冷冻冷藏陈列柜性能试验装置温度测量不确定性浅析

何家才，罗奇峰，谢红振

（浙江星星冷链集成股份有限公司，上海 230000）

冷柜产品目前主要用于食品的冷冻冷藏，随着人民生活水平的不断提高，食品冷链相关的产品设备需求量会出现大幅增长，从2020年到2025年会每年会有180亿人民币的市场需求。用户功能化需求的提高、更加注重用户使用的体验感，而且随着国家节能减排政策的落实以及商业冷冻冷藏陈列柜的能效标准GB26920两部分推进实施，现有的冷柜产品已然不能适应市场的变化，功能多元化、智能化、高效节能、绿色环保的新兴趋势，从而促使着产品的升级换代。［1］而冷柜按种类具体又可分为远置式陈列柜、非零售用餐饮陈列柜、自携式陈列柜和非陈列式冷柜等，面对复杂多样的冷柜设备及不同应用场景需求，为保证产品质量，规范市场，相关部门制定了一系列技术标准如表1所示。

表1 冷冻冷藏设备技术标准

冷冻冷藏陈列柜性能试验室是用于测定冷柜产品的相关性能是否合格，能否满足技术标准的相关要求的装置，是测定冷柜设备性能数据如电耗能、排热率的重要研发装置。试验室对相关参数的测量准确性直接影响了所测冷柜产品性能数据的可靠性，因而本文对冷冻冷藏陈列柜性能试验装置的温度测量误差作了系统、具体地分析，并提出相关改进建议。

1 冷冻冷藏陈列柜性能试验装置

1.1 冷冻冷藏陈列柜性能试验装置原理

该冷冻冷藏陈列柜性能试验装置如图1［2］所示，包括：环境间、冷却水系统、能量可调节单元、空气处理装置、测量数据采集和计算机系统。环境间是一个平行六面体，送风方式为遵循EN ISO23953与GB/T 21001.2技术标准要求，设置成水平侧送侧回式，从空气处理机出来的风通过顶板混合段风道送入第一技术壁面混合侧腔中，再经过多层均匀孔板送至环境测试间，提供水平方向的风场，后回到对面的同样设置多层孔板的第二技术壁面后回到回风腔中的空气处理机，完成内部风量循环，并形成符合标准的均匀性的风场与环境温湿度场。空气处理机组和加湿箱配合控制房间的风速和温湿度工况，冷却水系统对能量可调节单元和压冷机组进行冷却，各测点数据通过采集器采集，经串口服务器通讯到电脑，再经软件进行数据处理，生成试验报告。

图1 冷冻冷藏陈列柜性能试验装置原理［2］

1.2 温度测量系统

图2为某冷冻冷藏陈列柜性能试验装置测量系统的布置，主要包括对环境温湿度、样机制冷剂质量流量、样机测点温度、制冷剂进出口温度及压力和样机功率等电性能参数的测量。据公式1可知，间接式陈列柜样机制冷剂质量流量、制冷剂进出口温度及压力对瞬时排热率有直接影响，而环境温湿度、样机测点温度测量数据则参与评判运行工况的稳定性，间接影响了样机性能。

图2 温度测量系统

式中，φn为 间接式陈列柜瞬时排热率；qm为制冷剂质量流量，kg/s；C0、Ci为 陈列柜进、出液口第二制冷剂比热，kJ/（kg*℃）；θ0,θi为陈列柜第二制冷剂进、出液口温度，℃。

其中，对样机进出口制冷温度的测量精度要求较高，一般选用Pt100铂电阻，误差精度要求为±0.1℃。而热电偶主要用于测量样机内部温度，主要是测量M-包温度，M-包是带感温装置的填充试验包，用于评判陈列柜的类型及运行温度。如表2所示，国标对陈列柜运行温度的分类有8种，具体区间横跨-18℃～+10℃，测量精度要求为±0.5℃。

表2 陈列柜运行温度分类

2 冷冻冷藏陈列柜性能试验装置温度测量不确定性影响因素分析

2.1 热电偶

一般而言，试验装置选用铜-康铜热电偶进行测量，在实际操作中，热电偶测量误差主要源于焊接工艺和电磁干扰。相关研究表明，单焊点和经过若干次绞合的焊点的热电偶在0～100℃内所测得的数据偏差小于0.3℃，因而正常试验操作中建议使用经过若干次绞合的热电偶以避免单焊点易断裂、影响工作效率的缺点。而热电偶绞合的尺寸也会对测量误差产生影响，为减少此类误差，在实际试验操作时应尽量使得绞合部分的长度和被测物件的尺寸相差一个数量级以上。［3，4］

此外，在试验室环境中，水泵、空气处理机内部风机、电磁阀等等会产生电磁干扰，对热电偶的测量造成一定的影响。表3为存在电磁干扰时，热电偶测量值与实际温度的误差，一定程度上来说，电磁干扰程度越大，热电偶测量值越不稳定，数据波动程度越大，与真实值相比误差越大。因而在试验室设计施工过程中，应尽量使热电偶线路远离这些干扰源，选用屏蔽双绞线可靠接地，以减少此类测量误差。［5］

表3 电磁干扰下热电偶的测量误差值

2.2 铂电阻

试验室选用的铂电阻为Pt100型，主要用于测量制冷剂进出口的温度，应用测温范围为-50℃～30℃，测量精度一般为±0.1℃。在正确安装、电磁干扰小的情况下，铂电阻精度一般与使用时长、校准有关，图3给出了铂电阻的测量精确程度随使用年限的变化情况，年限较久的铂电阻测量精确度可能下降，进而影响试验因而建议关注试验室相关仪器的使用时长，对使用5年以上的铂电阻重新计量校准后再使用或直接更换新铂电阻。此外，铂电阻插入导热油深度也会对测量精度造成影响，有数据表明当插入深度与铂电阻直径之比大于14时，可忽略此类影响。［6］

图3 铂电阻的测量精确程度随使用年限的变化情况

3 结语

一般而言，试验装置选用铜-康铜热电偶进行测量，在实际操作中，热电偶测量误差主要源于焊接工艺和电磁干扰。相关研究表明，单焊点和经过若干次绞合的焊点的热电偶在0～100℃内所测得的数据偏差小于0.3℃，因而正常试验操作中建议使用经过若干次绞合的热电偶以避免单焊点易断裂、影响工作效率的缺点。而热电偶绞合的尺寸也会对测量误差产生影响，为减少此类误差，在实际试验操作时应尽量使得绞合部分的长度和被测物件的尺寸相差一

本文对冷冻冷藏陈列柜性能试验装置的原理及温度测量系统作了简单介绍，并对其测量不确定性作出浅要分析，提出相关改进意见。建议如下：

1）对于热电偶测点，建议采用多次绞合焊接的热电偶且尽量将热电偶线路布置远离水泵、风机、电磁阀等设备以避免产生电磁干扰。

铂电阻测量制冷剂进出口温度时，插入导热油的深度与其直径比要大于14以上，对于使用年限较久的铂电阻，需要重新计量后再使用或者更换新铂电阻。