CN104359338A - 用于太阳能重力热管温差检测的快速测温装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于太阳能重力热管温差检测的快速测温装置和方法。加热水槽底部内安装有加热器，侧壁设有水温采集装置，太阳能重力热管上部通过支架固定安装，下部伸入到加热水槽内的水中，上端的冷凝端均匀喷涂有一层太阳能重力热管冷凝端涂层，红外测温仪正对于太阳能重力热管冷凝端涂层测温，得到测试温度；再由加热水槽内的水温采集装置采集到的实时水温；将实时水温和测试温度相减得到温差。本发明解决了太阳能重力热管的工件因尺寸偏差、表面氧化程度不同等因素造成误差偏大的问题，在太阳能重力热管表面氧化程度不一的情况下，获得其冷凝端的精确温度；简单有效，为实现温差检测自动化提供切实可行的测温方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能重力热管的测量装置和方法，尤其是涉及一种用于太阳能重力热管温差检测的快速测温装置和方法。
背景技术
重力热管是一种能快速将热能从一点传至另一点的装置，由于它具有超常的热传导能力，而且几乎没有热损耗，因此它被称作传热超导体，其导热系数为铜的数千倍。当热管的一端受热时，毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体。液体再沿多孔材料靠毛细芯的作用流回蒸发段，如此循环不已，热量从热管的一端传至另一端。当热管倾斜或垂直放置时，其工质的循环流动将受重力的影响，可将蒸发段置于下方，则在上方冷凝的液体工质可借助重力而回流到蒸发段，因此可不采用吸液芯，这就是重力热管。重力热管，工作靠重力在热管内回流，无需采用吸液芯，这就减小了热管的加工难度，降低了制造成本，广泛应用于各领域。
太阳能重力热管传热性能直接影响到集热（热水）器整体热性能，国标GB/T 24767-2009《太阳能重力热管》更是直接规定了太阳能重力热管温差试验方法和要求。
在工厂生产中太阳能重力热管温差试验是每根必检，淘汰不合格产品，保证太阳能热水器的产品质量。在工厂温差试验中由于技术和环境条件所限，一般采用接触式测温装置获得太阳能重力热管温差，但操作过程均需人工近距离操作，导致试验效率低，存在安全隐患。直接采用红外测温仪测温会因重力热管的表面氧化成程度不一，造成热管表面发射率不同，增大测温误差，增加产品不合格率。
目前工厂进行太阳能重力热管温差试验还是采用接触式测温装置，接触式测温装置容易发生形变导致测温误差增大，现在国内还没有太阳能重力热管温差试验的非接触式精确测温方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有厂家太阳能重力热管温差试验中非接触式测温存在的精确度不高和检测效率不高的问题，本发明目的提供一种用于太阳能重力热管温差检测的快速测温装置和方法，通过红外方式快速测温，减少物体表面，环境对红外测温的影响，达到为太阳能重力热管温差试验提供精确测量数据。
本发明采用的技术方案包括：
一、一种用于太阳能重力热管温差检测的快速测温装置：
包括支架、红外测温仪、加热水槽、加热器和水温采集装置；加热水槽内装有水，加热水槽的底部内安装有用于加热水的加热器，加热水槽的侧壁设有水温采集装置，太阳能重力热管上部通过支架固定安装在加热水槽上，太阳能重力热管下部伸入到加热水槽内的水中，太阳能重力热管长度的2/3~3/5放入加热水槽的水中，支架与太阳能重力热管连接的接触面之间设有用于防止热传递的绝热橡胶；太阳能重力热管上端为冷凝端，冷凝端均匀喷涂有一层太阳能重力热管冷凝端涂层，红外测温仪正对于太阳能重力热管冷凝端涂层测温。
所述的太阳能重力热管水平面之间的倾角为60度～90度。
所述的加热水槽外设有用于保温的隔热层。
所述的加热水槽外侧安装有用于恒温控制的温度控制器，温度控制器与加热水槽内的加热器和水温采集装置连接。
二、一种用于太阳能重力热管温差检测的快速测温方法，包括以下步骤：
步骤一、用高发射率的喷漆对所述太阳能重力热管的冷凝端进行喷漆处理，形成太阳能重力热管冷凝端涂层；
步骤二、将所述红外测温仪的发射率设定为高发射率喷漆的发射率；
步骤三、在所述加热水槽内加入水，将所述加热器通电加热水；
步骤四、待水温达到测试所需温度后，将太阳能重力热管冷凝端朝上，太阳能重力热管下端放入加热水槽内，所述太阳能重力热管长度的2/3~3/5放入加热水槽中，并通过支架固定；
步骤五、用红外测温仪对准太阳能重力热管冷凝端涂层进行测温，得到测量温度Td；再由加热水槽内的水温采集装置采集到的实时水温TS；将实时水温TS和测量温度Td相减得到温差Δt。
所述的步骤一中的喷漆发射率在0.9以上。
所述的步骤一中太阳能重力热管冷凝端的至少半个环形侧面喷有喷漆。
所述的支架与太阳能重力热管连接的接触面之间设有用于防止热传递的绝热橡胶。
本发明具有的有益效果是：
本发明解决了太阳能重力热管的工件因尺寸偏差、表面氧化程度不同等因素造成误差偏大的问题，简单有效，并为实现温差检测自动化提供切实可行的测温方法。本发明实现了在太阳能重力热管表面氧化程度不一的情况下，获得太阳能重力热管的冷凝端的精确温度。
附图说明
附图1是本发明的装置示意图。
图中：1、支架，2、太阳能重力热管冷凝端涂层，3、红外测温仪，4、太阳能重力热管，5、加热水槽，6、水温采集装置，7、加热器。
具体实施方式
下面结合附图来进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明装置包括支架1、红外测温仪3、加热水槽5、加热器7和水温采集装置6；加热水槽5内装有水，加热水槽5的底部内安装有用于加热水的加热器7，加热水槽5的侧壁设有水温采集装置6，太阳能重力热管4上部通过支架1固定安装在加热水槽5上，太阳能重力热管4下部伸入到加热水槽5内的水中，太阳能重力热管4长度的2/3~3/5放入加热水槽5的水中，支架1与太阳能重力热管4连接的接触面之间设有用于防止热传递的绝热橡胶，防止太阳能重力热管4与支架1进行热传递。
太阳能重力热管4上端为冷凝端，冷凝端均匀喷涂有一层太阳能重力热管冷凝端涂层2，红外测温仪3正对于太阳能重力热管冷凝端涂层2测温。
太阳能重力热管4水平面之间的倾角为60度～90度。
加热水槽5外设有用于保温的隔热层。
加热水槽5外侧安装有用于恒温控制的温度控制器，温度控制器与加热水槽5内的加热器7和水温采集装置6连接。
本发明首先用已在实验室标定且具有高发射率的喷漆对太阳能重力热管令凝端进行喷漆处理，根据喷漆图层发射率调整红外测温仪的发射率，对放入加热水槽的太阳能重力热管令凝端漆面的温度进行测量。通过所述方法实现了在太阳能重力热管表面氧化程度不一的情况下，获得太阳能重力热管的令凝端的精确温度。
本发明装置的快速测温方法具体包括以下步骤：
步骤一、用高发射率的喷漆对所述太阳能重力热管4的冷凝端进行喷漆处理，形成太阳能重力热管冷凝端涂层2；
步骤二、将所述红外测温仪3的发射率设定为高发射率喷漆的发射率；
步骤三、在所述加热水槽5内加入水，将所述加热器7通电加热水；
步骤四、待水温达到测试所需温度后，将太阳能重力热管4冷凝端朝上，太阳能重力热管4下端放入加热水槽5内，所述太阳能重力热管4长度的2/3~3/5放入加热水槽5中，并通过支架1固定；
步骤五、根据测量要求的时间，用红外测温仪3对准太阳能重力热管冷凝端涂层2进行测温，得到测试温度Td；再由加热水槽5内的水温采集装置6采集到的实时水温TS；将实时水温TS和测试温度Td相减得到温差Δt。
优选的喷漆发射率在0.93以上。
上述步骤一中太阳能重力热管4冷凝端的至少半个环形侧面喷有喷漆，红外测温仪3正对准喷漆处的涂层检测。
上述支架1与太阳能重力热管4连接的接触面之间设有用于防止热传递的绝热橡胶。
步骤四中计算得到温差的具体计算公式为：
Δt=Ts-Td
其中，Δt为所述太阳能重力热管4受热端与冷凝段之间的温差，Ts为加热水槽5的实时水温，Td红外测温仪3测得所述太阳能重力热管冷凝端顶端涂层2的测试温度。
本发明首先用已在实验室内标定且具有高发射率的喷漆对太阳能重力热管冷凝端进行喷漆处理，根据喷漆图层发射率调整红外测温仪的发射率，对放入加热水槽的太阳能重力热管冷凝端漆面的温度进行测量。通过本发明实现了在太阳能重力热管表面氧化程度不一的情况下，获得太阳能重力热管的冷凝端的精确温度。
本发明的实施例如下：
本实施例中测试使用的太阳能重力热管长度为1米，环境温度为27摄氏度。
通过查阅材料物体表面发射率表，使用的太阳能重力热管表面发射率为0.12。
步骤一、用工业用黑体喷漆对太阳能重力热管冷凝端进行喷漆处理，该喷漆的发射率为0.95。在距离太阳能重力热管冷凝端顶端2厘米处喷漆，形成太阳能重力热管冷凝端涂层2。为了方便红外测量，涂层需要覆盖整个环形侧面，宽度1厘米。喷涂过程中，每隔10分钟喷涂一次，重复3到4次，使漆面厚度到达0.8~1毫米，保证漆面均匀。
步骤二、使用的红外测温仪为FLUKE-561 IR THEMOMETER，将该红外测温仪的发射率设定为0.95。
步骤三、将适量的水加入加热水槽5内，使水深达到75厘米。通过加热器7对热水槽5内的水进行加热，通过水温采集装置6进行实时测温，水温采集装置6采用PT100铂热电阻。水温采集装置6和加热器7连接到温度控制器，使用温度控制器控制水温，使得水温达到50℃并稳定。
步骤四、水温达到50℃后，太阳能重力热管4冷凝端朝上，竖直放入加热水槽5中，使太阳能重力热管4底端65厘米浸入水中，并固定在支架1上，支架1与太阳能重力热管安装绝热橡胶，防止太阳能重力热管4与支架1进行热传递。根据测量要求时间，放入水中1分钟之后，用已经设定发射率参数的红外测温仪3对准太阳能重力热管冷凝端涂层2进行测温，测温头距离涂层30厘米。此时水温采集装置6采集到的实时水温TS为49.2℃，红外测温仪测得太阳能重力热管冷凝端涂层2的温度Td为48.5℃。得到该太阳能重力热管温差试验中温差Δt=TS-Td=49.2-48.5=0.7℃。
为比较此快速测温方法有效性，将不经过喷漆处理的同一型号太阳能重力热管4根据上述步骤四放入水槽中，放入水中1分钟之后，分别用贴片式PT100铂热电阻测温装置和发射率参数为0.12的红外测温仪3测量太阳能重力热管冷凝端温度。此时水温采集装置6采集到的实时水温TS1为49.5℃，贴片式PT100铂热电阻测温装置采集到的测量温度TP为49℃，温差Δt1= TS1-TP=0.5℃。红外测温仪测得的温度Td1为62.6℃，温差=Δt2= -TS1- Td1=-13.4℃。
通过以上方法得到的数据表明：采用本发明方法得到的温差Δt和采用贴片式PT100铂热电阻测温装置计算得到的温差Δt1的差值为0.2，因此在太阳能重力热管4温差检测中采用本发明方法可以代替接触式测温方法。然而不经过喷漆处理，直接用红外测温仪3测温计算得到的温差为-13.4℃，误差非常大，无法得出正确的检测结果。
不经过喷漆处理，太阳能重力热管4因为环境关系，表面会发生氧化，表面发射率会发生改变，再用设定了理论发射率的红外测温仪3测温，就会造成极大的误差。在同一批次中，每根太阳能重力热管氧化程度不一，单根太阳能重力热管冷凝端表面发射率并不能代表其他太阳能重力热管冷凝端表面发射率，因此采用本发明转置和方法可以统一冷凝端表面发射率，提高红外测温仪测温精度，加快温差检验速度，具有非常显著的技术效果。
本发明在测温材料表面喷漆，很好地解决了工厂在太阳能重力热管温差试验中，产品因尺寸偏差，金属表面氧化程度不一导致红外测温误差偏大的问题，也使得红外测温技术更好的运用到工业生产中，促进生产自动化水平。
Claims (8)
1. 一种用于太阳能重力热管温差检测的快速测温装置，其特征在于：包括支架（1）、红外测温仪（3）、加热水槽（5）、加热器（7）和水温采集装置（6）；加热水槽（5）内装有水，加热水槽（5）的底部内安装有用于加热水的加热器（7），加热水槽（5）的侧壁设有水温采集装置（6），太阳能重力热管（4）上部通过支架（1）固定安装在加热水槽（5）上，太阳能重力热管（4）下部伸入到加热水槽（5）内的水中，太阳能重力热管（4）长度的2/3~3/5放入加热水槽（5）的水中，支架（1）与太阳能重力热管（4）连接的接触面之间设有用于防止热传递的绝热橡胶；太阳能重力热管（4）上端为冷凝端，冷凝端均匀喷涂有一层太阳能重力热管冷凝端涂层（2），红外测温仪（3）正对于太阳能重力热管冷凝端涂层（2）测温。
2. 根据权利要求1所述的一种用于太阳能重力热管温差检测的快速测温装置，其特征在于：所述的太阳能重力热管（4）水平面之间的倾角为60度～90度。
3. 根据权利要求1所述的一种用于太阳能重力热管温差检测的快速测温装置，其特征在于：所述的加热水槽（5）外设有用于保温的隔热层。
4. 根据权利要求1所述的一种用于太阳能重力热管温差检测的快速测温装置，其特征在于：所述的加热水槽（5）外侧安装有用于恒温控制的温度控制器，温度控制器与加热水槽（5）内的加热器（7）和水温采集装置（6）连接。
5. 应用于权利要求1～4任一所述装置的一种用于太阳能重力热管温差检测的快速测温方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、用高发射率的喷漆对所述太阳能重力热管（4）的冷凝端进行喷漆处理，形成太阳能重力热管冷凝端涂层（2）；
步骤二、将所述红外测温仪（3）的发射率设定为高发射率喷漆的发射率；
步骤三、在所述加热水槽（5）内加入水，将所述加热器（7）通电加热水；
步骤四、待水温达到测试所需温度后，将太阳能重力热管（4）冷凝端朝上，太阳能重力热管（4）下端放入加热水槽（5）内，所述太阳能重力热管（4）长度的2/3~3/5放入加热水槽（5）中，并通过支架（1）固定；
步骤五、用红外测温仪（3）对准太阳能重力热管冷凝端涂层（2）进行测温，得到测量温度Td；再由加热水槽（5）内的水温采集装置（6）采集到的实时水温TS；将实时水温TS和测量温度Td相减得到温差Δt。
6. 根据权利要求5所述的一种用于太阳能重力热管温差检测的快速测温方法，其特征在于：所述的步骤一中的喷漆发射率在0.9以上。
7. 根据权利要求5所述的一种用于太阳能重力热管温差检测的快速测温方法，其特征在于：所述的步骤一中太阳能重力热管（4）冷凝端的至少半个环形侧面喷有喷漆。
8. 根据权利要求5所述的一种用于太阳能重力热管温差检测的快速测温方法，其特征在于：所述的支架（1）与太阳能重力热管（4）连接的接触面之间设有用于防止热传递的绝热橡胶。
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