冰箱压缩机P-V指示图测试平台的开发

　　1 前言

　　冰箱压缩机作为传统的往复式制冷压缩机，经过多年持续的研究发展，人们对冰箱压缩机的设计已经积累了大量的经验，极大的提高了冰箱压缩机的工作效率。而同时随着人们生活水平和社会能耗要求的提高，对冰箱压缩机的要求也越来越高，也对冰箱压缩机的设计提出了更高的要求。因此越来越多的更先进的设计方法和手段也开始逐步应用到冰箱压缩机的设计中，如相关零部件的加工和装配过程中的结构变形分析、制冷剂气体流体动力学分析、反映压缩机气阀工作状态的流固耦合仿真分析等内容，但是对微观过程模拟结果的正确与否，还需要通过实验的手段来进行检验，包括宏观的性能测试和微观的内部工作过程测试。

　　压缩机P-V指示图是指压缩机在一个工作循环中，工作腔内的气体压力随不同主轴转角的变化情况。P-V指示图的测量是压缩机微观内部工作过程测试的最重要的一部分工作，它可以真实的反映压缩机内部的实际工作过程，同时也是分析压缩机相关性能参数的依据[1-3]。相对于其他压缩机而言，冰箱压缩机因为结构紧凑，给P-V指示图的测量带来的很大的困难。本文介绍了冰箱压缩机P-V指示图测试试验台的搭建方法，并最终成功搭建了冰箱压缩机的P-V指示图测试实验台。

　　2 试验平台的设计和搭建

　　P-V指示图的测量主要包含两部分的工作内容，一部分工作是工作腔内的动态压力测量，还有一部分工作是工作腔容积的同步测量。针对前者，主要的难点在于压力传感器的选择、引压系统的设计、压力传感器安装设计等内容。后者的难度主要在于工作腔容积的测量方案选择以及与压力的同步测量问题。在冰箱压缩机结构限制下，直接测量压缩机工作腔的容积或者直接测量活塞的位移非常困难，因此工作腔容积的测量本文采用间接测量的方法，即通过测量曲轴转角从而进一步计算工作腔容积的方法来进行。

　　2.1压力传感器的选择

　　冰箱压缩机工作腔内的压力在工作过程中变化速度很快，这就要求测试平台所选用的压力传感器具有较好的动态特性。同时，为了更好地选择传感器，我们必须对工作腔内的压力变化的频率特性做一个分析。应用功率谱密度分析可以很好的对所需要测试信号的频率特性进行研究。如图1所示，计算得到的冰箱压缩机工作腔内压力随时间的变化，而图2是对上述工作腔内压力信号进行功率谱密度分析之后所得到的不同频率下的功率谱密度，压缩机的运行频率为50Hz。从图2中可以看出，以50Hz频率运行的冰箱压缩机的工作腔内压力信号的主要能量都集中在200Hz以下的频率范围内。这样我们就可以将200Hz作为工作腔内压力测量的最大有效频率。根据采样定理，采样频率必须是所采信号的最高有效频率的2倍以上，即采样频率要超过400Hz。