家用电磁灶能效自动化检测系统的研发.docx

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1、摘要能源效率是评价用能产品能源利用和转换及其节能特性的重要技术指标；能效标准与能效标识已被证明是在降低能耗方面成本效益最佳的途径，并且可以带来巨大的环境效益；而能效标识计量检测系统则是确保能源效率量值准确可靠的重要技术手段。我国是家用电磁灶生产和使用大国，传统家用电磁灶能效检测工作存在很多问题，如自动化程度较低；人工操作导致检测结果误差较大：溯源性弟等。为解决以上问题，本论文设计研发了一套家用电感灶能效自动化检测系统，该系统的建立将弥补自治区电磁灶能效检测的技术空白。本系统主要是基于IMVIEW开发、设计的套自动化测试平台，可以实现检测数据的实时显示、保存，以及历史数据的查询等功能。通过分析国

2、内外能效检测发展现状及目前我国家用电磁灶能效检测传统方法存在的弊端，从环境条件、测室设备、检测方法和能效标识四个方面，比较了我国与欧盟国家家用电磁灶能效检测之间的差异。关键词：能效检测：温度传感器：人机交互第一章绪论1.1 课题研究背景与来源进入21世纪，随若自然资源的日渐枯竭、环境不断恶化，全球对产品节能环保的关注已经提升到了前所未有的高度，世界各国越来越重视家电的能效性能，相时来说，我国在能效掌控方面的水平，交低,面临形式很严峻，并且能效检测目前还处在起步阶段，检测技术和检测能力待提高，且欧美等发达国家针对中国的能效贸易壁垒已逐渐形成2。为提高家电产品能源效率，世界各国采取了不同的应对办法

3、：一些国家的行业民间协会采用内部约束的办法，依我自觉自愿来履行行业内部规定：还有一些国家由政府出台法律法规等强制性措施，来维护家电市场稳定，促进节能增效。经过各个国家的共同努力与实践验证，最终，能效标准与能效标识被认定为提高家电能源效率最有效的手段3。与发达国家相比，我国实施家电能效标准、能效标识较晚,直到2004年8月,国家发改委、国家质检总局联合制定并发布的能源效率标识管理办法4,标志着我国正式进入全球能效标识的“大家庭”，管理办法从2005年3月11开始正式施行，到现在已经13个年头了，我国能效标识如图IT所示。图11家用电磁灶能效标识但对于很多人来说，“能效标识”还仅仅是一个名词，人们

4、并没有真正了解它的含义，也就无法在选购商品时把能效标识作为重要的参考指标。能效标识知识普及的缺乏，直接影响若消费者的消费理念，在购买商品时，能效高，价格贵的商品在市场上并不受欢迎，很多消猜者更青睐于价格相对便宜的产品，对于能效并不关心。消费者对能效标识重视程度不够，一方面是因为宣传力度不够，能效标识和能源效率的相关知识普及率太低：另一方面是一些不良商家为牟取暴利，将不合格产品或已经陈列在商场很久的样机，重新贴上标识，以旧待新，以次充好，欺腑消费者（即现在普遍存在的“虚标”的现象），因此消费并对能效标识存在怀疑心态、不重视、不关注也是有情可原的，特别是小家电更容易被人们忽视。小家电（如电磁灶、电

5、风扇、吸尘器等）不同于大家电（如电冰箱、电视、空调等）,大家电几乎是每个家庭的必需品，而且使用寿命较长，能源效率等级、检测规程体系也很完整，高能效产品和低能效产品的节能效果在长时间的使用过程中很容易被体现出来，消费者也就自然而然地体会到了节能产品带来的好处：而小家电的种类繁多,样式型号T差万别，更新换代的速度远超于大家电，能源效率等级、检测规程体系并未建立完善，因此经常被人们忽略.只有加快小家电能效测盘体系的建设，完善能效检测溯源链，才能真正地做到惠及民众“本课题主要是对小家电中的家用电磁灶能效检测展开研究。电感灶乂称电酸炉，是一种高效、节能、安全、便捷的厨房用具：是现代厨房革命中优秀的代表产

6、物之一。它具有省时省力、功能齐全、携带方便的特点，且正在逐步替代传统的明火烹调方式。与传统的明火或无火式传导加热厨具不同的是，电磁灶是让热与锅底或其他被加热用具直接接触，即电磁炉面食的热源来自于锅具底部，器具本身自行的高速发热，而不是通过热传导作用来加热和烹饪食物的，电磁灶板面下方盘绕若线图，当交变电流通过时.线圈面就会产生磁通量，进而产生交变磁场，当铁质锅具紧贴在电磁灶面板上时,就相当于一个礴性金属放假在了回路线圈上方，铁质锅具会感应到电流，同时之前的磁力线会被切割成无数小涡流，从而促使锅具底面内的自由电子进行交变运动6,达到加热的目的，这种方式产生的热效率要比其他加热方式产生的热效率均高出

7、近1倍。1.2 能效检测国内发展现状中国是世界上家用电器生产和消耗量域大的国家之一，大规模家用电瑞的使用带来了巨额能源消耗和更加严修的环境污染问题24,250我国开展能效制度和能效标识较晚，于2004年出台,能效标识监督管理办法后，才开始陆续出台针对家电产品能源效率的国家标准和计量检测规则。在最近的研究结果中表明，若继续枳极制定和推广有效的能效标准制度、能效标识，全方位地提高产品自身品质和消费者环保节能的购物理念，那么在2020年，能效标准与能效标识的实施将总共节电277.5TWh.约折合节能量1.29亿吨标准煤；且C02排放量将减少1.10亿吨：硫氧化物的减排顼将达1833万吨；氮氧化物的减

8、排量将达170万吨：大气颗粒物减排量将达1035万吨24,251。在目前温室效应、雾强、酸雨等环境问题日趋严困的情况下，这些大气污染物排放量的显著减少，无疑是为我们赖以生存的生态环境注入了一针强心剂，在很大程度上有助于我们节能增效和人民生活质量、幸福指数的提高目前，我国家用电磁灶能效检测项目包括：热效率和待机状态功率：测试装置有：功率计、玻璃水银温度计及计时器（电子表）等：测量:及计算的量值包括：用于加热的标准锅质量，对应加热线圈所需蒸懦水的质量，蒸储水初始温度和实验终止时温度，加热及待机状态消耗的电量、电压、电流、功率值.传统家用电磁灶能效检测过程中，水温读取、时间计时等工作都需人工操作，测

9、量过程中人为因素导致的误差较大，检测数据的准确性较差27。总结下来主要体现在以下几个方面：1.自动化程度不够。根据我国计量标准中对于能源效率的测量程序，测试员需进行一系列繁琐更杂的准备程序后，才可以开始检测：2.科学性不够。传统的检测完全依靠人工进行，对于检测温度变化系统部分，则采用的是玻璃水银温度计进行测fit测量点单一，存在一定的片面性，精度较低：3.检测数据无法溯源.可溯源性一直是计盘检测的关键所在，数据无法溯源，也就是它的准确性和真实性无法得到验证；4.存在“虚标”现象。一般来说,能效等级高的用能产品，其销售价格也会相对较高，大概高出200300元，因此一些不良商家为牟取暴利，以次充好

10、，将能效等级低的产品贴上“耗能低”的能效标识来欺腑消费者，赚取额外盈利：还有一些销售人员，为清货存，把样品机贴上新的能效标识,打着“低价促销”的口号出售给消班者。这些行为严重影响了家电市场秩序，侵犯了消费者权益，因此，提高能效检测的准确性十分必要。解决以上问题的最好办法就是提高家用电磁灶能效检测效率，改善检测方法，减少人为干扰因素，建立完善的溯源系统，高速准确地进行能效检测。由此可见，家用电磁灶能效自动化检测平台的搭建是实验室发展趋势，它可以提高工作效率、降低人员重且劳动强度,而且自动化检测平台的设计与研究将对其它老IH试验设备的升级改造、能力提升提供理论基础及指导意义。第二章系统整体设计及硬

11、件选型2.1系统整体设计针对传统家用电磁灶能效检测方法，本套系统主要设计r以下几个方面的创新点：（1）利用数字多川表（温度采集仪）和温度传感器代替水银温度计，提高检测精度：（2）用心bVIEW控制功率分析仪和数字多用表（温度采生仪），实现实时数据监测：（3）通过对FI（X）钻电阳和铠装热电偶的综合比较，选择最适合本系统的温度传感器“本套家用电磁灶能效自动化检测系统中主要包括的硬件设备有：工控机：功率分析仪：数字多用表：电子秤：热电偶；珀电阻等,根据电磁灯能效检测过程，以及我国计量技术规范对不同的仪器设备的要求，我们对系统硬件进行了设计与选型。2.2工控机系统工控机系统可以说是整个自动化检测系统

12、的核心所在，它包括CPU和外设，如操作系统、犍盘、鼠标、显示器等设备。木套系统中的工控机是在安装的WindOWS操作系统和1.abVIEW环曳下工作的自动化检测平台，可实现对家用电磁灶能效检测所用各个设备的控制、检测过程中数据的实时监测、记录和显示。本系统中采用工控机代杵计算机来实现对检测仪耦设备的控制、数据的记录分析等功能，原因如下：1.工控机的一些属性和特征均与计算机相同，但工控机还具有操作系统、控制协议、强大的计算能力、存储能力和友好的人机界面等38;2.工控机的稔定性能更好。它采用全钢机身结构，具有较高的抗冲击、防生能力，而且还能很好的防止火他仪器设备的电磁干扰；3.工控机更可靠。工控

13、机MTrF（mean1.imetofai1.ug平均失效前时间）在10万小时以上，而普通PC的MTTF仅为100Oo-15000小时04.具有长时间高效率连续_E作的能力。本系统中的工控机选择的是研华科技（ADVANTECH）品牌，型号为ACPTO20。它的紧凑型4U机架式机箱，只有348mm深；支持14插槽后面板，双前置USB3.0端口，无顶盖，易于维护：内置智能系统模块，可以智能控制风扇的速率和远程管理；工作状态稳定，能抗震动和冲击；拥有防振磁盘驱动器托架,支持1个内存2.5”,和两个前置访问3.5”驱动和1个薄型光驱。2.3数据采集系统2.3.1功率分析仪根据DB214562014家用电

14、磁灯能效限定值及能效等级的要求391,可知，家用电礴灶能效检测中涉及到的物理量主要包括：温度、电量、电压、电流和功率，为尽可能地避免不必要的测量误差,结合整娈系统的设计要求,我们对示波罂和功率分析仪进行了比较。示波罂在测量交流电功率时，电压测量通道和电流测量通道之间存在延时，无法准确计算功率因数：而功率分析仪可实现电压和电流通道同时采样，同时评估处理采集的数据，因此，最终选择高精度功率分析仪来实现本套家用电磁灶能效自动化检测系统中对电量、电压、电流、功率数据的实时监测和传送。功率分析仪1.MG500拥有1到8多个功率通道，且每个通道都能达到3M/S的采样频率，基本可以说是无间隙采样，因此对于感

15、应浪涌电流和信号的变化I,分敏锐：基本测量精度为（读数的000即+量程的0.02%）;直接测量电压量程从3V到100OV/3200VPCak,电流从20mA到32A2OApesk,不需要改变接线：电流和电压测量输入之间延迟时间小于3ns,且它的测fit通道拥有较高频宽，因此在低功率因索或高频率环境下也可以保证非常高的精度测量水准，这样就很好地避免了在测量待机功率时，时基信号引起的误差。2. 3.2数字多用表家用电磁灶能效检测中另一关键变量为温度，为准确测量温度的变化，实时读取标准锅中水的温度值，减少人为操作过程中数据的遗失缺漏以及传统能效检测中水银温度计带来的较大测量误差，需要提高温度测量的准

16、确性。综合考虑后，选择数字多用表配合温度传感赛进行温度采集，实现自动连续测量及数据读取。Fig.3-3Mode1.2700Mu1.timeter2700型数字多用表（温度采集仪）是一种将多通道综合测试和数据采集融为一体的智能化仪器。它是六位半（即量程为1999999）的高精度温度采集仪，主要适用于测试台，并将程控开关系统、数字多用表和精密测量、记录功能等多种功能涵盖在一个紧密的机箱内；另外，它还提供IabVIEW?、gbWindcwC1.Visua1.Basic、CC+和Testpoint的驱动。3. 3.3温度传感器传统家用电盛灶能效检测试验里用于测量温度的仪器为数字形式的水银温度计，它的采样时间固定且相对较长，在标准锅中的水到达一定温度开始沸腾时，锅内水温是不均匀的，那么在水银温度计的采样周期内，水温地变化可达到02*C0.5C,因此无法真正捕捉到实际水温，得到的能效值也存在很大测量误差，故选择使用更加灵敏的温度传感器来代替传统