CN102116686A - 估测与表面接触而感受到的温度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种估测与表面接触而感受到的温度的方法和装置。本发明的方法具有如下步骤：非接触式加热表面，非接触式测量表面温度改变的时间，以及在温度改变的时间的基础上估测与表面接触而感受到的温度。

Description

估测与表面接触而感受到的温度的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于估测与表面接触而感受到的温度的方法和装置。虽然本发明在机动车辆工业中应用具有特别的优势，但是本发明不限于在机动车辆工业中应用。相反，本发明能够应用于需要将产品质量的感知(特别是触感(feel)和可触知性(palpability))最优化的所有技术领域中，也就是说还能够应用在例如电子或家具工业中。

背景技术

为了例如能够对材料的可视和可触知的确实性和/或真实性做出定量估测，对表面接触温度的测量和/或估测是必需的。所谓的热穿透系数在此处可以确定为特征参数。这里产生的问题是通常仅在大型机器中对测试材料确定该热穿透系数。

然而，特别在机动车辆中，需要以非破坏性的、非接触的形式并且不依赖于表面的形态对与不同材料、特别是车内出现的材料接触的温度感觉进行估测，和/或对车内出现的材料的热穿透系数进行估测。同时，例如，用于此目的的测量装置的尺寸应当可以由测量机器人操控。

DE 39 01 377 A1号专利文件公开了一种在通过已产生温度梯度的材料上的驱动器/传感器系统测量热电压的基础上确定导热性的方法。在该方法中，所需的温度差由作为帕尔贴元件(Peltier element)运行的驱动器在第一运行模式下产生。与电流成比例的帕尔贴热的供给和放出被短暂地周期性地中断，在这些中断过程中，驱动器作为传感器运行，其通过电子化地转换到第二运行模式来检测与温度差成比例的瞬时热电压。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种用于估测与表面接触而感受到的温度的方法和装置，该方法和/或该装置能够使可靠的、不依赖于诸如表面颜色或传递性能的具体表面形态的特性描述成为可能，并且同时能够以非破坏性和可移动的方式使用。

本发明的目的根据独立权利要求1的特征的方法以及根据独立权利要求7的特征的装置得以实现。

一种估测与表面接触而感受到的温度的方法具有下述步骤：非接触式加热表面，非接触式测量表面温度改变的时间，以及在温度改变的时间的基础上估测与表面接触而感受到的温度。

由于这样的事实，即本发明的方法以非接触式和非破坏性的方式操作，所以其确保所要检测的表面不会发生改变，并因此无残留物存在，所以该方法也适用于对比研究和/或标准测试。在这种情况下，本发明的方法使得人感受到的温度能够以非破坏性的和能够移动使用的方式来估测，可用于广泛的多样性的表面和/或材料，例如，金属、木头、塑料、泡沫塑料等等。

用于加热和/或加热表面的多种、非接触式的技术可以用于本发明的方法的实例中。在不限制本发明的情况下，这些技术例如可以包括，使用卤素灯光、红外灯光、使用激光源的灯光、或利用热传导(通过提供加热的空气，例如利用风扇)。

各种处理可以用于使表面标准化，以保证利用本发明的方法得到的结果可以客观比较，并且不依赖于特别的表面形态，具体说，不依赖于表面的各自的颜色或传递性能。这些改进可以包含导热膏的使用，具有特殊传递性能的(纸质)贴纸或胶带的使用，适合的液体(例如具有两份体积的亚光黑色和一份体积的异丙醇)的使用，或能够储存在聚四氟乙烯过滤器(Teflon filters)中并由此转移至各样品上的炭黑微粒的使用，还可以与其他改进以适合的、紧密的方式结合，以使改进和/或标准化不仅可以在实验室也可以以移动的方式(例如以测量机器人的形式)应用。

根据一个实施例，加热表面的步骤包含表面的脉冲加热。此处利用比恒定的、均衡的加热更高级的方案来区分要检测的不同的表面和/或材料是可能的，因为分别获得的、并且描述依赖时间的温度变化的函数和/或测量曲线不仅斜率(各回归线)相互不同，而且由脉冲加热产生的各个衰退曲线也相互不同。

根据一个实施例，估测与表面接触而感受到的温度的步骤包含参数vl的确定，该参数由下式给定：

$\mathrm{vl}=\frac{1}{m\·a},$

m表示回归线的斜率，回归线是为描述依赖时间的温度变化的函数而确定的，a表示由脉冲加热产生的该函数中的衰退曲线的平均振幅。

根据本发明的一个实施例，估测与表面接触而感受到的温度的步骤在校准的基础上执行，在校准中为多个参考表面确定上述参数。

根据本发明的一个实施例，该校准包含将为多个参考表面确定的参数(vl)分配至各自的热穿透系数(在下文中定义)值，所述热穿透系数值对该参考表面来说是已知的。

根据本发明的另一方面，本发明涉及一种用于估测与表面接触而感受到的温度的装置，该装置具有用于非接触式加热表面的热源，用于非接触式测量表面温度的温度计，和评估单元，其基于表面温度变化的时间来确定与表面接触而感受到的温度的特征参数，其中所述表面温度变化由加热引起。

根据本发明的一个实施例，该装置设计为利用热源对表面进行脉冲加热。为了此目的，该装置可以特别具有能够旋转的屏幕，该屏幕具有至少一个开口，可以通过所述开口将热能施加至表面。

本发明的进一步的改进可以从具体实施方式和从属权利要求中获悉。

附图说明：

以下参照优选实施例和附图更详细地解释本发明。

附图中：

图1a-b表示根据本发明的一个实施例的测量装置的设计的主视示意图(图1a)和侧视示意图(1b)；

图2-3是用于解释图1所示的测量装置的操作的示意图；

图4-5表示用于解释本发明的方法和图1所示测量装置的校准的图表。

具体实施方式

图1a和1b仅仅是以主视图(图1a)和侧视图(图1b)表示的本发明的测量装置的设计的示意图。

图1所示的装置具有热源20，在示例性实施例中其配置为卤素灯，以及由支架15支撑的(红外)温度计10。尽管下述加热使用卤素灯作为热源进行，但是本发明并不受此限制。因此，根据进一步的实施例(未示出)，使用红外灯、白炽灯、激光源或使用风扇或可控的热吹风机进行非接触式加热也是可能的。

在图1所示的示例性实施例中，形成热源20的卤素灯的一部分支撑在支架25上，支架25(例如使用螺钉)固定在示例性实施例的电动机50的外壳上。电动机50的轴35通过螺钉和螺母连接36固定在可旋转的盘或屏幕30上，该盘或屏幕30具有开口40以使光和/或热通过，而且盘或屏幕30对于热和/或光(至少实质上)是不可穿透的。

根据图2，温度计10配成使其能够测量超出可旋转的盘或屏幕30的样品60的样品表面上的温度，典型地，与被测表面之间具有几厘米(例如5-20厘米)的间隔。

为了确保测量是客观的或不依赖于各自表面的颜色和传递性能，提前对待检测样品60执行适合的均质化或表面处理，在此之后所有的样品具有一致的颜色属性和表面结构。例如，市场上可以购得的导热膏、具有适合的传递性能(优选低反射系数)的(纸质)贴纸或胶带、适合的液体(例如具有两份体积的亚光黑色和一份体积的异丙醇)或炭黑微粒(例如储存在聚四氟乙烯过滤器(Teflonfilters)上的)，都能够为此目的用于各自的表面。

下面参照图4和图5a-d，对本发明的对于待检测材料的接触温度的测定和/或与相关表面接触的温度感觉的定量化进行解释说明。

在本发明的方法的实例中，使用图1a-b和图2所示的装置对相关表面进行脉冲加热，特别地，出于校准装置的目的，首先为一系列的参考样品(所谓的“感受接触样品(sensotact samples)”)进行脉冲加热。各参考样品包含相互不同的材料(诸如可发性聚苯乙烯(Styropor)、木头、聚四氟乙烯或铝)。

通过周期性脉冲的加热此处基于盘或屏幕30上的开口40获得，盘或屏幕30在图1a-b和图2所示的装置中转动，并产生与图4一致的特征锯齿形曲线“A”至“E”，用于(对样品标称为0、20、50、70和100的用于校准的感受接触样品)测量随时间变化的温度。在该实例中，脉冲是可以选择的，仅作为例子，如可以以1Hz的频率记录测量值。

根据图4，这些锯齿形曲线首先用于(通过相对时间改变的温度的测量曲线)计算回归线的斜率，其次用于计算由于脉冲加热产生的各“振动”的衰退曲线的振幅。

比较系数(comparative coefficient)vl通过平均振幅值和斜率值计算如下：

$\mathrm{vl}=\frac{1}{m\·a}---\left(1\right),$

m表示回归线的斜率，a表示衰退曲线的平均振幅。

此外，用于校准的参考或感受接触样品具有不同的、分别已知的热穿透系数b值，热穿透系数b定义如下：

$b=\frac{q_0}{\sqrt{\mathrm{\π}}}\·\frac{d\sqrt{t}}{d{\mathrm{\θ}}_O}---\left(2\right),$

其中

以及

b：热穿透系数

λ：导热性

c：热容量

γ：密度

θ₀：表面温度。

根据各参考样品确定的比较系数vl或热穿透系数b绘图得出图5a示意所示的相关性。因此，根据图5，可以在随后的测量中利用该相关性，将每个比较系数vl分配给检测材料的热穿透系数b一个相应值，并且，因此分配给检测材料的接触温度Tc一个相应值。

由于接触温度Tc又与人类的温度感知直接相关，因此接触不同表面的情况下，温度感觉也可以至少近似地定量化。这在图5c和5d的示意图中表示，在图5c中将(温度感受器的)脉冲速率或每秒脉冲次数分配给接触温度Tc，在图5d中，为了描述与表面接触而感受到的温度的特性，将相应的标度值，例如从0(冷)到100(暖)的标度范围，分配给该脉冲速率。

Claims (9)

1.一种估测与表面接触而感受到的温度的方法，其特征在于，所述方法具有以下步骤：

a)非接触式加热表面；

b)非接触式测量表面温度改变的时间；以及

c)在温度改变的时间的基础上估测与表面接触而感受到的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热步骤a)之前，将表面进行处理以使表面的颜色和/或传递性能标准化。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，加热步骤a)包含脉冲加热表面。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，估测与表面接触而感受到的温度的步骤c)包含参数(vl)的确定，该参数由下式给定：

$\mathrm{vl}=\frac{1}{m\·a},$

m表示回归线的斜率，回归线是为描述依赖时间的温度变化的函数而确定的，a表示由脉冲加热产生的该函数中的衰退曲线的平均振幅。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，估测与表面接触而感受到的温度的步骤c)在校准的基础上执行，在校准中为多个参考表面确定参数(vl)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，校准包含将为多个参考表面确定的参数(vl)分配至各热穿透系数(b)值，所述热穿透系数(b)值对该参考表面而言是已知的，该热穿透系数定义为

$b=\frac{q_0}{\sqrt{\mathrm{\π}}}\·\frac{d\left(\sqrt{t}\right)}{{\mathrm{d\θ}}_O},$

其中以及

b：热穿透系数

λ：导热性

c：热容量

γ：密度

θ₀：表面温度。

7.一种用于估测与表面接触而感受到的温度的装置，其特征在于，所述装置具有：

热源(20)，其用于非接触式加热表面；

温度计(10)，其用于非接触式测量表面温度；以及

评估单元，其基于表面温度变化的时间来确定与表面接触而感受到的温度的特征参数(vl)，所述表面温度变化由加热引起。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置设计为利用热源(20)对表面进行脉冲加热。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述用于对表面进行脉冲加热的装置具有能够旋转的屏幕(30)，屏幕(30)具有至少一个开口(40)，可以通过所述开口(40)将热能施加至表面。

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