光电耦合在线测霜技术的可行性试验研究

　　空调、制冷设备在运行过程中,存在除霜时机不够准确,/误除霜0事故频发的问题[1]./误除霜0有两种表现,一种是换热器上并未结霜,而设备却根据除霜控制参数的反馈,进行除霜,可称之为/无霜除霜0;另一种表现为换热器上已结霜,但设备并未除霜,可称之为/有霜不除0.这两种/误除霜0事故经常发生.文献[2]显示,空气源热泵冷热水机组除霜能耗占总能耗的1012%,而大约27%的除霜操作是在翅片表面结霜不严重、不需要除霜的情况下进行的.对霜层厚度无法直接测量是导致上述问题的直接原因.研究人员可利用/显微成像技术0和/千分尺测微技术0,在实验室中对霜层厚度进行准确测量[3-6],但针对实际空调、制冷设备,尚缺乏有效的测霜技术,目前空调、制冷设备只能通过/定时除霜0、/温度-时间0等间接除霜判据判断是否应该除霜.可见,先进的/霜层厚度监测与除霜控制策略0是解决空调、制冷设备/误除霜0事故频发的关键.本文将光电子领域的光电耦合理论引入霜层厚度监测技术中,通过试验的方法,进行光电耦合在线测霜技术的可行性研究,研究结果显示,该技术是一种行之有效的直接测霜方法,可准确监测霜层的生长高度,具有较高的实用价值和较强的发展潜力.

　　1 光电耦合器原理

　　光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种/电)光)电0转换器件,通常由发射器和接收器两部分组成.其工作原理如图1所示.发射器将外部电压信号转换成相同规律的光信号,完成电)光转换,而接收器接收发射器发出的光信号,并将其转换为电压信号输出,整个过程中,光作为媒介,实现电)光)电的转换与传输.当中间媒介光介质被局部或全部遮挡,如换热器表面开始结霜时,霜层的生长遮挡了光介质的传播,接收器的输出电压随即发生变化,通过输出电压的变化即可判断冷表面上霜层的生长情况.

　　2 试验装置及过程

　　光电耦合测霜试验台主要是为了验证新技术的可行性而建设的,试验台主要由光电耦合器、半导体制冷片、散热片、试验铜片、直流稳压稳流电源、冷却水槽及Agilent数据采集仪等设备组成,试验仪器规格参数如表1所示.

　　采用ETC1-12709型半导体制冷片,尺寸为5cm0139cm,额定电压为1514V,最大制冷量为80W.采用DH1718E-6型双路数显直流稳压稳流电源,输出电压0)32V,电流0)10A.试验铝片采用带5片翅片的铝板,翅片间距为019cm.光电耦合器的发射器和接收器通过固定支架连接在一起,两感应器的透镜间距为4cm.试验过程中,将光电耦合器固定在试验铝片的翅片间,通过调整透镜与翅片边缘的距离,可测试光电耦合器对不同既定霜高判定的有效性(如图2所示).一旦换热器开始结霜,中间媒体光介质被局部或全部遮挡,则接收器的输出电压随即发生变化,输出电压由Agilent数据采集仪采集,并由计算机下载记录.当输出电压达到最小值,且保持不变时,可知霜层高度已达到既定霜高.