Тестер холодильної системи

Реферат: Тестер холодильної системи, до складу якого входять три програмовані цифрові термометри, високоточна інтегральна схема лічильника електричної енергії з датчиками струму і напруги живлення мотор-компресорного агрегату, контролер із встановленою програмою щодо ініціалізації датчиків приладу, їх опитування у реальному часі та передачі даних теплоенергетичних випробувань через драйвер і комбінований порт до комп'ютера, де встановлено програму автоматизованого керування тестуванням, обробки та візуалізації масивів вимірюваних даних у віртуальному середовищі монітора. У контролері встановлено програму автоматизованого керування тестуванням холодильної системи протягом одного циклу роботи мотор-компресорного агрегату, ініціалізації і опитування датчиків тестера, прийому, зберігання і обробки у реальному часі даних тестування та потокову передачу на рідино-кришталевий дисплей значень результатів вимірюваних даних - трьох температур у холодильній системі, активної потужності і електричної енергії споживаної мотор-компресорним агрегатом та розрахованого показника класу енергетичної ефективності. UA 95981 U (54) ТЕСТЕР ХОЛОДИЛЬНОЇ СИСТЕМИ UA 95981 U UA 95981 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель, що заявляється, належить до галузі вимірювальної техніки приладів холодильної промисловості, а саме до пристроїв тестувань показників ефективності роботи, класу енергоспоживання холодильної системи під час проведення її теплових випробувань, а також може бути застосована як основний пристрій при проведенні технічного нагляду за дотриманням вимог з ефективного використання холодильною системою електричної енергії по місцю її встановлення або під час регламентного обслуговування та після ремонту. Відомий напівавтоматичний комплекс з тестувань холодильної системи побутового холодильника шляхом проведенням його теплоенергетичних випробувань [Гейер Г.В., Красовский И.Н., Афанасенко В.И. Измерительно-вычислительная система для исследований холодильной техники // Прогрессивная техника и технология машиностроения. Тезисы докладов международной научно-технической конференции. 12-15 сентября 1995 г. - Донецк: ДонГТУ, 1995. - С. 338.]. Основу комплексу складають модулі мікроконтролерів серії I-700 фірми ІСР DAS, Тайвань, програмне забезпечення TRACE MODE 5 фірми AdAstra Resesrch Group, Москва, вимірювально-обчислювальний комплекс ІВК, а також три датчики температури, електровимірювальні прилади і лічильник електричної енергії, які встановлюються вручну. Комплекс у реальному часі і напівавтоматичному режимі - під керуванням обслуговуючого персоналу, виконує моніторинг таких показників ефективності роботи холодильних систем, як: температури - термоперетворювачами опору ТСМ-8114 або ТСМ-0987, встановленими у трьох реперних точках холодильних шаф; потужності споживаної мотор-компресорним агрегатом холодильної машини - ватметром; спожитої електроенергії - лічильником типу И440 і кількості циклів включення виключення компресора - лічильником типу СЕІ-1, та забезпечує зберігання зчитуваних масивів даних і результатів їх обробки у відповідності до вимог встановлених діючими вітчизняними стандартами [ДСТУ 2295-93. Прилади холодильні електричні побутові. Загальні технічні умови. ДСТУ 3023-95. Прилади холодильні побутові. Експлуатаційні характеристики та методи випробувань]. Холодильну систему вважають такою, що пройшла комплексне тестування при визначеній температурі оточуючого середовища, якщо температури в шафах і відділеннях холодильника, споживана електроенергія і кількість циклів включень компресора відповідають узагальненим вимогам до моделі холодильної системи. Обробка отриманих результатів тестувань виконується уручну. Суттєвим недоліком напівавтоматичного комплексу з тестувань холодильної системи є: - висока собівартість комплектуючих, великі габаритні розміри комплексу і складність в обслуговуванні; - використання можливе лише в стаціонарних лабораторних умовах його розташування і кваліфікованим обслуговуючим персоналом; - відсутність комплексного показника класу енергетичної ефективності холодильної системи і методу його визначення за результатами тестувань; - метрологічні характеристики застосованого обладнання ускладнюють проведення випробувань за умови європейських і міжнародних стандартів; - початок і кінець тестування ефективності холодильної системи, а також обробка і аналіз результатів виконуються уручну - без видачі контрольного протоколу; - живлення холодильної системи під час тестування здійснюється незалежно від живлення вимірювальних приладів, що ускладнює синхронне зчитування показників ефективності побутового холодильника; - тривалість тестування - до чотирьох годин, спричиняє значні витрати електричної енергії; - непридатність у застосуванні при технічному обслуговуванні або після дрібного ремонту холодильної системи. Відомий модернізований автоматизований пристрій з тестувань холодильної системи побутового холодильника, впроваджений у холодильній промисловості на ПАТ «УкрНДІ ПобутМаш» холдингу «Група Норд (м. Донецьк)», який не поступається за вартістю напівавтоматичному комплексу оскільки його побудовано на тій же базі модулів серії I-700 фірми ІСР DAS, Тайвань із програмним забезпеченням TRACE MODE 5 фірми AdAstra Resesrch Group, Москва. Пристрій потребує лабораторних умов його розташування, кваліфікованого обслуговуючого персоналу, але в ньому вперше застосовано штучну мережу «датчик мікропроцесор - комп'ютер», яка забезпечує повну автоматизацію процесу отримання, збереження даних теплових випробувань і видачі контрольного протоколу з результатами [ДСТУ 3023-95. Прилади холодильні побутові. Експлуатаційні характеристики та методи випробувань]. У пристрої покращені метрологічні характеристики обладнання через застосування аналогових датчиків температури - термоперетворювачів опору НСХМ-50М, лічильника електричної енергії «Енергія-9» типу CTK1-10.BU1M із програмою відстеження значень напруги, струму, потужності споживаної двигуном компресора та з телеметричним 1 UA 95981 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 імпульсним виходом, електронним оптичним портом і інтерфейсом RS-485 для приєднування до комп'ютера при виготовлені контрольного протоколу. Головними елементами автоматизованого пристрою є аналого-цифровий перетворювач вимірюваних величин температури, керуючий роботою пристрою програмований контролер, виконаний на базі одно кришталевої мікро-ЕОМ із оперативним запам'ятовуючим пристроєм типу MM K8575 та інтерфейс RS-485. Під час застосування пристрою не автоматизованими залишаються процедури встановлення і зняття термометрів опору та включення і виключення холодильного апарату. Суттєвим недоліком автоматизованого пристрою з тестувань холодильної системи є: - висока собівартість комплектуючих, значні габаритні розміри пристрою і складність в обслуговуванні; - тестування можливо проводити тільки в стаціонарних лабораторних умовах його розташування і кваліфікованим обслуговуючим персоналом; - живлення холодильної системи під час тестування здійснюється незалежно від живлення вимірювальних приладів, що ускладнює синхронне зчитування показників ефективності побутового холодильника; - чотиригодинне тестування холодильної системи супроводжується значними витратами електричної енергії; - непридатність під час технічного обслуговуванні холодильника за місцем його встановлення у споживача і після ремонту - в мережі сервісного обслуговування. Найбільш близьким за технічною реалізацією до корисної моделі є аналізатор енергетичної ефективності, виконаний переносним, який, після включення у мережу живлення, розміщення цифрових термометрів і підключення до нього холодильної системи автоматично тестує її під час теплоенергетичних випробувань за допомогою запрограмованого комп'ютера, забезпечуючи синхронність зчитувань показників ефективності роботи побутового 7 холодильника [Пат. № 56237 Україна, МПК (2011.01) G01K 17/16 (2006/01) G01R 22/00. Аналізатор енергетичної ефективності холодильного апарату / Байдак Ю.В., Шпуряка О.П.; № u2010 06729; заявл. 01.06.10; опубл. 10.01.2011, Бюл. № 1.]. Аналізатор має три програмовані цифрові термометри типу TCN75, які уручну встановлюють у трьох реперних точках холодильних шаф, і зібрані у єдиному блоці - високоточну інтегральну схему лічильника електричної енергії типу ADE7755ARS, програмований контролер типу AT89C52-L із встановленою програмою по ініціалізації пристроїв, датчиків приладу, їх опитуванню у реальному часі та передачі результатів теплоенергетичних випробувань через драйвер типу МАХ232А до віртуального вимірювального пристрою вищого рівня ієрархії - комп'ютера. Після увімкнення аналізатора до мережі живлення його контролер через комбінований порт RS232 підключається до комп'ютера в якому встановлено керуючу програму, написану на мові Visual Basic Application у програмному середовищі EXCEL.EXE. Комп'ютер за керуючою програмою автоматично запускає теплоенергетичні випробування і у реальному часі одного циклу роботи мотор-компресорного агрегату збирає, обробляє данні тестувань температур, активної потужності, електричної енергії, часу циклу та розміщує їх на моніторі, виконує їх аналіз і, у тому числі, аналітичний розрахунок класу енергетичної ефективності холодильної системи за показником електричного холодильного коефіцієнту, оформлює протокол тестувань. Суттєвим недоліком аналізатора енергетичної ефективності з тестувань холодильної системи є: - тестування побутових холодильників за повною програмою теплоенергетичних випробувань з видачею контрольного протоколу не завжди непотрібне за місцем їх встановлення, роботи та під час технічного обслуговування або дрібного ремонту; - значна кількість різноманітних показників ефективності і їх масивів даних, для збирання, обробки та зберігання яких застосовано потужний комп'ютер, не є важливішими показниками роботи холодильної системи у порівнянні з кількісним показником - класом енергетичної ефективності; - обов'язковою умовою застосування аналізатора є наявність у його складі комп'ютера з керуючою програмою і принтера для оформлення протоколу результатів тестування холодильної системи. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлено задачу усунути зазначені недоліки шляхом створення тестера холодильної системи з мультимедійною візуалізацією показників ефективності роботи холодильної системи побутового холодильника на рідинно-кришталевому дисплеї, в контролер якого закладено всю програму тестувань за діючим стандартом ДСТУ 3023-95. Початок і кінець тестування виконується автоматично після встановлення цифрових термометрів, подачі живлення і активізації керуючої програми в контролері застосованому в 2 UA 95981 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 тестері. Результати тестування холодильної системи такі, як три температури у реперних точках шаф холодильної системи, активна потужність мотор-компресорного агрегату і спожита ним електрична енергія виводяться потоком у реальному часі на рідинно-кришталевому дисплеї, а показник класу енергетичної ефективності холодильної системи розраховується і висвітлюється після завершення одного циклу її роботи в упорядкованому режимі. Надто малі розміри комплектуючих тестера холодильної системи дозволяють вбудовувати їх в архітектуру існуючих тестерів з рідинно-кришталевими дисплеями, які застосовують при вимірюванні електричні величини - опору, струму, напруги, температури тощо. Поставлена задача вирішується тим, що аналізатор енергетичної ефективності холодильного апарату, до складу якого входять три програмовані цифрові термометри, високоточна інтегральна схема лічильника електричної енергії з датчиками струму і напруги живлення мотор-компресорного агрегату, контролер із встановленою програмою щодо ініціалізації датчиків приладу, їх опитування у реальному часі та передачі результатів теплоенергетичних випробувань через драйвер і комбінований порт до комп'ютера, де встановлено програму автоматизованого керування тестуванням, обробки та візуалізації масивів вимірюваних даних у віртуальному середовищі монітору, який, згідно з корисною моделлю, що заявляється, виконано у вигляді тестера холодильної системи, через який побутовий холодильник приєднується до мережі живлення, та таким, що має контролер із встановленою програмою автоматизованого керування тестуванням холодильної системи протягом одного циклу роботи мотор-компресорного агрегату, ініціалізації і опитування датчиків тестера, прийому, зберігання і обробки у реальному часі даних тестування та потокову передачу на рідинно-кришталевий дисплей значень результатів вимірюваних даних - трьох температур у холодильній системі, активної потужності і електричної енергії споживаної моторкомпресорним агрегатом та розрахованого показника класу енергетичної ефективності. Відмінними ознаками корисної моделі, що заявляється, є мобільність у застосуванні, 3 автономність у роботі, малий розмір 100×60×25 мм і низька собівартість до 100 гривень надають їй нові можливості, а саме: для підприємства виробника - легко встановлювати і знімати на кожний побутовий холодильник при потоковій їх атестації; для споживача проводити технічний нагляд за дотриманням вимог з ефективного використання холодильником спожитої електричної енергії за місцем його використання у побуту і соціальній мережі харчових магазинів; для служб сервісного обслуговування - здійснювати оцінку ефективності виконаних робіт після ремонту або регламентного обслуговування. Застосований контролер запрограмований не тільки на проведення теплових випробувань із визначення основних показників ефективності роботи холодильника, що відповідає вимогам діючого стандарту ДСТУ 3023-95, але і на розрахунок класу його енергетичної ефективності за показником електричного холодильного коефіцієнта, а відтак буде корисним у навчальному процесі при підготовці фахівців відповідного профілю і при проведенні наукових досліджень із вивчення впливу інновацій в холодильну систему на її ефективну роботу. Виходячи з описаного рівня техніки, видно, що вказані відмінності корисної моделі, що заявляється, є новими. Загальний час тестування холодильної системи побутового холодильника, включаючи визначення показника його класу енергетичної ефективності, залежить від температури оточуючого його середовища, завантаження корисного об'єму шаф об'єктами охолодження, але дорівнює тривалості одного циклу роботи мотор-компресорного агрегату і, в середньому, знаходиться в межах 8...12 хвилин. Всі процедури з проведення досліджень холодильної системи побутового холодильника, за винятком розміщення трьох датчиків температури у шафах, повністю автоматизовані, а незначні загальні розміри тестера 100×60×25 мм роблять його переносним пристроєм. На кресленні в межах переривчастих ліній подано схему корисної моделі, що заявляється, і виділену окремо холодильну систему, що тестується, з вказівкою місць встановлення цифрових термометрів. До складу тестера холодильної системи входять: три програмовані цифрові термометри (3) типу DS18B20, 64-бітний послідовний код яких дозволяє взаємодіяти із багатьма такими ж датчиками, встановленими на спільній шині даних; програмований 8-розрядний RISC контролер (4) типу ATmega32A; порт (5) типу СОМ1 для програмування контролера на виконання програми з тестувань - початок, прийом і обробка результатів зчитування показників ефективності роботи холодильної системи та зупинка; високоточна інтегральна схема лічильника електричної енергії (9) типу ADE7755ARS, з датчиками струму TZ-77 і напруги живлення на резисторах R7 та R8 та з частотного виходу CF якої сигнал, що несе інформацію про миттєве значення активної потужності, надсилається до контролера (4), в якому активна потужність розраховується за 3 UA 95981 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 формулою «середня частота = середня активна потужність = показання лічильника/показання таймера»; малопотужний блок постійного струму (1) типу 1LM7805; джерело формувань тактових сигналів (6) - кварцовий генератор Сr1; рідинно-кришталевий дисплей (2) типу RC 1602 B-GKY-CSX для цифрової візуалізації у часі показників трьох температур, активної споживаної потужності, енергоспоживання та, наприкінці тестування, аналітично розрахованого класу енергетичної ефективності холодильної системи. Тестер холодильної системи працює таким чином. До початку тестування холодильної системи (7) побутового холодильника три цифрові термометри (3) встановлюють уручну по одинці: U1 - на ділянці випаровування хладону у випарнику щільним приляганням до його поверхні; U3 - у повітрі всередині об'єму шафи охолодження; U2 - у повітрі всередині об'єму випарника. Після цього вхідні кінці АС220В пристрою тестера вмикаються у однофазну побутову мережу живлення. Увімкненням двохполюсного вмикача SA2 живлення подається до малопотужного блока (1) тестера для живлення усіх його ланок постійною напругою ±5В та ±12В, а саме: контролера (4), високоточної інтегральної схеми лічильника електричної енергії (9), рідинно-кришталевого дисплея (2), цифрових термометрів (3). Водночас контролером (4) розпочнеться ініціалізація портів входів/виходів, рідинно-кришталевого дисплея, таймерів та переривань. Наступним кроком програма тестування входить у підпрограму обробки стану кнопок S1 і S2, за допомогою яких у її тіло вручну вводиться інформація про конкретний випарник побутового холодильника, а саме: результат множення питомої теплоємності металу випарника на його питому вагу і товщину ребра металу, якщо він коробчастий, або товщину стінки трубки, якщо він трубчастий, і, окремо, площа його поверхні. Ці дані про випарник холодильної системи можна занести у програму тестування заздалегідь, наприклад, поки вона не включена або протягом часу її входу в упорядкований режим роботи. Якщо дані про випарник було занесене раніше, то на запитання контролера - змінювати їх чи ні, яке висвітиться на рідинно-кришталевому дисплеї, слід вибрати відповідь «так/ні». Після введення коефіцієнтів або відмови від їх введення при умові, що програма застосує минулі значення коефіцієнтів, вона переходить до ініціалізації цифрових термометрів (3), які обмінюються даними з контролером (4) по 1-Wire шині, керуються ним, а результати висвітлюються на екрані рідинно-кришталевого дисплея. Діапазон вимірюваних температур програмованих цифрових термометрів від -55 °С до +125 °С при чуттєвості 0,5 °С. По завершенню ініціалізації термометрів програма входить у нескінченний цикл, в якому вона кожну секунди опитує їх, а також звертається до запрограмованої математичної моделі щодо розрахунку активної потужності, електричної енергії. Вихідні температурні дані калібровані у градусах Цельсія. Вони щосекунди з'являтимуться на рідинно-кришталевому дисплеї і запам'ятовуються як 16-бітове число зі знаком. Усі операції на шині (1-Wire bus) починаються з послідовності ініціалізації, до якої входить імпульс скидання, що надходить від пристрою управління шиною і супроводжується імпульсом присутності, що надходить від підпорядкованих пристроїв. Наступним кроком у роботі тестера холодильної системи є увімкнення двополюсного вмикача SA1 для подачі напруги живлення до мотор-компресорного агрегату (8) холодильної системи (7), що тестується. Через деякий час вона входить в упорядкований режим роботи, якому відповідає стале значення температури +5 °С на рідинно-кришталевому дисплеї з датчика сенсора U3 у шафі охолодження. Подальша робота мотор-компресорного агрегату (8), при незмінній температурі оточуючого середовища, стає циклічною. Після чергового вимкнення мотор-компресорного агрегату (8) холодильної системи (7) побутового холодильника, вимкненням та увімкненням двополюсного вмикача SA2 на рідинно-кришталевому дисплеї скидаються дані тестувань побутового холодильника під час неупорядкованого режиму роботи холодильної системи, а саме спожита нею електрична енергія. Після цього запуск програми тестувань трьох температур, споживаної мотор-компресорним агрегатом активної потужності, розрахунок спожитої холодильною системою електричної енергії починається автоматично і відразу після чергового включення мотор-компресорного агрегату (8) із їх відліком на рідиннокришталевому дисплеї (2). Після завершення робочого циклу мотор-компресорного агрегату (8) і його вимкнення контактом терморегулятора побутового холодильника, тестування холодильної системи (7) продовжується до наступного його включення, як то запрограмоване через порт (5) у контролері (4) у відповідності до методу розрахунку електричного холодильного коефіцієнта. Після появи на мультимедійному екрані рідинно-кришталевого дисплея показника електричного холодильного коефіцієнта програма тестувань автоматично завершується і переходить у стан чекання. Застосування тестера за призначенням можливе при умові, що номінальна активна потужність мотор-компресорного агрегату холодильної системи не перевищує 500 Вт та застосований контролер здатен розмістити керуючу теплоенергетичним тестуванням програму. 4 UA 95981 U Виконання тестера холодильної системи згідно до опису і його застосування під час теплоенергетичних випробувань побутових холодильників типу КШ-160 і КШД-239 виробництва ПАТ «УкрНДІ ПобутМаш» холдингу «Група Норд (м. Донецьк)» підтвердили зазначені у описі переваги корисної моделі порівняно із пристроєм аналогом, а також його надійність у роботі. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Тестер холодильної системи, до складу якого входять три програмовані цифрові термометри, високоточна інтегральна схема лічильника електричної енергії з датчиками струму і напруги живлення мотор-компресорного агрегату, контролер із встановленою програмою щодо ініціалізації датчиків приладу, їх опитування у реальному часі та передачі даних теплоенергетичних випробувань через драйвер і комбінований порт до комп'ютера, де встановлено програму автоматизованого керування тестуванням, обробки та візуалізації масивів вимірюваних даних у віртуальному середовищі монітора, який відрізняється тим, що у контролері встановлено програму автоматизованого керування тестуванням холодильної системи протягом одного циклу роботи мотор-компресорного агрегату, ініціалізації і опитування датчиків тестера, прийому, зберігання і обробки у реальному часі даних тестування та потокову передачу на рідино-кришталевий дисплей значень результатів вимірюваних даних - трьох температур у холодильній системі, активної потужності і електричної енергії споживаної моторкомпресорним агрегатом та розрахованого показника класу енергетичної ефективності. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5