冷凍冷藏陳列柜性能試驗裝置溫度測量不確定性淺析

何家才，羅奇峰，謝紅振

（浙江星星冷鏈集成股份有限公司，上海 230000）

冷柜產品目前主要用于食品的冷凍冷藏，隨著人民生活水平的不斷提高，食品冷鏈相關的產品設備需求量會出現大幅增長，從2020年到2025年會每年會有180億人民幣的市場需求。用戶功能化需求的提高、更加注重用戶使用的體驗感，而且隨著國家節能減排政策的落實以及商業冷凍冷藏陳列柜的能效標準GB26920兩部分推進實施，現有的冷柜產品已然不能適應市場的變化，功能多元化、智能化、高效節能、綠色環保的新興趨勢，從而促使著產品的升級換代。［1］而冷柜按種類具體又可分為遠置式陳列柜、非零售用餐飲陳列柜、自攜式陳列柜和非陳列式冷柜等，面對復雜多樣的冷柜設備及不同應用場景需求，為保證產品質量，規范市場，相關部門制定了一系列技術標準如表1所示。

表1 冷凍冷藏設備技術標準

冷凍冷藏陳列柜性能試驗室是用于測定冷柜產品的相關性能是否合格，能否滿足技術標準的相關要求的裝置，是測定冷柜設備性能數據如電耗能、排熱率的重要研發裝置。試驗室對相關參數的測量準確性直接影響了所測冷柜產品性能數據的可靠性，因而本文對冷凍冷藏陳列柜性能試驗裝置的溫度測量誤差作了系統、具體地分析，并提出相關改進建議。

1 冷凍冷藏陳列柜性能試驗裝置

1.1 冷凍冷藏陳列柜性能試驗裝置原理

該冷凍冷藏陳列柜性能試驗裝置如圖1［2］所示，包括：環境間、冷卻水系統、能量可調節單元、空氣處理裝置、測量數據采集和計算機系統。環境間是一個平行六面體，送風方式為遵循EN ISO23953與GB/T 21001.2技術標準要求，設置成水平側送側回式，從空氣處理機出來的風通過頂板混合段風道送入第一技術壁面混合側腔中，再經過多層均勻孔板送至環境測試間，提供水平方向的風場，后回到對面的同樣設置多層孔板的第二技術壁面后回到回風腔中的空氣處理機，完成內部風量循環，并形成符合標準的均勻性的風場與環境溫濕度場。空氣處理機組和加濕箱配合控制房間的風速和溫濕度工況，冷卻水系統對能量可調節單元和壓冷機組進行冷卻，各測點數據通過采集器采集，經串口服務器通訊到電腦，再經軟件進行數據處理，生成試驗報告。

圖1 冷凍冷藏陳列柜性能試驗裝置原理［2］

1.2 溫度測量系統

圖2為某冷凍冷藏陳列柜性能試驗裝置測量系統的布置，主要包括對環境溫濕度、樣機制冷劑質量流量、樣機測點溫度、制冷劑進出口溫度及壓力和樣機功率等電性能參數的測量。據公式1可知，間接式陳列柜樣機制冷劑質量流量、制冷劑進出口溫度及壓力對瞬時排熱率有直接影響，而環境溫濕度、樣機測點溫度測量數據則參與評判運行工況的穩定性，間接影響了樣機性能。

圖2 溫度測量系統

式中，φn為 間接式陳列柜瞬時排熱率；qm為制冷劑質量流量，kg/s；C0、Ci為 陳列柜進、出液口第二制冷劑比熱，kJ/（kg*℃）；θ0,θi為陳列柜第二制冷劑進、出液口溫度，℃。

其中，對樣機進出口制冷溫度的測量精度要求較高，一般選用Pt100鉑電阻，誤差精度要求為±0.1℃。而熱電偶主要用于測量樣機內部溫度，主要是測量M-包溫度，M-包是帶感溫裝置的填充試驗包，用于評判陳列柜的類型及運行溫度。如表2所示，國標對陳列柜運行溫度的分類有8種，具體區間橫跨-18℃～+10℃，測量精度要求為±0.5℃。

表2 陳列柜運行溫度分類

2 冷凍冷藏陳列柜性能試驗裝置溫度測量不確定性影響因素分析

2.1 熱電偶

一般而言，試驗裝置選用銅-康銅熱電偶進行測量，在實際操作中，熱電偶測量誤差主要源于焊接工藝和電磁干擾。相關研究表明，單焊點和經過若干次絞合的焊點的熱電偶在0～100℃內所測得的數據偏差小于0.3℃，因而正常試驗操作中建議使用經過若干次絞合的熱電偶以避免單焊點易斷裂、影響工作效率的缺點。而熱電偶絞合的尺寸也會對測量誤差產生影響，為減少此類誤差，在實際試驗操作時應盡量使得絞合部分的長度和被測物件的尺寸相差一個數量級以上。［3，4］

此外，在試驗室環境中，水泵、空氣處理機內部風機、電磁閥等等會產生電磁干擾，對熱電偶的測量造成一定的影響。表3為存在電磁干擾時，熱電偶測量值與實際溫度的誤差，一定程度上來說，電磁干擾程度越大，熱電偶測量值越不穩定，數據波動程度越大，與真實值相比誤差越大。因而在試驗室設計施工過程中，應盡量使熱電偶線路遠離這些干擾源，選用屏蔽雙絞線可靠接地，以減少此類測量誤差。［5］

表3 電磁干擾下熱電偶的測量誤差值

2.2 鉑電阻

試驗室選用的鉑電阻為Pt100型，主要用于測量制冷劑進出口的溫度，應用測溫范圍為-50℃～30℃，測量精度一般為±0.1℃。在正確安裝、電磁干擾小的情況下，鉑電阻精度一般與使用時長、校準有關，圖3給出了鉑電阻的測量精確程度隨使用年限的變化情況，年限較久的鉑電阻測量精確度可能下降，進而影響試驗因而建議關注試驗室相關儀器的使用時長，對使用5年以上的鉑電阻重新計量校準后再使用或直接更換新鉑電阻。此外，鉑電阻插入導熱油深度也會對測量精度造成影響，有數據表明當插入深度與鉑電阻直徑之比大于14時，可忽略此類影響。［6］

圖3 鉑電阻的測量精確程度隨使用年限的變化情況

3 結語

一般而言，試驗裝置選用銅-康銅熱電偶進行測量，在實際操作中，熱電偶測量誤差主要源于焊接工藝和電磁干擾。相關研究表明，單焊點和經過若干次絞合的焊點的熱電偶在0～100℃內所測得的數據偏差小于0.3℃，因而正常試驗操作中建議使用經過若干次絞合的熱電偶以避免單焊點易斷裂、影響工作效率的缺點。而熱電偶絞合的尺寸也會對測量誤差產生影響，為減少此類誤差，在實際試驗操作時應盡量使得絞合部分的長度和被測物件的尺寸相差一

本文對冷凍冷藏陳列柜性能試驗裝置的原理及溫度測量系統作了簡單介紹，并對其測量不確定性作出淺要分析，提出相關改進意見。建議如下：

1）對于熱電偶測點，建議采用多次絞合焊接的熱電偶且盡量將熱電偶線路布置遠離水泵、風機、電磁閥等設備以避免產生電磁干擾。

鉑電阻測量制冷劑進出口溫度時，插入導熱油的深度與其直徑比要大于14以上，對于使用年限較久的鉑電阻，需要重新計量后再使用或者更換新鉑電阻。