反射回信號(hào)調(diào)理器，聚焦成一線，經(jīng)白光正交相關(guān)儀傳輸之后，由線性CCD組合器檢測(cè)。白光正交相關(guān)儀就象一個(gè)立體分布的FP腔，其腔的長(zhǎng)度沿著橫向位置而變。面對(duì)CCD組合器，每一個(gè)像素都與預(yù)定義的類似于FP的腔長(zhǎng)度有關(guān)。因此儀器工作起來(lái)就像一臺(tái)立體長(zhǎng)度可變的光學(xué)正交相關(guān)儀。例如，假定FP儀的腔長(zhǎng)度為d微米, 由該FP儀所反射的光被傳送到d微米長(zhǎng)度的CCD組合器的像素上，即立體分布的FP腔的橫向位置上長(zhǎng)度為d微米。如圖所示，F(xiàn)P腔長(zhǎng)度的變化被轉(zhuǎn)化成感應(yīng)最大傳送值的像素的位移量。該技術(shù)提供了傳感器FP腔長(zhǎng)度的測(cè)量。
FISO公司利用完全集成的基于有形的絕緣體涂層沉淀技術(shù)的光學(xué)正交相關(guān)儀。在很寬溫度范圍和長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
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