基于不確定度評(píng)定及線性規(guī)劃的壓縮機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)傳感器選配優(yōu)化

張　昉，陳　玲，杜志敏，晉欣橋，方　興

（上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所，上海 200240）

?

基于不確定度評(píng)定及線性規(guī)劃的壓縮機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)傳感器選配優(yōu)化

張昉*，陳玲，杜志敏，晉欣橋，方興

（上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所，上海 200240）

[摘 要]本文針對(duì)某螺桿壓縮機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)量與控制方案的設(shè)計(jì)，并對(duì)測(cè)量結(jié)果依據(jù)GB/T 5773-2004容積式制冷劑壓縮機(jī)性能試驗(yàn)方法中的兩種方法進(jìn)行了不確定度評(píng)定。根據(jù)試驗(yàn)系統(tǒng)的多組變工況試驗(yàn)，本文提出了線性規(guī)劃方法，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了傳感器精度選配和優(yōu)化，證明了GB/T 5773-2004中的兩種方法在傳感器精度選擇上的一致性。結(jié)果表明，通過(guò)提高幾個(gè)關(guān)鍵傳感器的精度，可用較低成本來(lái)得到較好的測(cè)量可靠性。

[關(guān)鍵詞]壓縮機(jī)；不確定度評(píng)定；線性規(guī)劃；傳感器選配

*張昉（1988-），男，碩士研究生。研究方向：運(yùn)行可靠性。杜志敏（聯(lián)系人），男，副教授，聯(lián)系電話：021-34206533，E-mail：duzhimin@sjtu.edu.cn。聯(lián)系地址：上海市東川路800號(hào)上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所，郵編：200240。

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在發(fā)達(dá)國(guó)家中，建筑能耗約占總能耗的三分之一以上[1]，而建筑空調(diào)系統(tǒng)在建筑能耗中占很大的比重，有些地區(qū)甚至能達(dá)到70％，越來(lái)越多的優(yōu)化控制策略被提出[2]。荊華乾等[3]等提出壓縮機(jī)作為制冷和空調(diào)設(shè)備的核心部件，其質(zhì)量和技術(shù)水平不但決定了最終產(chǎn)品的優(yōu)劣，也體現(xiàn)了一國(guó)的制造業(yè)水平的看法。趙兆瑞等[4]提出螺桿壓縮機(jī)在制冷系統(tǒng)中起到了“心臟”的作用，其性能對(duì)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行影響重大。通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試或試驗(yàn)，可以研究壓縮機(jī)在指定工況下的主要性能指標(biāo)，如制冷量、功率等。而在對(duì)壓縮機(jī)的性能進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，DU等[5]和秦云飛等[6]提出傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性是進(jìn)一步分析或研究的重要前提。測(cè)量準(zhǔn)確性的提高可以通過(guò)選擇較高精度的測(cè)量裝置或傳感器，但這往往需要較高的經(jīng)濟(jì)成本。另外，即使選擇了較高精度的傳感器，由于干擾、漂移等問(wèn)題，其測(cè)量的可靠性也是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。但從試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)角度，不確定度評(píng)定是一項(xiàng)非常重要的工作，它對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的相互對(duì)比、測(cè)試結(jié)果的質(zhì)量評(píng)定、質(zhì)檢機(jī)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品的合格評(píng)定等，具有重要的意義。田旭東等[7]和趙軍朋等[8]已經(jīng)從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)量方法著手，對(duì)于壓縮機(jī)性能測(cè)量不確定度方面作了相關(guān)研究，分析了某些測(cè)量方法下制冷量測(cè)量不確定度的評(píng)定。測(cè)試系統(tǒng)傳感器的精度直接影響著測(cè)量結(jié)果的可靠性，卻很少有通過(guò)合理的傳感器選配來(lái)提高測(cè)試可靠性的相關(guān)研究。

本文通過(guò)搭建螺桿壓縮機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)，開展了不同工況下的測(cè)試試驗(yàn)，獲取并積累了較全面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)測(cè)量的制冷量進(jìn)行不確定度的分析與評(píng)價(jià)，利用線性規(guī)劃的方法，研究不同類別傳感器在變工況下的精度選配，旨在為傳感器的最優(yōu)化選擇提供一定的參考。

1 研究對(duì)象與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1研究對(duì)象

本壓縮機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)以排氣管路氣體流量計(jì)法（GB 5773-2004[9]中的D方法）為主測(cè)試方法，以制冷劑氣體冷卻法（GB 5773-2004中的J方法）為輔助測(cè)量方法，以這兩種方法來(lái)測(cè)試被測(cè)壓縮機(jī)的制冷量。該試驗(yàn)臺(tái)包括1個(gè)R134a測(cè)試系統(tǒng)，可對(duì)不同機(jī)型、容量的螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)，該試驗(yàn)臺(tái)具有數(shù)據(jù)采集與處理、自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄、數(shù)據(jù)庫(kù)等功能。壓縮機(jī)試驗(yàn)臺(tái)原理圖和系統(tǒng)照片如圖1所示，圖中測(cè)量參數(shù)即為下文公式中所用參數(shù)。

圖1　基于主/輔方法的螺桿壓縮機(jī)性能試驗(yàn)系統(tǒng)

1.2 測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

1.2.1 控制回路

試驗(yàn)臺(tái)的控制系統(tǒng)包含多個(gè)主、輔控制回路，主控制回路包括蒸發(fā)壓力控制、冷凝壓力控制、吸氣溫度控制，用于確保系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)在所要求的工況點(diǎn)。輔助控制包括潤(rùn)滑油流量、冷卻油流量、吸氣過(guò)熱度、油溫和室溫等控制，主要用于試驗(yàn)臺(tái)工況穩(wěn)定及需要實(shí)現(xiàn)的輔助功能。該系統(tǒng)有5組氣動(dòng)控制閥，用于調(diào)節(jié)制冷劑的流量。數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)采用美國(guó)國(guó)家儀器有限公司（National Instruments）SCXI-1000機(jī)箱、SCXI-1600通信模塊和SCXI-1300控制模塊，測(cè)控軟件基于LabVIEW編程。

1.2.2 測(cè)量系統(tǒng)

試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)量系統(tǒng)主要包括環(huán)境溫度和大氣壓、壓縮機(jī)吸排氣壓力和溫度、壓縮機(jī)排氣質(zhì)量流量、制冷劑液路質(zhì)量流量等多個(gè)測(cè)量參數(shù)。試驗(yàn)臺(tái)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖2所示。

由于系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)較多，相應(yīng)溫度、壓力傳感器及流量計(jì)的測(cè)量精度會(huì)影響最終的試驗(yàn)結(jié)果。本試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)復(fù)雜，部件數(shù)目多，旨在追求以較低的成本達(dá)到提高測(cè)試結(jié)果精度的效果。在這種情況下，傳感器的精度選配問(wèn)題就凸顯出來(lái)。

圖2　壓縮機(jī)試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖

2 試驗(yàn)臺(tái)制冷量測(cè)量不確定度評(píng)定

2.1 試驗(yàn)臺(tái)數(shù)學(xué)模型

2.1.1 制冷劑氣體流量計(jì)法模型（D方法）

D方法的制冷劑氣體質(zhì)量流量計(jì)安裝在壓縮機(jī)的排氣出口管道上。D方法所涉及的測(cè)量參數(shù)還包括吸氣壓力和溫度，需要控制的工況參數(shù)主要是吸氣壓力、吸氣溫度和排氣壓力。

根據(jù)實(shí)測(cè)與規(guī)定工況下的狀態(tài)情況得制冷量Q：

式中：

Q——制冷量，kW；

M——主流量，kg/h；

vga——進(jìn)入壓縮機(jī)制冷劑蒸汽的實(shí)際比容，m3/kg；

vgl——與規(guī)定基本實(shí)驗(yàn)工況相對(duì)應(yīng)的吸入工況時(shí)制冷劑蒸汽的比容，m3/kg；

hgl——在規(guī)定的基本試驗(yàn)工況下，進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑比焓，J/kg；

hfl——與基本試驗(yàn)工況所規(guī)定的排氣壓力相對(duì)應(yīng)的飽和溫度下的制冷劑液體比焓，J/kg；

2.1.2 制冷劑氣體冷卻法模型（J方法）

J方法利用在高壓側(cè)一部分制冷劑氣體冷凝，并測(cè)量其流量，然后使其在一個(gè)氣體冷卻器中與低壓側(cè)壓力下再蒸發(fā)，用以冷卻經(jīng)降壓的剩余循環(huán)蒸氣，由此計(jì)算出制冷劑總流量。氣體冷卻器由一個(gè)儲(chǔ)液罐構(gòu)成，應(yīng)隔熱并使其漏熱量不大于其換熱量的5％。在進(jìn)行了漏熱量修正后，已冷凝的制冷劑質(zhì)量和未冷凝的質(zhì)量之比等于在氣體冷卻器中兩股蒸氣比焓變化之比的倒數(shù)。

首先，根據(jù)液路流量M1的測(cè)量，利用熱平衡，計(jì)算出主流量：

然后，利用計(jì)算得到的主流量，計(jì)算制冷量，與式(1)一致。

式(1)可以轉(zhuǎn)化為：

式中：

M1——制冷劑液路質(zhì)量流量，kg/s；

hg5——離開氣體冷卻器被冷卻的制冷劑蒸汽比焓，J/kg；

hf2——進(jìn)入膨脹閥的制冷劑液體比焓，J/kg；

F1——漏熱系數(shù)，W/K；

ta——平均環(huán)境溫度，K；

tr——制冷劑的平均飽和溫度，K；

hg4——進(jìn)入氣體冷卻器的制冷劑蒸汽比焓，J/kg。

2.2 不確定度評(píng)定方法

通常用測(cè)量不確定度來(lái)表征測(cè)量的可信程度，我國(guó)制定并頒布了《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》計(jì)量技術(shù)規(guī)范[10]（JJF 1059-1999），以此來(lái)統(tǒng)一對(duì)測(cè)量不確定度的表示和評(píng)定。本文采用的B類不確定度評(píng)定是根據(jù)測(cè)量所使用的儀器儀表、參考數(shù)據(jù)等方面來(lái)分析的，可以反映出是傳感器的類別對(duì)系統(tǒng)測(cè)量精度的影響。

2.2.1 氣體流量計(jì)法不確定度評(píng)定

2.2.1.1 評(píng)定模型

由D方法模型可得，制冷量Q的不確定度u2(Q)如下：

這里討論焓值的偏導(dǎo)值：

式中：

u2(Q)——制冷量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，kW；

ui(Q)——第i個(gè)自變量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度引起的Q的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，kW；

m——制冷劑總質(zhì)量流量，kg/s；

ti——溫度傳感器溫度值，oC；

pi——壓力傳感器壓力值，MPa；

Pi——壓力傳感器標(biāo)號(hào)；

Ti——溫度傳感器標(biāo)號(hào)；

ci——靈敏系數(shù)。

Mi——質(zhì)量流量計(jì)標(biāo)號(hào)。

據(jù)文獻(xiàn)[11]顯示，焓值h是p的單向函數(shù)，因此其中的h(p+Δ,t)和h(p,t)均可以通過(guò)物性軟件RefProp[12]查出，只需要將Δ取一個(gè)較小的值即可。

2.2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

由于本試驗(yàn)臺(tái)D方法相應(yīng)選取的氣路流量計(jì)M的精度為0.35％，鉑電阻精度等級(jí)A級(jí)，壓力傳感器精度為0.25級(jí)。因此D方法合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

據(jù)文獻(xiàn)[13]，一般情況，溫度、壓力、流量均為平均分布，其包含因子為k=1.65，置信概率P=0.95。于是擴(kuò)展不確定度為：

式中：

U(Q)——制冷量的擴(kuò)展不確定度，kW；

k——包含因子。

對(duì)于測(cè)試結(jié)果制冷量為Q的壓縮機(jī)，實(shí)際制冷量為Q±U(Q)。

2.2.2 氣體冷卻法不確定度評(píng)定

2.2.2.1 評(píng)定模型

根據(jù)J方法，Q的不確定度uc(Q)由式(8)確定。

2.2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

液路流量計(jì)M的精度為0.10％，其中漏熱系數(shù)F1按GBT 5773-2004標(biāo)準(zhǔn)[9]規(guī)定的方法進(jìn)行標(biāo)定，并且算出相應(yīng)的不確定度u(F1)。故J方法合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為式(11)。

其中靈敏系數(shù)ci計(jì)算參見D方法。

3 基于線性規(guī)劃的傳感器選配優(yōu)化

3.1 組合優(yōu)化問(wèn)題的提出

對(duì)于試驗(yàn)臺(tái)的性能測(cè)試而言，傳感器選擇的重要性不言而喻。傳感器的選配不但要考慮其精度，而且現(xiàn)實(shí)情況下還要考慮其成本；同時(shí)考慮到試驗(yàn)臺(tái)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，還要控制傳感器的故障率，確保系統(tǒng)測(cè)量的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該問(wèn)題實(shí)際上是一個(gè)組合優(yōu)化問(wèn)題，可以歸為最優(yōu)化問(wèn)題的一類。在組合問(wèn)題里，我們從可行解中尋找最優(yōu)解。通常可描述為：Ω={x1,x2,……,xn}為所有狀態(tài)構(gòu)成的解空間，G(xi)為狀態(tài)xi對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，要求最優(yōu)解x*，使得對(duì)于所有的xi∈Ω，有G(x*) = max(min)G(xi)。

對(duì)于試驗(yàn)臺(tái)的傳感器選擇可以作為一個(gè)多目標(biāo)的組合優(yōu)化問(wèn)題，試驗(yàn)臺(tái)要提高測(cè)試結(jié)果的精度U，不但需要提高傳感器的精度等級(jí)A，并且盡量減少費(fèi)用C的增加，同時(shí)還要兼顧傳感器的故障率R問(wèn)題。所以問(wèn)題可以表示為：

即試驗(yàn)臺(tái)制冷量測(cè)試不確定度，是傳感器精度等級(jí)、費(fèi)用、故障率的函數(shù)。

3.2 采用線性規(guī)劃方法的單目標(biāo)問(wèn)題

由于傳感器成本和故障率的問(wèn)題較為復(fù)雜，現(xiàn)在暫時(shí)不考慮傳感器的故障率，同時(shí)將傳感器成本問(wèn)題簡(jiǎn)化，轉(zhuǎn)變?yōu)楸M量在較少的更換傳感器的數(shù)量和精度等級(jí)下，達(dá)到最好的提高試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量精度的效果。因此該問(wèn)題就可以轉(zhuǎn)變?yōu)閱文繕?biāo)的組合優(yōu)化問(wèn)題。對(duì)此的制冷量不確定度公式如式(13)。

單目標(biāo)的組合優(yōu)化問(wèn)題采用簡(jiǎn)單的線性規(guī)劃問(wèn)題的求解方法，線性規(guī)劃問(wèn)題的一般形式如下：

其中，aij∈R，bi∈R，ci∈R。

此外線性規(guī)劃問(wèn)題的求解方法，同樣可以用于求解上述所說(shuō)的包含傳感器費(fèi)用和故障率的多目標(biāo)組合優(yōu)化問(wèn)題。

3.3 變工況下精度組合

試驗(yàn)臺(tái)傳感器的精度和測(cè)試條件決定了最終測(cè)試結(jié)果的精度。在盡可能滿足測(cè)試條件的基礎(chǔ)上，我們需要選擇更高精度的傳感器，從而可以合理而精確的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測(cè)試。通過(guò)討論標(biāo)準(zhǔn)工況、最大負(fù)荷工況和最大壓差工況下的制冷量不確定度，作為傳感器選配優(yōu)化的基礎(chǔ)。表1給出了3種工況下，某型號(hào)壓縮機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。調(diào)控不能完全達(dá)到規(guī)定值（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可有±1％的偏差），同時(shí)引入不確定度的估算可以合理的表征壓縮機(jī)制冷量測(cè)試值的分散性。表2給出了此試驗(yàn)臺(tái)三類傳感器的不同精度等級(jí)。

表1　壓縮機(jī)變工況性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2　傳感器精度等級(jí)

4 結(jié)果與分析

4.1 系統(tǒng)工況穩(wěn)定性試驗(yàn)

當(dāng)某工況達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)可將冷凝壓力、蒸發(fā)壓力、吸氣溫度控制在一個(gè)恒定值附近，穩(wěn)定的控制在設(shè)定的工況點(diǎn)，例如冷凝壓力控制在0.31 MPa，蒸發(fā)壓力控制在1.02 MPa，吸氣溫度控制在5.7oC。

4.2 不確定度計(jì)算結(jié)果

4.2.1 J方法制冷量不確定度計(jì)算

由表1中性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)物性軟件RefProp可以查得J方法數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)值，列于表3，其中只列出了標(biāo)準(zhǔn)工況的參數(shù)數(shù)值，省略了最大負(fù)荷工況，最大壓差工況的數(shù)值（表5相同）。由表3和靈敏系數(shù)ci計(jì)算公式，可以計(jì)算出J方法不確定度中的靈敏系數(shù)值，見表4。由此計(jì)算得3種工況下J方法制冷量、不確定度值與偏差，見表5。

表3　變工況數(shù)學(xué)模型中參數(shù)數(shù)值

表4　J方法不確定度靈敏系數(shù)ci數(shù)值

表5　J方法不確定度值與偏差表

4.2.2 各分量貢獻(xiàn)百分比

由變工況制冷量不確定度值的計(jì)算結(jié)果，可得各分量的貢獻(xiàn)百分比（各傳感器精度對(duì)制冷量不確定度貢獻(xiàn)），如圖3。由此可得，在變工況測(cè)試下：1）進(jìn)氣體冷卻器氣體溫度（T3）、蒸發(fā)溫度（T8）、吸氣壓力（P9）、液路閥前溫度（T6）、漏熱熱阻（F1）和液路流量計(jì)（M1）對(duì)不確定度值影響最大；2）液路閥前壓力（P6）和進(jìn)氣體冷卻器氣體壓力（P3）的影響最小。在當(dāng)前傳感器精度等級(jí)下，由于流量計(jì)的精度較高，因此由流量測(cè)量產(chǎn)生的不確定度分量貢獻(xiàn)百分比不大。在最大壓差工況下，由于總制冷量較低，氣體冷卻器的漏熱量對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響相對(duì)會(huì)變大，F(xiàn)1漏熱系數(shù)的不確定度凸顯出來(lái)，達(dá)到57.4％，已經(jīng)是影響最大的因素，這時(shí)控制F1的精度至關(guān)重要。但由于漏熱系數(shù)的不確定度不是由傳感器所決定，故本文不予討論。

圖3　各方法各分量貢獻(xiàn)百分比

4.3 D方法與J方法傳感器精度選擇一致性

D方法標(biāo)準(zhǔn)工況參數(shù)同表1，數(shù)學(xué)模型參數(shù)同表4，主排氣質(zhì)量流量M=6,353.34 kg/h，由此可計(jì)算得標(biāo)準(zhǔn)工況下D方法制冷量不確定度為1.93 kW，偏差為0.75％。圖3顯示各分量貢獻(xiàn)百分比。

由于D方法包含的測(cè)量點(diǎn)較少，僅3個(gè)，因此不確定度相對(duì)于J方法要小很多。并且由圖3可以看出，影響最大的主要是氣路流量計(jì)和P9這兩個(gè)傳感器。本試驗(yàn)臺(tái)流量計(jì)當(dāng)前選取精度為液路0.1％、氣路0.35％，精度已經(jīng)較高，雖然可以再提高其精度，但成本將大幅提高，而且效果并不明顯，因此無(wú)需再提高流量傳感器的精度。由此可以得到，當(dāng)J方法取最優(yōu)的精度配比的時(shí)候，D方法也可以達(dá)到最優(yōu)。同時(shí)由于D方法的不確定度已經(jīng)很小，因此后面討論傳感器精度選配，可以只考慮J方法。

4.4 基于線性規(guī)劃的傳感器精度選配結(jié)果

由上面討論，本文的傳感器精度選配問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為下式的形式：

其中，R為精度組合表6。

表6　精度組合表

在此基礎(chǔ)上，選取表6的精度組合，從圖3可以看出，T3、T8、T6和P9這幾個(gè)傳感器的影響最大，因此在組合C、D、E和F里，只提高了這4個(gè)傳感器的組合精度。由此計(jì)算可得3種工況下制冷量不確定度減少量，列于圖4中。

在3種工況下，由于制冷量不確定度占測(cè)量結(jié)果的比例不同，分別為標(biāo)準(zhǔn)工況的1.24％，最大負(fù)荷的1.60％，最大壓差的1.38％。以標(biāo)準(zhǔn)工況為基準(zhǔn)，考慮平均的不確定度減少量為：

因此可得相應(yīng)的以標(biāo)準(zhǔn)工況為基準(zhǔn)的不確定度減少量圖5。

從圖3、圖4和圖5可以看出，當(dāng)單獨(dú)提高P傳感器的精度時(shí)，對(duì)不確定度的降低影響并不大，平均只有5％左右；當(dāng)單獨(dú)提高T傳感器的精度時(shí)，可以顯著降低不確定度，但是T傳感器的數(shù)量有29個(gè)，代價(jià)較大；只提高T3、T8、P9和T6這4個(gè)傳感器的精度，或者他們的組合，就可以很好地降低不確定度，平均降低百分比可達(dá)20％；同時(shí)提高所有P、T傳感器的精度，可以最大地降低不確定度。

當(dāng)考慮傳感器精度選配時(shí)，從圖4和圖5可看出：

1）精度組合A效果不明顯，主要因?yàn)閴毫鞲衅鞯臏y(cè)量值都是很小的，其精度較高，對(duì)整體不確定度影響不大；同時(shí)溫度傳感器精度公式0.15+0.002|t|前面固定偏差系數(shù)的存在，對(duì)不確定度影響較大；

2）精度組合B、G也不選取，因?yàn)樾枰{(diào)整的傳感器數(shù)量過(guò)多，性價(jià)比較低,盡管精度組合G為減少量最多的組合；

3）在組合C、D、E、F中選取最優(yōu)組合，同時(shí)考慮D方法需要調(diào)整P9傳感器的精度，所以選取D，F(xiàn)組合是最好的選擇，其平均不確定度減少比例在23％左右，并且D或F組合使得在最大壓差工況下，不確定度也能減少10％左右。

圖5　以標(biāo)準(zhǔn)工況為基準(zhǔn)的不確定度減少量圖

5 結(jié)論

本文對(duì)某螺桿壓縮機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)量和控制方案的設(shè)計(jì)，該方案能夠很好地控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性；對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評(píng)定，并且證明了D方法與J方法在傳感器精度選擇上的一致性；之后通過(guò)多組變工況試驗(yàn)，提出采用線性規(guī)劃的方法，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了傳感器精度選配與優(yōu)化，結(jié)果表明：

1）測(cè)量值T3、T8、P9、T6、F1、M和M1等參數(shù)的精度，對(duì)制冷量不確定度的影響較大；

2）在最大壓差工況下，漏熱系數(shù)的精度對(duì)不確定度的影響更明顯；

3）提高T3、T8、P9和T6這4個(gè)傳感器的組合精度，有效的降低制冷量的不確定度；

4）試驗(yàn)臺(tái)傳感器精度的最優(yōu)組合為D和F組合。

參考文獻(xiàn)：

[1]龍惟定.試論建筑節(jié)能的新觀念[J].暖通空調(diào),1999,29(1):31-35

[2]DU Z M,FAN B,CHI J L,et al.Sensor fault detection and its efficiency analysis in air handling unit using the combined neural networks[J].Energy and Buildings,2014,72(2):157-166.

[3]荊華乾,高恩元,于志慧,等.2014年度中國(guó)制冷行業(yè)發(fā)展分析報(bào)告[J].制冷技術(shù),2015,35(S1):1-80.

[4]趙兆瑞,唐昊,沈九兵,等.雙螺桿壓縮機(jī)及膨脹機(jī)在高溫?zé)岜门c能量回收系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制冷技術(shù),2014,34(4):43-48.

[5]DU Z M,JIN X Q,YANG Y Y.Fault diagnosis for temperature,flow rate and pressure sensors in VAV systems using wavelet neural network[J].Applied Energy,2009,86(9):1624-1631.

[6]秦云飛,丁國(guó)良,陳旭.變水流量空調(diào)系統(tǒng)控制的研究[J].制冷技術(shù),2013,33(3):31-33.

[7]田旭東,周仝,張寶懷,等.制冷壓縮機(jī)制冷量的測(cè)定及其不確定度分析[J].流體機(jī)械,2004,32(9):69-72.

[8]趙軍朋,張薇,王智忠,等.空調(diào)壓縮機(jī)制冷量測(cè)量及其不確定度分析[J].壓縮機(jī)技術(shù),2004(2):5-10.

[9]GBT 5773-2004 容積式制冷劑壓縮機(jī)性能試驗(yàn)方法[S].

[10]JJF 1059-1999 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].

[11]郁夏夏,路陽(yáng),張維加,等.空氣焓值法測(cè)量制冷量不確定度的理論和實(shí)驗(yàn)分析[J].制冷技術(shù),2013,33(4):15-18.

[12]MCLINDEN M O,KLEIN S A,LEMMON E W.NIST REF-PROP V7.0[M].USA:National Institute of Standards and Technology,2006,20(4) :149-167．

[13]劉猛,張青山.某地源熱泵機(jī)組能效測(cè)試不確定度分析[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2012,43(11):10-13.

Matching Optimization of Sensors of Compressor Test Bench Based on Uncertainty Evaluation and Linear Programming

ZHANG Fang*,CHEN Ling,DU Zhi-min,JIN Xin-qiao,FANG Xing
(Institute of Refrigeration and Cryogenics,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China)

[Abstract]The measurement and control system of a screw compressor performance test bench was designed and tested in this paper.The uncertainty evaluation based on two methods of test method for performance of volumetric refrigerant compressor in GB/T 5773-2004 was carried out.According to the multiple various conditions,a linear programming method was proposed to optimize the selection of sensors and their accuracies.And it proved that the two methods in GB/T 5773-2004 are the same in the option of sensor accuracy.The results showed that increasing the accuracies of the key sensors can obtain better measurement reliability with the lower cost.

[Keywords]Compressor; Uncertainty evaluation; Linear programming; Sensor matching

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No.51376125）。

doi：10.3969/j.issn.2095-4468.2016.01.102