CN102419342B - 一种绝热材料热面性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绝热材料的性能试验装置，属于绝热材料检测领域。一种绝热材料热面性能试验装置，其特征在于：包括耐热的箱体和设置在箱体内的硅炭加热棒，在硅炭加热棒上方设置有用于放置试验部件的耐热的均热板，所述均热板将箱体内分为上面的受热区和下面的加热室，在硅炭加热棒下方，箱体的内底面设置有反射板，所述均热板各边沿离开边缘75mm的边线上间隔设置有多个穿过均热板的隔缝，隔缝围绕内的区域为测试区域，隔缝空隙用保温材料填塞，五对热电偶埋设在加热板的槽内，并加以弥合。本发明装置增加了反射板，且在均热板上设置隔缝环绕测试区域，使热流更接近一维传热，减少均热板与箱体相连部分产生的热损失，加强了均热板面的均匀性。

Description

一种绝热材料热面性能试验装置

技术领域

本发明涉及一种绝热材料的性能试验装置，尤其涉及绝热材料的热面性能试验装置。

背景技术

最高使用温度是工业用绝热材料的重要性能。正确评估绝热材料的最高使用温度，是保证绝热材料在使用温度下正常使用的重要工作。最高使用温度与材料成分、材料厚度、温度梯度、加热速率、使用状态等因素有关，因此对绝热材料的最高使用温度的测量，对产品的适用性能评估、作业设计具有重要的指导意义。我国没有一个统一的具体的试验方法适用于所有类型绝热材料的最高使用温度的测试。如何通过合理的方法和设备评估绝热材料在使用环境下的最高使用温度成为需要研究探讨的课题。

南京玻璃纤维研究设计院在上世纪90年代初就对绝热材料的最高使用温度评估方法和测量仪器进行了研究，参考了德国标准DIN52271和日本标准JIS相关内容。国家建材标准化研究所李金平在上世纪90年代末对当时国内现有评估绝热材料最高使用温度评估技术进行了分类总结，主要有3类方法：①热荷重厚度收缩率确定，②线收缩率确定，③抗压强度收缩率确定。当时南京玻璃纤维研究设计院就是开展的基于线收缩率方法的测量仪器。

由河南建筑材料研究设计院和北新建材(集团)有限公司制定的国标GB/T17430-1998采用的是将绝热材料处于接近使用状态的模拟试验条件(热面性能试验)下持续规定的时间，观察试验期间材料的变化和出现的现象，以及测定试验后材料的有关性能，可预见材料在使用温度下的问题，来对最高使用温度进行评估，比之前评估的三种方法更加接近绝热材料的实际使用状况。主要参考了美国标准ASTM C411-82和ASTM C447-85以及国际标准ISO8142-1990附录A《确定预制矿物棉管壳最高试验温度的试验方法》的部分内容。但采用这种方法对热面加热是有要求的，因此在该国标中，对加热板有一个要求是：在加热板上进行热面性能测试时，加热板的任何一点测得的温度与要求的温度相差不能超过0～5％或0～15℃(取小者)，要求的加热板的最佳试验面积是900mm*450mm，如此大的面积，在测试温度最高达到900℃甚至以上时，要求板上的温差如此小，因此当时虽然制定了以热面性能试验对最高试验温度进行评估的方法，而且该方法更接近实际使用情况，属于较好的评估方法，但受限于技术问题无法解决，当时并未开发出相应的测量仪器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种绝热材料热面性能试验装置，解决根据热面性能试验进行绝热材料最高使用温度进行评估的具体试验装置缺乏问题及试验装置中为更好进行最高使用温度的评估解决的热面加热板均匀性问题。

技术方案

一种绝热材料热面性能试验装置，其特征在于：包括耐热的箱体和设置在箱体内的硅炭加热棒，在硅炭加热棒上方设置有用于放置试验部件的耐热的均热板，所述均热板将箱体内分为上面的受热区和下面的加热室，在硅炭加热棒下方，箱体的内底面设置有反射板，将硅炭加热棒辐射向下的热量经由反射板辐射返回，所述均热板各边沿离开边缘75mm的边线上间隔设置有多个穿过均热板的隔缝，隔缝围绕内的区域为测试区域，隔缝空隙用保温材料填塞，五对热电偶埋设在均热板的五个加工好的槽内，并加以弥合。

进一步，所述五对热电偶埋设在加热板底部的槽内，并与计算机信号采集系统连接，采集热电偶的温度信号并传送至计算机控制系统，所述硅炭加热棒与计算机控制系统连接，由计算机控制系统根据采集的热电偶的温度与均热板表面温度预定值进行比较，确定并调节输出至硅炭加热棒的控制信号，改变硅炭加热棒的加热功率，使均热板按设定的升温曲线升温。

进一步，所述隔缝宽度为3mm，每个隔缝宽度相同，隔缝之间间隔相同。

进一步，所述硅炭加热棒按区域分组，并分组别对不同组的硅炭加热棒分别控制其加热功率。

所述硅炭加热棒采用九根，按照左中右位置分为三组，每组为三根。

进一步，在均热板下设置有支撑加热板的多根支撑杆。

进一步，所述箱体采用耐热外壳，在外壳内填充保温隔热的氧化铝纤维。

进一步，所述五对热电偶采用铂-铂铑热电偶。

所述热电偶采用铠装热电偶。

进一步，所述均热板和均热板下方的高温区内的所有构件采用相同材料的不锈钢构件。

进一步，在所述箱体内，反射板下设置有支撑反射板的支撑杆。

进一步，所述均热板上试验部件采用镍鉻-镍硅铠装热电偶进行测试。

有益效果

本发明的绝热材料热面性能试验装置在加热板之外增加了反射板，将硅碳加热棒辐射向下的热量返回，一方面提高了硅碳加热棒的加热效率，也增加了加热的均匀性，避免了热量的流失，而在均热板上设置一圈隔缝环绕测试区域，使加热室在传热过程中，均热板内热流更接近一维传热，降低了不均匀材料和制品(如颗粒较大的松散材料和不均匀的建筑材料)的影响，同时可以减少均热板与箱体相连部分产生的热损失，加强了均热板面的均匀性。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

图2为本发明装置中加热板仰视示意图；

图3为图2中A-A剖视示意图；

图4为本发明装置连接安装有计算机控制系统和电源的电器柜的示意图。

其中：1-箱体，2-硅炭加热棒，3-均热板，4-反射板，5-隔缝，6-热电偶，7-支撑杆，8-氧化铝纤维。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。

本发明装置参照国家标准GB/T17430-1998《绝热材料最高使用温度的评估方法》研制而成，适用于评估松散填充绝热材料、毡、毯、块、板等制品的最高使用温度，也可测定试验部件在高温加热(热面)时内部的温度变化趋势，并为其他相关设备测定试验部件经高温处理后的收缩率、抗压强度、抗折强度、传热性能等性能变化提供条件。

一种绝热材料热面性能试验装置，包括耐热的箱体1和设置在箱体1内的硅炭加热棒2，在硅炭加热棒2上方设置有用于放置试验部件的耐热不锈钢均热板3，所述均热板3将箱体1内分为上面的受热区和下面的加热室，在硅炭加热棒2下方，箱体1的内底面设置有反射板4，将硅炭加热棒2辐射向下的热量经由反射板4辐射返回，所述均热板3由含钛耐热不锈钢加工而成，尺寸为900*600mm，各边沿离开边缘75mm的边线上间隔设置有多个穿过均热板3的隔缝5，所述隔缝5宽度为3mm，每个隔缝5宽度相同，隔缝5之间间隔相同，四边的隔缝5围绕内的区域为测试区域，隔缝5保证了加热板3温度的均匀特性，隔缝5空隙用保温材料填塞，避免硅炭加热棒2对试验部件的直接辐射，五对热电偶6埋设在均热板3五个加工好的槽内，并加以弥合。

所述硅炭加热棒2按区域分组采用九根，按照左中右位置分为三组，每组为三根，并分组别对不同组的硅炭加热棒2分别控制其加热功率。以检测到的五对热电偶6的温度数据就可以来调整给予硅炭加热棒2的加热功率，从而控制均热板3的温度均匀性，然后对试验部件进行测试。

为增加均热板3的刚度，减少其在高温下的变形，在相应的部位用同质材料的可调支撑杆7支撑，设置在均热板3下设置。反射板4下也可以设置有支撑反射板4的支撑杆。

所述箱体1采用耐热外壳，在外壳内填充保温隔热的氧化铝纤维8，以减少散热损失和对人体的热辐射伤害。采用高温下保温性能较好而随热惰性又小的氧化铝纤维保温，舍弃了国标中的耐火砖和保温砖，使整体装置重量大大减轻，而且，随着装置重量的减轻，其热容量大大减小，降低了它的热惰性，改善了加热室的调节性能，加热到同样温度所需时间大大减少，又减少了耗能。

所述五对热电偶6采用铠装铂-铂铑热电偶，如附图二所示位置埋设在均热板3内。均热板3上试验部件采用十一对镍鉻-镍硅铠装热电偶进行测试(其中一对备用)，延热流方向的中间温度和冷表面分布。

所述均热板3和均热板3下方的高温区内的所有构件采用相同材料的不锈钢构件，如此因为所有构件具有相同的热膨胀系数，可以有效的减少均热板3加热过程中的形变。

在上述实施方案中，因为反射板4、隔缝5的应用，加之对箱体1和内部构件的改造，已经能够达到国标和美标中的要求，但是能够达到的温差范围仍然在国标(15度以内)和ASTM(14度以内)要求的上限范围值徘徊。

为进一步缩小温差范围，能够使该种评估方法测试结果更准确，将所述热电偶6埋设在均热板3底部的槽内，并与计算机信号采集系统连接，采集热电偶6的温度信号并传送至计算机控制系统，所述硅炭加热棒2与计算机控制系统连接，由计算机控制系统根据采集的热电偶6的温度与均热板3表面温度预定值进行比较，采用PID控制方法，确定并调节输出至硅炭加热棒2的控制信号，改变硅炭加热棒2的加热功率，使均热板3按设定的升温曲线升温。

均热板3由硅碳加热棒2加热，其加热功率设计由可控硅供给，当确定并调节加热功率控制信号时，将控制信号输出给可控硅，即可改变硅碳加热棒2的加热管的加热功率，使均热板3按预先设定的升温曲线升温。

所述均热板3表面温度预定值可在使用前作标准校正，记录符合测试要求的温度值作为预定值。

这种热电偶6设置方法不同于国标中要求，但是通过与均热板3表面温度对比的PID控制方法，能使均热板3的温度均匀性更好。经实践测试，均热板3的温差可以达到4℃以内，比上述现行的国标要求和ASTM的要求均实现大幅度的提升。

装置下面可以装上带锁滑轮，便于移动和固定。

均热板3上的隔缝5可以设置为相同长度(10mm)，共设置32个。

Claims (9)

1.一种绝热材料热面性能试验装置，其特征在于：包括耐热的箱体（1）和设置在箱体（1）内的硅炭加热棒（2），在硅炭加热棒（2）上方设置有用于放置试验部件的耐热的均热板（3），所述均热板（3）将箱体（1）内分为上面的受热区和下面的加热室，在硅炭加热棒（2）下方，箱体（1）的内底面设置有反射板（4），将硅炭加热棒（2）辐射向下的热量经由反射板（4）辐射返回，所述均热板（3）各边沿离开边缘75mm的边线上间隔设置有多个穿过均热板（3）的隔缝（5），隔缝（5）围绕内的区域为测试区域，隔缝（5）空隙用保温材料填塞，五对热电偶（6）埋设在均热板（3）的五个加工好的槽内，并加以弥合，所述隔缝（5）宽度为3mm，每个隔缝（5）宽度相同，隔缝（5）之间间隔相同，所述均热板（3）和均热板（3）下方的高温区内的所有构件采用相同材料的不锈钢构件；

所述五对热电偶（6）埋设在均热板（3）底部的槽内，并与计算机信号采集系统连接，采集热电偶（6）的温度信号并传送至计算机控制系统，所述硅炭加热棒（2）与计算机控制系统连接，由计算机控制系统根据采集的热电偶（6）的温度与均热板（3）表面温度预定值进行比较，确定并调节输出至硅炭加热棒（2）的控制信号，改变硅炭加热棒（2）的加热功率，使均热板（3）按设定的升温曲线升温。

2.如权利要求1所述的绝热材料热面性能试验装置，其特征在于：所述硅炭加热棒（2）按区域分组，并分组别对不同组的硅炭加热棒（2）分别控制其加热功率。

3.如权利要求2所述的绝热材料热面性能试验装置，其特征在于：所述硅炭加热棒（2）采用九根，按照左中右位置分为三组，每组为三根。

4.如权利要求1或2所述的绝热材料热面性能试验装置，其特征在于：在均热板（3）下设置有支撑均热板（3）的多根支撑杆（7）。

5.如权利要求1或2所述的绝热材料热面性能试验装置，其特征在于：所述箱体（1）采用耐热外壳，在外壳内填充保温隔热的氧化铝纤维（8）。

6.如权利要求1或2所述的绝热材料热面性能试验装置，其特征在于：所述五对热电偶（6）采用铂-铂铑热电偶。

7.如权利要求6所述的绝热材料热面性能试验装置，其特征在于：所述热电偶（6）采用铠装热电偶。

8.如权利要求1或2所述的绝热材料热面性能试验装置，其特征在于：在所述箱体（1）内，反射板（4）下设置有支撑反射板（4）的支撑杆。

9.如权利要求1或2所述的绝热材料热面性能试验装置，其特征在于：所述均热板（3）上试验部件采用镍鉻-镍硅铠装热电偶进行测试。