CN106546624B

CN106546624B - 一种分析板材蓄能规律方法及装置

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Publication number: CN106546624B
Application number: CN201610930765.4A
Authority: CN
Inventors: 周玉成; 朱科; 鲁守银; 杜光月; 葛浙东; 刘存根
Original assignee: Shandong Jianzhu University
Current assignee: Shandong Jianzhu University
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2018-06-12
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: CN106546624A

Abstract

本发明公开了一种分析板材蓄能规律的方法，包括：1）提供一个由绝热材料制成的检测室，所述检测室内带有密闭的检测腔，该检测腔内空间分布有温度传感器阵列；2）将待检样品加热至设定温度T，将所述检测腔的温度调整至初始温度T₀；3）将待检样品置于检测腔的支撑件上，周期性记录所述温度传感器阵列上各个传感器的温度信息，直至检测腔内温度变化达到稳定状态；4）将检测腔分割成若干个以所述温度传感器为中心的空间单位，计算得到各个所述空间单位区域内的热量Q_（x,y,z）。本发明可以对采暖地板的质量进行可靠评估，有利于提高采暖地板的质量，有针对性的对地板进行设计和改进。本发明还公开了一种分析板材蓄能规律的装置。

Description

一种分析板材蓄能规律方法及装置

技术领域

本发明涉及一种分析实木、实木复合及强化地板或由木基所构成的板材在热蓄能过程中对周围空气温度的方法和装置。为建筑、装修装饰材料和木材科学等领域提供分析、鉴定与评价木基复合材料属性的科学方法、量化指标。

背景技术

我国是世界上人造板及其制品生产制造与消费大国，其中地采暖地板是我国出口创汇的重要组成部分之一。据中国林产工业协会地板专业委员会发布的《2014年我国地板销量统计报告》数据显示，2014年，我国具有一定销售规模的地板企业的地板总销量约为3.88亿平方米，其中地采暖地板的比例高达1/3，并且呈逐年上升的趋势。地采暖地板行业飞速发展，然而检测与鉴定部门尚无针对地采暖地板蓄热能力的检测方法与仪器，因此研究地采暖地板的导热效能的检测原理、检测方法、开发出相应的检测仪器，就成为我国地采暖地板行业重大且急需解决的问题。

目前，国内外仅有针对塑料、环氧树脂、玻璃等中等密度的均质材料的导热系数理论和检测方法。该方法的检测原理是用恒定电流通过附着在板材上表面(或下表面)的发热体，使发热体释放恒定的热源，同时在板材上的另一侧或同侧表面上安放温度传感器，采集板材的实时温度。然后用下述公式计算出导热系数的值：

其中：

λ——材料导热系数(W/m℃)

Q——被测材料内部的两个平行平面之间垂直方向上的热流速率(W)

S——传导表面积(m²)

(t₁-t₂)——两截面的温差(℃)

δ——两截面距离(m)

式中的函数比值为在温度(t₁-t₂)下的λ值

上述检测方法对中等导热系数材料如塑料、环氧树脂、玻璃等导热系数的测定是行之有效的，然而将这些方法用在由多种材料复合或多种材料层积复合所构成的复杂的生物质材料上，如地采暖地板、多层实木复合板材等，则因重复检测结果不一致而无法得到准确的检测结果。

目前广泛应用的采暖地板或板材是由实木或多层实木复合而成，有其自身的复杂性。在当今世界上生物质资源紧缺的情况下，为高效利用资源，地板厂商将导热地板做成三层甚至更多层，即地板的表面用珍贵树种，中间或下面用廉价的人工林树种，或在强化地板的下表面裱装一层金属薄膜使其提高导热效率，这种结构完全不同于塑料、环氧树脂、玻璃等材料，因此应用常规的导热系数检测方法无法得到准确的测量结果。

然而，研究人员未为对实木或多层实木复合板材进行更加深入的研究，显然这已经难以满足行业发展的需求，为了更好的在建筑、装修以及地热住宅行业中推广应用，对板材的散热规律和散热性能的研究就显得尤为重要。

研究实木或多层实木复合板材在散热过程中的散热规律以及周围空气的影响，能够促进研究人员更加准确的认识不同板材的散热规律和散热性能，

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种分析板材蓄能规律的方法,以及实施该方法的一种分析板材蓄能规律的装置。

具体技术方案为：

一种分析板材蓄能规律的方法，该方法包括以下步骤：

1)提供一个由绝热材料制成的检测室，所述检测室内带有密闭的检测腔，该检测腔内空间分布有温度传感器阵列；

2)将待检样品加热至设定温度T，将所述检测腔的温度调整至初始温度T₀；

3)将待检样品置于检测腔的支撑件上，周期性记录所述温度传感器阵列上各个传感器的温度信息，直至检测腔内温度变化达到稳定状态，其中，所述稳定状态是指：按设定时间间隔s采集的2次检测腔内温度的差值≤0.1℃，s取值在1—20分钟之间；

4)将检测腔分割成若干个以所述温度传感器为中心的空间单位，利用下列公式计算得到各个所述空间单位区域内的热量Q_(x,y,z)，

Q_(x,y,z)＝M*c(T_i-T_i-1)

其中，Q_(x，y，z)为三维坐标是(x，y，z)的温度转感器所在的单位空间释放的热量，M为温度传感器周围单位空间内空气的质量，c为空气的比热容，T_i为(x，y，z)坐标的温度转感器在第i个检测周期的温度值，T_i-1为(x，y，z)坐标的温度转感器在第i-1个检测周期的温度值(i＝2，3，4……)。

进一步，所示检测腔的侧壁具有三层绝热结构，所述三层绝热结构为：绝热内壁、真空绝热层和绝热外壁。

一种在上述方法中使用的分析板材蓄能规律的装置，包括检测室、温度调节装置和样品加热装置，其中，由绝热材料制成的所述检测室内设置有密闭的检测腔，所述检测腔中空间分布有温度传感器阵列，检测腔的侧壁上设置有能够开启的第一封门，待检样品由所述第一封门进入检测腔；所述温度调节装置用于调节检测腔的初始温度T₀；所述样品加热装置用于将样品加热至设定温度T。

进一步，所示检测腔的壁具有三层绝热结构，所述三层绝热结构为：绝热内壁、真空绝热层和绝热外壁。

进一步，配备一个能够与所述检测腔连通的密闭调温室，所述温度调节装置安装在所述调温室内，在用于连通调温室与检测腔的连接通道上设置有能够开启的第二封门。

进一步，所述样品加热装置安装在所述第一封门的外侧，样品加热装置包括：支架，所述支架上设置有样品推送机构，所述样品推送机构上设置有用于承载待检样品的样品托盘，样品推送机构上还设置有能够取代所述第一封门将所述检测腔侧壁上的开口隔热密封的封口件，在待检样品附近设置有加热件和温度传感器。

进一步，所述加热件设置在所述样品托盘的下方，所述样品托盘的上方设置有压板机构，在所述压板机构的压板下表面上设置有所述温度传感器，所述压板机构挤压待检样品，使待检样品在尽可能的靠近加热件的同时，与温度传感器紧贴。

进一步，所述检测室的外侧壁上设置有向开口上方延伸的滑槽，所述第一封门卡置在所述滑槽内，并能够沿滑槽上下移动，第一封门的外侧设置有倾斜的顶推面，待检样品与所述顶推面接触，在向检测室内移动时将第一封门向上顶开。

本发明分析板材蓄能规律的方法，在一个隔热的、密闭的检测腔内设置温度传感器阵列，从而建立了一个三维的温度测量系统，通过记录待检样品在放热过程中温度传感器阵列的温度，从而计算出在整个放热过程中待检样品周围的热量变化情况，据此对板材进行评估，为板材生产厂家提供产品质量提供了实验依据，了解不同板材放热过程中周围热量的变化情况。

附图说明

图1为本发明板材蓄热效能测定装置的结构示意图；

图2为检测室与样品加热装置的连接示意图；

图3为检测室与调温室的结构示意图；

图4为调温室的内部结构示意图；

图5为调温室的外壳结构示意图；

图6为样品加热装置的结构示意图；

图7为检测室的半剖图；

图中：1人机交互单元、2盖板、3箱体、3-1前门、3-2脚轮、4上盖、4-1电缆孔、4-2线路板安装柱、5检测室、5-1滑槽、5-2第一封门、5-3真空绝热层、5-4检测室开口、6调温室、6-1换热管、6-2调温室外壳、6-2.1固定底脚、6-2.2管孔、6-2.3调温室开口、6-2.4线路板安装柱、6-2.5电缆孔、6-3第二封门、6-4风扇、6-5升降推杆、7底板、7-1限位圈、8电磁锁、9支架、10压板机构、10.1调节螺钉、10.2压板、10.3温度传感器、11封口件、12电动推杆、13加热件、14加热件托板、15合页、16样品托盘。

具体实施方式

下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示的板材蓄热效能测定装置包括：箱体3，箱体3的底部安装有四个脚轮3-2，脚轮3-2便于操作人员移动箱体3，箱体3的前侧壁上设置有前门3-1，箱体3顶部设置有人机交互单元1和盖板2，板材蓄热效能测定装置的主要部件设置在箱体3的内部。前门3-1和盖板2均可以打开，便于对操作人员对箱体3内的部件进行维修和保养，同时待检样品可以通过前门3-1固定在该测定装置上，人机交互单元1具有显示屏和控制按键，显示屏可以是触屏的，控制按键为虚拟按键，人机交互单元1与箱体3内的通电部件连接，监测其工作状态并控制。箱体3后侧壁上开设有网孔，有利于安装在外壳内部的制冷系统散热。

箱体3内设置有：检测室5、调温室6和样品加热装置，检测室5和调温室6均为圆筒结构，调温室6坐落在底板7上，检测室5安装在调温室6上，检测室5内为检测腔，检测腔内空间分布有温度传感器阵列，温度传感器阵列包括若干个上下连接在检测腔顶壁和低壁的细线，在细线上设置若干温度传感器，由此形成三维空间的测温阵列，底板7上设置有调温室外壳6-2在安装位置的限位圈7-1，限位圈7-1的高度设置在10mm至50mm之间，限位圈7-1的外壁直径略小于调温室外壳6-2下端的内径，调温室外壳6-2靠近其底部的外周面上设置有固定地脚6-2.1，螺栓将固定地脚6-2.1与底板7连接固定，底板7将调温室6底部封闭。调温室外壳6-2的顶部中心设置有调温室开口6-2.3，调温室6内腔通过调温室开口6-2.3与检测室5中的检测腔相连通，检测室5的顶部设置有上盖4，上盖4将检测室5的顶部封闭，上盖4上设置有将温度传感器阵列的连线引出检测腔的电缆孔4-1和线路板安装柱4-2。检测室5、调温室外壳6-2和上盖4均是由不锈钢板焊接而成，采用三层绝热结构，三层绝热结构为：绝热内壁、真空绝热层5-3和绝热外壁。提高检测腔和调温室6内腔与外界环境的换热能力，提高测定实验数据的准确性。

本实施例中的检测室5和调温室6除了圆筒结构外，还可以是多棱柱状，或者立方体，采用圆筒结构，不仅加工简单，还可以利用其周向面的弧度有效对抗抽真空给侧壁带来的压力。

调温室6的内腔中设置有一固定在底板7上的升降推杆6-5，升降推杆6-5的顶部设置有锥台型的第二封门6-3，升降推杆6-5推升第二封门6-3将调温室开口6-2.3封堵，在升降推杆6-5上还设置有风栅6-4，用以在调温室6与检测室5连通时增强空气流动，缩短达到稳定状态的时间。调温室6内还设置有换热管6-1，换热管6-1通过调温室外壳6-2侧壁上的管孔6-2.2与外部的制冷和加热装置连接。或者直接将制冷和加热装置直接安装在调温室6内。第二封门6-3的顶端面上和调温室开口6-2.3周围焊接有线路板安装柱6-2.4，用于固定温度传感器，调温室外壳6-2上设置有供引线穿过的电缆孔6-2.5穿出，与控制器连接，利用密封胶密封电缆孔6-2.5。

检测室5的侧壁上设置有检测室开口5-4，待检样品通过检测室开口5-4送入检测腔中，检测室开口5-4外侧设置一个弧形的第一封门5-2，检测室6的外侧壁上设置有向检测室开口5-4上方延伸的滑槽5-1，第一封门5-2卡置在滑槽5-1内，并能够沿滑槽5-1上下移动，第一封门5-2的外侧设置有倾斜的顶推面，待检样品与顶推面接触，在向检测室5内移动时将第一封门5-2向上顶开。

样品加热装置安装在检测室开口5-4的外侧，样品加热装置包括：支架9，支架9上设置有样品推送机构，在本实施例中样品推送机构具体为电动推杆12，电动推杆12上设置有样品托盘16上，待检样品放置在样品托盘16上，在电动推杆12上还设置有封口件11，封口件11能够取代第一封门5-2将检测室开口5-4隔热密封。在支架9上还设置有压板机构10，压板机构10固定在支架9靠近检测室开口5-4的端部，压板机构10设置在待检样品的上方，具体为由螺钉10.1连接压板10.2，压板10.2的下表面设置有温度传感器10.3，在样品托盘16的下方设置有加热件13，加热件13通过加热件托板14与支架9连接固定，压板机构10向下挤压待检样品使其尽可能的靠近加热件13的同时，与温度传感器10.3紧贴，提高加热效率，使测得待检样品的温度更加准确。压板机构10的一侧通过合页15与支架9连接，另一侧与固定在支架9上的电磁锁8卡接，这样方便样品的安装固定和拆卸。可在合页15上设置复位弹簧可以在电磁锁的锁舌收回时，将顶部压板打开，释放样品。

利用上述装置分析板材蓄能规律时，按以下步骤进行：

步骤1)，提供一个由绝热材料制成的检测室5，检测室5内带有密闭的检测腔，该检测腔内空间分布有温度传感器阵列；

步骤2)，加热件13将待检样品加热至设定温度T，开启制冷或加热装置对调温室6进行加热或制冷，打开第二封门6-3和风扇6-4，使空气在调温室6和检测室5内流动，从而将检测腔的温度调整至初始温度T₀；当检测腔内的温度达到T₀时，第二封门6-3将调温室开口6-2.3封闭，使检测腔形成密闭腔室；

步骤3)，电动推杆12将待检样品连同样品托盘16推入检测腔内，并由封口件11将检测室5密封，周期性记录温度传感器阵列上各个传感器的温度信息，直至检测腔内温度变化达到稳定状态，其中，稳定状态是指：温度传感器按设定时间间隔s采集的2次检测腔内温度的差值≤0.1℃，s取值在1—20分钟之间；

步骤4)将检测腔分割成若干个以温度传感器为中心的空间单位，利用下列公式计算得到各个所述空间单位区域内的热量Q_(x,y,z)，

Q_(x,y,z)＝M*c(T_i-T_i-1)

可以根据在同一检测周期内热量相等的区域进行连线，在不同检测周期的变化情况获知释放热量的变化情况。

实施例1

制备一个长100mm、宽60mm、厚度15mm的复合板材作为待检样品，将板材样本放在样品托盘16上，控制加热件13进行恒温加热，加热待检样品T为70℃。对检测腔进行调温，将检测腔的温度控制在T₀为20℃，每隔5分钟对检测腔内的温度传感器阵列进行记录，每隔5分钟采集检测腔内的温度(空气温度)，当温度变化值≤0.1℃时，即认为检测腔内的温度达到稳定状态，获取此时检测腔内的温度T_e为22.79℃，利用下列公式计算得到各空间单位区域内的热量Q_(x,y,z)，

Q_(x,y,z)＝M*c(T_i-T_i-1)

实施例2

制备一个长100mm、宽60mm、厚度15mm的复合板材作为待检样品，将板材样本放在样品托盘16上，控制加热件13进行恒温加热，加热待检样品T为70℃。对检测腔进行调温，将检测腔的温度控制在T₀为20℃，每隔5分钟对检测腔内的温度传感器阵列进行记录，每隔5分钟采集检测腔内的温度(空气温度)，当温度变化值≤0.1℃时，即认为检测腔内的温度达到稳定状态，获取此时检测腔内的温度T_e为23.52℃，利用下列公式计算得到各空间单位区域内的热量Q_(x,y,z)，

Q_(x,y,z)＝M*c(T_i-T_i-1)

实施例3

制备一个长100mm、宽60mm、厚度15mm的复合板材作为待检样品，将板材样本放在样品托盘16上，控制加热件13进行恒温加热，加热待检样品T为70℃。对检测腔进行调温，将检测腔的温度控制在T₀为20℃，每隔5分钟对检测腔内的温度传感器阵列进行记录，每隔20分钟采集检测腔内的温度(空气温度)，当温度变化值≤0.1℃时，即认为检测腔内的温度达到稳定状态，获取此时检测腔内的温度T_e为23.6℃，利用下列公式计算得到各空间单位区域内的热量Q(_x,y,z)，

Q_(x,y,z)＝M*c(T_i-T_i-1)

利用本发明的原理、方法和仪器，对检测板材蓄能性能指标，为我国的质量监督检验，木材科学研究和鉴定检验等法定部门提供一种先进的分析方法与仪器。

上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。

Claims

1.一种分析板材蓄能规律的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）提供一个由绝热材料制成的检测室，所述检测室内带有密闭的检测腔，该检测腔内空间分布有温度传感器阵列；

2）将待检样品加热至设定温度T，将所述检测腔的温度调整至初始温度T₀；

3）将待检样品置于检测腔的支撑件上，周期性记录所述温度传感器阵列上各个传感器的温度信息，直至检测腔内温度变化达到稳定状态，其中，所述稳定状态是指：按设定时间间隔s采集的2次检测腔内温度的差值≤0.1℃，s取值在1—20分钟之间；

4）将检测腔分割成若干个以所述温度传感器为中心的空间单位，利用下列公式计算得到各个所述空间单位区域内的热量Q_（x,y,z），

Q_（x,y,z）=M*c（T_i-T_i-1）

其中，Q_{（x，y，z）}为三维坐标是x，y，z的温度转感器所在的单位空间释放的热量，M为温度传感器周围单位空间内空气的质量，c为空气的比热容，T_i为（x，y，z）坐标的温度转感器在第i个检测周期的温度值，T_i-1为x，y，z坐标的温度转感器在第i-1个检测周期的温度值，i=2，3，4……，所示检测腔的侧壁具有三层绝热结构，所述三层绝热结构为：绝热内壁、真空绝热层和绝热外壁；

所述温度传感器阵列包括若干个上下连接在检测腔顶壁和底壁的细线，在细线上设置若干温度传感器，由此形成三维空间的测温阵列。

2.一种在权利要求1中使用的分析板材蓄能规律的装置，其特征在于，包括检测室、温度调节装置和样品加热装置，其中，由绝热材料制成的所述检测室内设置有密闭的检测腔，所述检测腔中空间分布有温度传感器阵列，检测腔的侧壁上设置有能够开启的第一封门，待检样品由所述第一封门进入检测腔；所述温度调节装置用于调节检测腔的初始温度T₀；所述样品加热装置用于将样品加热至设定温度T；所示检测腔的壁具有三层绝热结构，所述三层绝热结构为：绝热内壁、真空绝热层和绝热外壁；配备一个能够与所述检测腔连通的密闭调温室，所述温度调节装置安装在所述调温室内，在用于连通调温室与检测腔的连接通道上设置有能够开启的第二封门；所述样品加热装置安装在所述第一封门的外侧，样品加热装置包括：支架，所述支架上设置有样品推送机构，所述样品推送机构上设置有用于承载待检样品的样品托盘，样品推送机构上还设置有能够取代所述第一封门将所述检测腔侧壁上的开口隔热密封的封口件，在待检样品附近设置有加热件和温度传感器；

所述加热件设置在所述样品托盘的下方，所述样品托盘的上方设置有压板机构，在所述压板机构的压板下表面上设置有所述温度传感器，所述压板机构挤压待检样品，使待检样品在尽可能的靠近加热件的同时，与温度传感器紧贴；所述检测室的外侧壁上设置有向开口上方延伸的滑槽，所述第一封门卡置在所述滑槽内，并能够沿滑槽上下移动，第一封门的外侧设置有倾斜的顶推面，待检样品与所述顶推面接触，在向检测室内移动时将第一封门向上顶开；

样品加热装置安装在检测室开口的外侧，样品加热装置包括：支架，支架上设置有样品推送机构，样品推送机构具体为电动推杆，电动推杆上设置有样品托盘，待检样品放置在样品托盘上，在电动推杆上还设置有封口件，封口件能够取代第一封门将检测室开口隔热密封；在支架上还设置有压板机构，压板机构固定在支架靠近检测室开口的端部，压板机构设置在待检样品的上方，具体为由螺钉连接压板，压板的下表面设置有温度传感器，在样品托盘的下方设置有加热件，加热件通过加热件托板与支架连接固定。