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车载式太阳能集热器热性能测试系统的设计

作　者: 李明云
导　师: 钟毓宁；成家宝；陈有武
学　校: 湖北工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 太阳能集热器热性能测试车载式 LabVIEW状态机温度控制流量控制
分类号: TK513.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文重点研究车载式太阳能集热器测试系统的流量及温度的控制方法，设计一种基于虚拟仪器的测控系统，能够现场检测太阳能集热器热性能参数，为提高太阳能集热器的产品质量提供参考。论文介绍了集热器检测行业的研究现状，分析了测控系统存在的问题，主要从以下几个方面展开研究工作，分别是管路系统设计、温度及流量的单工况控制和两者的联调控制、软件设计和全工况调试及数据分析。1．按照《太阳能集热器热性能试验方法》等国家标准要求，设计了一套满足可以进行多种型号集热器检测的车载式管路测试系统。2．分析了温度及流量的控制策略和控制方案。一方面设计了基于虚拟仪器技术的温度控制方案和流量控制方案，分析并研究了两级温度控制的联调控制策略，确定了适合本检测系统的联调控制方案。选取了温度控制和流量控制的硬件，编写了温度的采集及通信程序，并对其进行了仿真。另一方面，通过在经典PID控制的基础上增加正交实验设计，找出了每个工况下PID控制器的三个参数。3．利用图形化编程软件LabVIEW开发了测试系统中的测量与控制模块。软件主要完成了瞬时效率试验、压力降落试验、入射角修正系数试验和时间常数试验中的数据采集、显示、控制、存储等功能。按照控制策略并利用状态机功能编写了测控系统的程序框图，完成了集热器几个重要参数子VI的程序设计。4．以平板集热器为测试对象，现场对测试系统的功能、性能指标、稳定性等进行了调试和实验。测试结果表明，集热器的进口温度能稳定在设定值的±0.1℃且稳定时间在40分钟以上，流量的波动范围不超过设定值的±1%，该测控系统功能完善、操作简单、测试精度高，可以完成集热器几个重要热性能参数的检测工作。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题来源  10
  1.2 课题研究的背景及意义  10-11
  1.3 相关技术的国内外发展概况  11-15
    1.3.1 集热器热性能试验系统的发展现状  11-13
    1.3.2 基于虚拟仪器的测控技术在国内外的应用现状  13-15
  1.4 本文主要研究的内容  15-16
第2章车载式太阳能集热器热性能测试系统总体设计  16-22
  2.1 车载式太阳能集热器热性能测试系统的设计要求  16-17
    2.1.1 综合测试系统的总体功能  16
    2.1.2 综合测试系统中管路的布置与组装  16
    2.1.3 综合测试系统的效果预期  16-17
  2.2 车载式太阳能集热器热性能检测系统的总体组成  17-21
    2.2.1 车载式可伸缩式移动平台  17-18
    2.2.2 车载式双轴太阳跟踪装置  18-19
    2.2.3 车载式检测系统的管路设计  19-20
    2.2.4 车载式测控系统的组成  20-21
  2.3 本章小结  21-22
第3章测控系统的设计  22-47
  3.1 闭式循环系统中温控方案的设计  22-38
    3.1.1 闭式循环系统中温度控制的硬件组成  22-27
    3.1.2 闭式循环系统中温度控制的控制模型  27-31
    3.1.3 基于虚拟仪器的温度测量与控制  31-34
    3.1.4 单工况温度调试及结果  34-38
  3.2 闭式循环系统中流量测控方案的设计  38-44
    3.2.1 闭式循环系统中流量控制的硬件组成  39-42
    3.2.2 闭式循环系统中流量控制的控制模型  42
    3.2.3 基于虚拟仪器的流量测量与控制  42-43
    3.2.4 单工况流量调试及结果  43-44
  3.3 温度及流量在闭式循环系统中的联调控制  44-46
    3.3.1 系统联调控制策略  44
    3.3.2 工况转换条件下的综合调节及结果分析  44-45
    3.3.3 稳态过程的调节控制  45
    3.3.4 系统优化  45-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章车载式集热器热性能测试系统的软件设计  47-60
  4.1 LabVIEW 软件介绍  47-48
  4.2 LabVIEW 状态机综合测试系统中的运用  48-51
    4.2.1 基于虚拟仪器的人机交互界面设计  48-50
    4.2.2 状态机在程序中的应用  50-51
  4.3 程序设计中几个重要的子 VI  51-59
    4.3.1 温度控制子 VI  51-53
    4.3.2 流量控制子 VI  53-54
    4.3.3 瞬时效率试验子 VI  54-56
    4.3.4 时间常数试验子 VI  56-57
    4.3.5 压力降落试验子 VI  57-58
    4.3.6 入射角修正系数试验子 VI  58-59
    4.3.7 报表生成子 VI  59
  4.4 本章小结  59-60
第5章系统验证及误差分析  60-67
  5.1 关于集热器的热损失及效率分析  60-62
  5.2 全工况条件下集热器参数的数据处理  62-66
    5.2.1 瞬时效率试验数据分析  62-63
    5.2.2 时间常数试验数据分析  63-64
    5.2.3 压力降落试验数据分析  64-65
    5.2.4 入射角修正系数试验数据分析  65-66
  5.3 本章小结  66-67
第6章总结及展望  67-69
  6.1 全文总结  67-68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
附录 1 车载式太阳能热利用产品检测系统相关图片  73-74
附录 2 2013 年 3 月 29 号全工况条件下的稳态数据  74-75
附录 3 攻读硕士学位期间发表的学术论文  75

车载式太阳能集热器热性能测试系统的设计

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