CN105445321A - 一种程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置，特征是：包括样品加热单元、温度控制单元、温度测量单元以及与三单元相连接的数据采集及计算机控制系统。通过该检测装置可在材料被传导给热的程序控温条件下，同时检测平台内部温度、材料内部设定点温度及多种材料状态（如块状、粉体、纤维状物料）的上层表面温度，以表征材料在特定导热温度下其表面以及内部温度实时变化情况。本发明优点在于：1.热台与温度测量自动化一体，有利于实时分析不同加热状态下，样品表面温度变化情况。2.数据采集频率高，显著提高装置的测量精度。3.可与吸烟机连接，构建热台、温度测量与吸烟机系统一体化装置，用于材料的表征，为制备符合要求的新型材料提供检测方式。

Description

一种程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置
技术领域
本发明涉及一种程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置，具体讲是指对检测平台实施程序温控，通过在检测装置中所设的温度传感器和在体系外设置的表面温度传感器的实时检测，进而实现材料在程序温控条件下材料热性能的测试。
背景技术
在线检测材料在程序温控条件下相关物理参数变化是考察材料热性能的重要方法。例如，通用的热重分析技术是在程序温控条件下测试材料质量的变化，是用于分析材料热化学性能的重要手段。再如，差式扫描量热技术是在程序控温下，测量输入到试样和参比物的功率差与温度的关系，可以测定多种热力学和动力学参数，是分析材料的相变、结晶、熔融和玻璃化转变等物理特性的重要手段。以上这些检测方法均为公知技术。但块状材料或纤维状材料在传导加热方式下，材料传热特性变化同时往往伴随着热化学反应。现有的检测手段，用于该类物料加热过程热性能检测时，无法测量获得丝状物料（可能存在三相-气相、固相、液相体系）、块状物料传热与反应特性同时变化时的情况。
温度是表征加热过程物体热状态的重要参数之一。目前，随着测试技术的发展，在传导传热条件下可测量给热面的温度（可以通过接触式测温方式实现，也可通过非接触式测温方式实现），同时设置其它测试点可测量材料内部设定部位的温度，此外在体系外部利用非接触式测温方式测量材料表面温度。在程序温控条件下，可以方便获得材料内部设定点及多种材料状态（可以是块状、粉体、纤维状物料）上层表面温度。
目前，尚没有现成的装置可同时实现对物料内部和外表面进行相应状态的热性能测试。
发明内容
本发明的目的正是针对目前技术存在的不足，提供了一种程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置，该检测装置可在材料被传导给热的程序控温条件下，同时检测平台内部温度、材料内部设定点温度及多种材料状态（可以是块状、粉体、纤维状物料）的上层表面温度，以表征材料在特定导热温度下其表面以及内部温度实时变化情况。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置，包括样品加热单元、温度控制单元、温度测量单元以及与上述三个单元相连接的数据采集及计算机控制系统，
所述样品加热单元包括样品舱及设在舱内的电加热平台，在样品舱顶部开设有正对电加热平台的观察测量窗，在样品舱两侧开设有进气口和出气口，且在出气口上连接有真空泵；
所述温度控制单元为智能温度控制仪，该智能温度控制仪分别与电加热平台中的电热元件、数据采集及计算机控制系统相连，用以实时控制电加热平台温度、实时采集并记录温度数据；
所述温度测量单元包括伸入到电加热平台上检测样品中的温度传感器和设置在样品舱观察测量窗上方的红外测温仪，温度传感器和红外测温仪均通过传输线与数据采集及计算机控制系统相连接。
在本发明中，伸入到电加热平台上检测样品中的温度传感器为一组或多组热电偶。
样品舱外壳采用循环水冷的冷却方式，以提高测试时的操作性。
电加热平台中的电热元件为铂金材料。
观察窗窗体材料采用金刚石透镜、CaF2透镜、ZnSe透镜、蓝宝石透镜、石英透镜或聚甲基丙烯酸甲酯片。
本发明更具体说，电加热平台表面温度可控范围为室温至1200℃，升温速率可在2～50℃/min范围内调节，温度显示与控制精度在1℃以内。加热平台上表面中心凹槽处为载样台，用于放置待测样品。包含载样台在内的加热平台单元外部设置有密闭仓体，仓体采用循环水冷的冷却方式，以提高测试的操作性。
进一步地，所述程序温控加热单元的样品仓体一侧设置有进气口，另一侧设置有出气口。进气口可与不同气源相连接，以调节仓体内不同的热处理气氛，实现空气、氮气、氩气和不同氧气浓度混合气等不同环境氛围。出气口与真空泵或吸烟机相连接。出气口通过连接真空泵，加热平台仓体可调节为真空环境。出气口通过连接吸烟机，该装置可用于分析加热非燃烧型烟草制品材料所产生的烟气。
所述温度控制单元，由智能温度控制仪实现对加热平台的温度控制。温度控制仪通过模糊逻辑控制及PID调节实现加热平台的程序升温。温度控制仪输入电源电压为AC220V±10V，频率为50Hz，输出至加热平台的功率小于等于150W。
所述样品温度检测单元，包括样品内部温度测量部件和样品表面温度测量部件。样品内部温度测量部件，由一组或多组热电偶组成，热电偶插入物体内部，可实现对样品内部温度的测定。样品表面温度测量部件采用红外测温仪，通过观察窗实现对样品表面温度的测量。红外测温仪到样品表面的距离根据所用红外探头和上表面测试范围大小决定。
所述计算机控制系统，包括计算机及安装在计算机中的温度控制程序、数据采集程序。温度控制程序实时显示温度设定曲线与运行曲线，通过多点校准法进行温度校准，温度上限及升温速率限定可根据需要设置，该程序在WinXP、Win7、Win8系统中均可安装。数据采集通过LabVIEW编程系统实现温度测量单元数据的采集，采集频率可在1-50Hz范围内设定。该程序指令可提供一个方便参数设置和检测数据观测界面。
该装置的工作步骤可描述为：
1）、称量好待测物品，放置于加热平台的载样台上；
2）、开启温度控制仪，设置好加热平台升温速率与温度范围以及气氛温度，对样品加热，开始试验；
3）、通过样品温度检测单元，数据采集在线采集样品内部温度和表面温度数据；
4）、加热平台升温程序结束后，将样品取出，同时保存该试验条件下采集的样品温度数据，待后续分析使用。
本发明具有如下优点：
1.热台与温度测量自动化一体，有利于实时分析不同加热状态下，样品表面温度变化情况。
2.数据采集频率高，显著提高装置的测量精度。
3.通过出气口处与吸烟机的连接，可构建热台、温度测量与吸烟机系统一体化装置，用于材料的表征，为制备符合使用要求的新型材料提供装置。
附图说明
图1为本发明温度传感器热台实时测量物体表面和内部温度平台装置示意图。
图中：1、样品舱，2、电加热平台，3、观察测量窗，4、进气口，5、出气口，6、真空泵，7、智能温度控制仪，8、温度传感器，9、红外测温仪，10、数据采集及计算机控制系统，11、循环水冷却系统。
具体实施方式
本发明以下结合附图实施例做进一步描述：
如图1所示：一种程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置，包括样品加热单元、温度控制单元、温度测量单元以及与上述三个单元相连接的数据采集及计算机控制系统10，
所述样品加热单元包括样品舱1及设在舱内的电加热平台2，在样品舱顶部开设有正对电加热平台的观察测量窗3，在样品舱1两侧开设有进气口4和出气口5，且在出气口上连接有真空泵6；
所述温度控制单元为一智能温度控制仪7，该智能温度控制仪分别与电加热平台2中的电热元件、数据采集及计算机控制系统10相连，用以实时控制电加热平台温度、实时采集并记录温度数据；
所述温度测量单元包括伸入到电加热平台上检测样品中的温度传感器8和设置在样品舱观察测量窗上方的红外测温仪9，温度传感器8和红外测温仪9均通过传输线与数据采集及计算机控制系统10相连接；伸入到电加热平台上检测样品中的温度传感器8为一组或多组热电偶。
具体测试步骤如下：
1）、称量好待测物品，放置于加热平台2的载样台上；
2）、开启温度控制仪7，设置好加热平台升温速率与温度范围以及气氛温度，对样品加热，开始试验；
3）、通过样品温度检测单元，数据采集在线采集样品内部温度和表面温度数据；
4）、加热平台升温程序结束后，将样品取出，同时保存该试验条件下采集的样品温度数据，待后续分析使用。
测试实施例：
以炭材料样品分析为例，对本发明实现的工作过程介绍如下：将一定大小的的炭块放在加热平台2上，用特定升温程序将炭引燃，通过温度传感器8和红外测温仪9测试炭块上下表面的温度，数据采集系统记录温度数据。根据需要调节样品舱内环境，如通过改变氧气含量和流量，评价进气气氛对炭材料燃烧的影响。

Claims (7)

1.一种程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置，其特征在于：包括样品加热单元、温度控制单元、温度测量单元以及与上述三个单元相连接的数据采集及计算机控制系统，
所述样品加热单元包括样品舱及设在舱内的电加热平台，在样品舱顶部开设有正对电加热平台的观察测量窗，在样品舱两侧开设有进气口和出气口，且在出气口上连接有真空泵；
所述温度控制单元为智能温度控制仪，该智能温度控制仪分别与电加热平台中的电热元件、数据采集及计算机控制系统相连，用以实时控制电加热平台温度、实时采集并记录温度数据；
所述温度测量单元包括伸入到电加热平台上检测样品中的温度传感器和设置在样品舱观察测量窗上方的红外测温仪，温度传感器和红外测温仪均通过传输线与数据采集及计算机控制系统相连接。
2.根据权利要求1所述的程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置，其特征在于：伸入到电加热平台上检测样品中的温度传感器为一组或多组热电偶。
3.根据权利要求1所述的程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置，其特征在于：样品舱外壳采用循环水冷的冷却方式，以提高测试时的操作性。
4.根据权利要求1所述的程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置，其特征在于：电加热平台中的电热元件为铂金材料。
5.根据权利要求1所述的程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置，其特征在于：观察窗窗体材料采用金刚石透镜、CaF2透镜、ZnSe透镜、蓝宝石透镜、石英透镜或聚甲基丙烯酸甲酯滤光片。
6.根据权利要求1所述的程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置，其特征在于：电加热平台表面温度可控范围为室温至1200℃，升温速率可在2～50℃/min范围内调节。
7.根据权利要求1所述的程序温控条件下可燃材料热性能的检测装置，其特征在于：所述智能温度控制仪通过模糊逻辑控制及PID调节实现加热平台的程序升温。
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