CN105806889A - 一种保温材料导热系数测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测试装置，具体涉及一种保温材料导热系数测试装置，包括电气控制系统和保温材料测试平台，保温材料测试平台包括支撑架、电木支架、模拟加热试件及电加热器，电加热器位于模拟加热试件的通孔内，模拟加热试件两端设有隔热槽，模拟加热试件的圆周上设有横向均布的四个热电偶，模拟加热试件外部设有保温材料，保温材料的外圆周上设有横向均布的四个热电偶；电气控制系统包括断电器、第一固态继电器、固态调压模块、智能电压表、智能电流表、互感器、第二固态继电器、第一继电器线圈、第二继电器线圈及八个温度表。本发明的设计合理，操作简单，测试精准，测试范围广泛，制造成本低廉，易于大规模地推广和使用。

Description

一种保温材料导热系数测试装置

技术领域：

本发明涉及一种测试装置，具体涉及一种保温材料导热系数测试装置。

背景技术：

保温材料在军事建设、航空航天、民用建筑、工业管道等设备和设施中有着广泛的应用。其作为一种典型的多孔介质，孔隙通道分布及形式变化多样，质量、动量和能量传递过程相互影响、相互耦合，传递现象和传递机理复杂多变，部分基本特性参数很难精确获得。目前，国外内关于保温材料多孔介质热质传递机理的研究存在不足，特别是实验装置的研制还处于初级阶段。导热系数作为衡量保温材料保温效果的一项重要参数，如何精确测量，并定量、定性的通过实验数据和理论机理对保温材料热质传递过程进行研究仍是当下科研和工程中存在的核心问题。故此，设计一种精确测量不同材质的保温材料导热系数测试装置是十分必要的。

发明内容

本发明弥补和改善了上述现有技术的不足之处，提供了一种设计合理、操作简单、测试精准、测试范围广泛、制造成本低廉、能够提供准确导热系数的一种保温材料导热系数测试装置，可以大规模地推广和使用。

本发明采用的技术方案为：一种保温材料导热系数测试装置，包括电气控制系统和保温材料测试平台，保温材料测试平台包括两个对称分布的支撑架、电木支架、模拟加热试件及电加热器，电加热器位于模拟加热试件的通孔内，模拟加热试件两端设有隔热槽，模拟加热试件的圆周上设有横向均布的四个热电偶，模拟加热试件外部设有保温材料，保温材料的外圆周上设有横向均布的四个热电偶，热电偶通过导线与电气控制系统连接；所述的模拟加热试件通过与电木支架螺纹连接的四个紧定螺钉固定于电木支架上，四个紧定螺钉圆周均布于电木支架上，电木支架通过电木螺母安装于支撑架的圆孔内，电木支架的外圆周上设有电木挡盘，电木挡盘上安装有隔热罩，隔热罩端部安装有可拆卸端盖；所述的电气控制系统包括断电器、第一固态继电器、固态调压模块、智能电压表、智能电流表、互感器、第二固态继电器、第一继电器线圈、第二继电器线圈、第一温度表、第二温度表、第三温度表、第四温度表、第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表。

所述的电气控制系统中的断电器、第一固态继电器、固态调压模块、智能电压表、智能电流表及互感器通过导线连接并安装于电气控制箱内，第二固态继电器、第一继电器线圈、第二继电器线圈、第一温度表、第二温度表、第三温度表、第四温度表、第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表通过导线连接并安装于数据显示电气箱内，数据显示电气箱通过导线与电气控制箱连接。

所述的第一温度表、第二温度表、第三温度表及第四温度表分别通过导线与模拟加热试件上圆周均布的四个热电偶连接，所述的第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表分别通过导线与保温材料圆周均布的四个热电偶连接。

所述的模拟加热试件由铜棒加工制成，模拟加热试件上设有热电偶绑定槽及热电偶横向安放槽。

所述的紧定螺钉与模拟加热试件为点接触。

所述的支撑架的竖直支撑壁上设有隔热孔，其底部设有安装孔。

本发明的有益效果：设计合理，操作简单，测试精准，测试范围广泛，制造成本低廉，能够提供准确的导热系数数据，易于大规模地推广和使用。其主要优点如下：

1）、所述的隔热槽能够有效地减少热量横向传递，所述的紧定螺钉与模拟加热试件为点接触，进一步减少了热量的传递及损失，所述的电木支架、电木螺母、隔热罩的设计也同样有效地避免了热量的横向损失。由于采用多种削弱散热的方式，因此，电加热器产生的热量通过模拟加热试件几乎全部传递给包裹在模拟加热试件外表面的保温材料上，提高了模拟加热试件竖向热量利用率，减少了横向热量损失，近而减小由于热量损失而造成的误差，设计合理，测试精准，操作简单，经济适用。

2）、所述的电气控制系统通过各电气元件之间的电连接实现了对模拟加热试件外表面温度和保温材料外表面温度的测试，将测试的温度取平均值后，通过计算公式获得保温材料的导热系数；电气控制系统由电气控制箱和数据显示电气箱组成，通过调节电气控制箱的固态调压模块可调节输入电加热器的电压，通过读取数据显示电气箱上的第一温度表、第二温度表、第三温度表、第四温度表、第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表的温度读数，可获取模拟加热试件上圆周均布的四个热电偶的温度值，以及保温材料圆周均布的四个热电偶的温度值，设计合理，操作简单，测试精准。

3）、该装置为保温材料研制提供了科学借鉴，为保温材料筛选提供了依据。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中电气控制系统的工作原理图。

具体实施方式：

参照图1及图2，一种保温材料导热系数测试装置，包括电气控制系统1和保温材料测试平台，保温材料测试平台包括两个对称分布的支撑架12、电木支架10、模拟加热试件7及电加热器5，电加热器5位于模拟加热试件7的通孔8内，模拟加热试件7两端设有隔热槽6，模拟加热试件7的圆周上设有横向均布的四个热电偶2，模拟加热试件7外部设有保温材料4，保温材料4的外圆周上设有横向均布的四个热电偶2，热电偶2通过导线与电气控制系统1连接；所述的模拟加热试件7通过与电木支架10螺纹连接的四个紧定螺钉9固定于电木支架10上，四个紧定螺钉9圆周均布于电木支架10上，电木支架10通过电木螺母15安装于支撑架12的圆孔内，电木支架10的外圆周上设有电木挡盘11，电木挡盘11上安装有隔热罩14，隔热罩14端部安装有可拆卸端盖13；所述的电气控制系统1包括断电器、第一固态继电器、固态调压模块、智能电压表、智能电流表、互感器、第二固态继电器、第一继电器线圈、第二继电器线圈、第一温度表、第二温度表、第三温度表、第四温度表、第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表。电气控制系统1中的断电器、第一固态继电器、固态调压模块、智能电压表、智能电流表及互感器通过导线连接并安装于电气控制箱内，第二固态继电器、第一继电器线圈、第二继电器线圈、第一温度表、第二温度表、第三温度表、第四温度表、第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表通过导线连接并安装于数据显示电气箱内，数据显示电气箱通过导线与电气控制箱连接；第一温度表、第二温度表、第三温度表及第四温度表分别通过导线与模拟加热试件7上圆周均布的四个热电偶2连接，所述的第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表分别通过导线与保温材料4圆周均布的四个热电偶2连接；模拟加热试件7由铜棒加工制成，模拟加热试件7上设有热电偶绑定槽3及热电偶横向安放槽；紧定螺钉9与模拟加热试件7为点接触；支撑架12的竖直支撑壁上设有隔热孔，其底部设有安装孔。

在进行保温材料4的导热系数测试时，将测试保温材料4内表面温度的四根热电偶2通过细铁丝均匀横向固定于模拟加热试件7的外表面，再将保温材料4均匀缠绕于模拟加热试件7的外表面，并用铁丝固定，最后将测试保温材料4外表面温度的另外四根热电偶2通过细铁丝均匀横向固定于保温材料4的外表面，并将八根热电偶通过导线与电气控制系统的八块温度表连接，同时检查电加热器5及各个电气元件的连接。

启动电气控制系统1的设备按钮，输入220V交流电，电流穿过断电器，第一电源指示的绿灯亮起，智能控制电压表和智能控制电流表分别获得工作电流，同时第二电源指示的红灯亮起，通过24V直流控制电源输出24V直流电，按压工作电源通，第一继电器线圈和第二继电器线圈通电，触点a、触点b、触点c、触点d及触点e全部闭合；24V直流电输入至第二固态继电器及第一固态继电器，并接通第一固态继电器，220V交流电通过第一固态继电器，220V交流电通过调压模块，安装于模拟加热试件7内的电加热器5开始工作，智能控制电压表和智能控制电流表分别显示电加热器5工作时两端的电压和电流；通过固态调压模块调节电加热器5的工作电压，第二固态继电器接通后，220V交流电通过第二固态继电器，第一温度表、第二温度表、第三温度表、第四温度表、第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表获得工作电源；其中第一温度表、第二温度表、第三温度表及第四温度表分别显示模拟加热试件7上圆周均布的四个热电偶2的温度数值，第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表分别显示保温材料4上圆周均布的四个热电偶2的温度数值；旋转固态调压模块的旋钮，调节输入电加热器5的电压，分别记录不同电压下，智能控制电压表、智能控制电流表、第一温度表、第二温度表、第三温度表、第四温度表、第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表的读数；按压工作电源断，第一继电器线圈和第二继电器线圈断电，触点a、触点b、触点c、触点d及触点e全部断开，只有第一电源指示绿灯亮起，第二电源指示红灯亮起，其他电气元件均停止工作。

旋转固态调压模块，调节电压处于某一伏值下，每隔一段时间，记录一次第一温度表、第二温度表、第三温度表、第四温度表、第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表的数值，稳定后，根据传热学中圆筒壁的导热公式，有：

（1）

公式中，为电加热器5的热流量W/m；t₁为保温材料4外表面温度的四个温度表读数平均值K₁； ₂为模拟加热试件7外表面温度的四个温度表的读数平均值K₂；r₁为模拟加热试件7的半径m；r₂为保温材料4的半径m；为模拟加热试件7的长度m；为保温材料的导热系数W/(m·K)。

此时，智能控制电压表显示电加热器5两端的电压，智能控制电流表显示通过电加热器5的电流，则电加热器5的输出功率为：

（2）

式中，为电加热器5的输出功率W；为智能控制电压表读数V；为智能控制电流表读数A。

测试中，理论上电加热器5做的热功全部转化为热量，则：

（3）

由公式1~3推导出保温材料4的导热系数的计算表达式：

（4）

所述的隔热槽6能够有效地减少热量横向传递，所述的紧定螺钉9与模拟加热试件7为点接触，进一步减少了热量的传递及损失，所述的电木支架10、电木螺母15、隔热罩14的设计也同样有效地避免了热量的横向损失。由于采用多种削弱散热的方式，因此，电加热器5产生的热量通过模拟加热试件7几乎全部传递给包裹在模拟加热试件7外表面的保温材料4上，提高了模拟加热试件7竖向热量利用率，减少了横向热量损失，近而减小由于热量损失而造成的误差。本发明的设计合理，操作简单，测试精准，测试范围广泛，制造成本低廉，易于大规模地推广和使用。

Claims (6)

1.一种保温材料导热系数测试装置，包括电气控制系统（1）和保温材料测试平台，其特征在于：保温材料测试平台包括两个对称分布的支撑架（12）、电木支架（10）、模拟加热试件（7）及电加热器（5），电加热器（5）位于模拟加热试件（7）的通孔（8）内，模拟加热试件（7）两端设有隔热槽（6），模拟加热试件（7）的圆周上设有横向均布的四个热电偶（2），模拟加热试件（7）外部设有保温材料（4），保温材料（4）的外圆周上设有横向均布的四个热电偶（2），热电偶（2）通过导线与电气控制系统（1）连接；所述的模拟加热试件（7）通过与电木支架（10）螺纹连接的四个紧定螺钉（9）固定于电木支架（10）上，四个紧定螺钉（9）圆周均布于电木支架（10）上，电木支架（10）通过电木螺母（15）安装于支撑架（12）的圆孔内，电木支架（10）的外圆周上设有电木挡盘（11），电木挡盘（11）上安装有隔热罩（14），隔热罩（14）端部安装有可拆卸端盖（13）；所述的电气控制系统（1）包括断电器、第一固态继电器、固态调压模块、智能电压表、智能电流表、互感器、第二固态继电器、第一继电器线圈、第二继电器线圈、第一温度表、第二温度表、第三温度表、第四温度表、第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表。

2.根据权利要求1所述的一种保温材料导热系数测试装置，其特征在于：所述的电气控制系统（1）中的断电器、第一固态继电器、固态调压模块、智能电压表、智能电流表及互感器通过导线连接并安装于电气控制箱内，第二固态继电器、第一继电器线圈、第二继电器线圈、第一温度表、第二温度表、第三温度表、第四温度表、第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表通过导线连接并安装于数据显示电气箱内，数据显示电气箱通过导线与电气控制箱连接。

3.根据权利要求1所述的一种保温材料导热系数测试装置，其特征在于：所述的第一温度表、第二温度表、第三温度表及第四温度表分别通过导线与模拟加热试件（7）上圆周均布的四个热电偶（2）连接，所述的第五温度表、第六温度表、第七温度表及第八温度表分别通过导线与保温材料（4）圆周均布的四个热电偶（2）连接。

4.根据权利要求1所述的一种保温材料导热系数测试装置，其特征在于：所述的模拟加热试件（7）由铜棒加工制成，模拟加热试件（7）上设有热电偶绑定槽（3）及热电偶横向安放槽。

5.根据权利要求1所述的一种保温材料导热系数测试装置，其特征在于：所述的紧定螺钉（9）与模拟加热试件（7）为点接触。

6.根据权利要求1所述的一种保温材料导热系数测试装置，其特征在于：所述的支撑架（12）的竖直支撑壁上设有隔热孔，其底部设有安装孔。