CN107315028A - 金属反射型保温块导热性能的测量控制系统及测量方法 - Google Patents

金属反射型保温块导热性能的测量控制系统及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种金属反射型保温块导热性能的测量控制系统及测量方法，包括圆管加热装置、平板加热装置、圆管PLC系统、平板PLC系统和PC显控系统，圆管加热设备分为计量段加热管和两个防护段加热管，平板加热设备分为计量箱和防护箱，圆管PLC系统用于圆管加热设备的加热控制和温度信号测量，平板PLC系统用于平板加热设备的加热控制和温度信号测量，PC显控系统可以对温度数据计算处理，并发送加热控制信号，本发明解决了金属反射型保温块导热性能检测的问题，不仅可以对加热设备及被测保温块进行实时温度监控和存储，也可以直接得出保温块的热传导率数据，极大的减轻了实验人员的工作量，使金属反射型保温块导热性能检测实验操作方便，自动化程度高。

Description

金属反射型保温块导热性能的测量控制系统及测量方法
技术领域
本发明涉及一种导热性能测量控制系统及测量方法，特别是一种用于金属反射型保温块导热性能检测的测量控制系统及测量方法。
背景技术
随着世界主流核电的发展及安全壳内滤网安全性的需要，安全壳厂房内越来越多的使用金属反射型保温层。依赖国外进口的格局渴望被改变，金属反射型保温层的国产化研究迫在眉睫。在研制金属反射型保温层过程中，进行导热性能检测是必不可少的环节。
国内对金属反射型保温块的导热性能检测并没有形成成熟先进的测量控制系统，尤其是没有可以同时对平板型金属反射型保温块和圆管型金属反射型金属保温块进行导热性能检测的测量控制系统。
据申请人了解，市场上存在由两个温度传感器、带触摸屏的测试主机、试样管材托架构成的检测导热性能的测试仪，工作时一只温度传感器插入试样管材内测试零度介质的温度，另一温度传感器放于试样管材旁空气中测试环境温度，当两者的温度相同时停止试验，得到相应试样管材的导热性能。例如申请号为201310158367.1的中国发明专利(名称为“一种管材导热性能测试仪及测试方法”)。
或如申请号为200510033204.6的中国发明专利(名称为“热传导性能检测装置及检测方法”)。其采用简易扣具来提供一扣合力，并通过简易加热装置水槽提供恒温热源。
上述现有技术均存在以下问题：
只能针对单一形状的材料导热性能进行检测，且检测时无法对导热性能进行实时监控与计算。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种金属反射型保温块导热性能的测量控制系统及测量方法，通过PLC系统的跟踪控制，实现对保温块导热性能的实时监控和 计算，并且适用于管材保温块和平板保温块的检测。
为了达到以上目的，提出一种金属反射型保温块导热性能的测量控制系统，包括圆管加热装置、平板加热装置、圆管PLC系统、平板PLC系统、温度传感器和PC显控系统，圆管加热装置包括计量段加热管和一对防护段加热管，一对防护段加热管分别设置于计量段加热管的两端，用于防止计量段加热管径向散热；
平板加热装置包括计量箱和防护箱，计量箱设置于防护箱内部，用于保证计量箱只从散热面散热；
温度传感器包括圆管检测温度传感器和平板检测温度传感器，圆管检测温度传感器设置于计量段加热管表面、防护段加热管表面和待测圆管保温块表面，用于采集圆管加热装置和计量段保温块的温度数据；平板检测温度传感器设置于计量箱内部、计量箱内表面、防护箱内部和待测平板保温块表面，用于采集平板加热装置和计量箱保温块的温度数据；
圆管PLC系统的采集端连接圆管检测温度传感器，其控制端与圆管加热装置相连，用于采集圆管检测温度传感器信号并向圆管加热装置发送控制信号；
平板PLC系统的采集端连接平板检测温度传感器，其控制端与平板加热装置相连，用于采集平板检测温度传感器信号并向平板加热装置发送控制信号；
PC显控系统分别连接平板PLC系统和圆管PLC系统的显控端信号。
本发明的优选方案是：圆管PLC系统和平板PLC系统采用热电偶温度测量模块测量温度传感器信号，再转换为数字信号传输至PC显控系统，同时通过MODBUS协议对圆管加热装置和平板加热装置发送控制信号。
优选地，圆管检测温度传感器包括监控圆管检测温度传感器和计算圆管检测温度传感器，监控圆管检测温度传感器设置于计量段加热管和防护段加热管连接处，用于监视计量段加热管和防护段加热管隔缝处温度，计算圆管温度传感器分三圈均匀分布于计量段加热管表面，中间一圈的计算圆管传感器布置于计量段加热管中心的上下前后四个位置，左右两圈的计算圆管传感器与中间一圈的计算圆管传感器间隔对称布置。
优选地，计量箱各面的内壁和外壁均对应布置4个平板检测温度传感器，计量箱散热面靠近待测平板保温块的一侧布置20个平板检测温度传感器，其中设置于计量箱散热面上的12个平板检测温度传感器用于测量待测平板保温块内表面各个点的温度。
优选地，温度传感器为E型热电偶。
一种金属反射型保温块导热性能的测量的测量方法，包括如下步骤：
1)将圆管加热装置放置于待测圆管保温块内，待测圆管保温块两侧密闭封口，圆管PLC系统通电，控制圆管加热装置加热；
2)当监控圆管检测温度传感器测得计量段加热管和所述防护段加热管连接处之间温差都小于1.5℃，并且持续稳定1小时以上时，则认为计量段加热管与防护段加热管及待测圆管保温块处于温度平衡状态，圆管PLC系统开始采集计算圆管温度传感器数据并发送至PC显控系统进行导热系数计算；共采集3小时时长的功率数据和所有温度点的温度数据，待测圆管保温块导热系数计算公式为：式中r0为被测保温块内径，单位为m，r2为被测保温块外径，单位为m，L为被测保温块长度，单位为m，Q为计量段加热管加热功率，单位为W，t0为被测保温块内表面(即加热管表面)平均温度，单位为℃，t2为被测保温块外表面平均温度，单位为℃；Q通过功率表测量，t0取加热管表面用于计算的12个温度传感器的温度值的平均值，t2取计量段保温块外表面用于计算的传感器的温度值的平均值；
3)待测平板保温块放置于计量箱内，并将防护箱进行密闭封口，平板PLC系统通电，控制平板加热装置加热；
4)当计量箱内壁平均温度与计量箱外壁平均温度温差小于0.7℃，并稳定1小时以上时，则认为计量箱与防护箱之间处于温度平衡状态；平板PLC系统开始采集平板检测温度传感器数据并发送至PC显控系统进行导热系数计算，采集 三小时时长的功率数据和所有温度点的温度数据，待测平板保温块导热系数计算公式为：式中，h为被测保温块的厚度，单位为m，A为被测保温块的面积，单位为㎡，Q为计量箱加热功率，单位为W，Th为被测保温块内表面平均温度，单位为℃，Tc为被测保温块外表面平均温度，单位为℃，Q通过功率表测量，Th取加热设备内用于计算的12个温度传感器的温度值的平均值，Tc取被测保温块外表面用于计算的12个传感器的温度值的平均值；
5)PC显控系统将计算出的待测圆管保温块和待测平板保温块的导热系数显示于界面上。
本发明有益效果为：解决了金属反射型保温块导热性能检测的问题，不仅可以对加热设备及被测保温块进行实时温度监控，也可以直接得出保温块的热传导率数据，极大的减轻了实验人员的工作量，使金属反射型保温块导热性能检测实验操作方便，自动化程度高。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的组成框图。
图2为本发明的圆管加热装置组成示意图。
图3为本发明的圆管加热设备温度传感器布置图。
图4为本发明的圆管保温块表面温度传感器布置图。
图5为本发明的平板加热设备的组成示意图。
图6是本发明的平板加热设备的温度传感器布置图。
图7为本发明的平板加热设备的温度传感器布置左视图。
图8为本发明的平板保温块表面温度传感器布置图。
具体实施方式
实施例一
本实施例提供的一种金属反射型保温块导热性能的测量控制系统，如图1所示，包括圆管加热装置、平板加热装置、圆管PLC系统、平板PLC系统、温 度传感器和PC显控系统，
圆管加热装置包括计量段加热管1和一对防护段加热管2，一对防护段加热管2分别设置于计量段加热管1的两端，用于防止计量段加热管1径向散热，圆管加热装置套接于待测圆管保温块内，计量段加热管1上为计量段保温块3，防护段加热管2上为防护段保温块4；
平板加热装置包括计量箱7和防护箱8，计量箱7设置于防护箱8内部，用于保证计量箱7只从散热面散热；
温度传感器均为E型热电偶，包括圆管检测温度传感器和平板检测温度传感器，圆管检测温度传感器设置于计量段加热管1表面、防护段加热管2表面和待测圆管保温块表面，用于采集圆管加热装置和计量段保温块3的温度数据；平板检测温度传感器设置于计量箱7内部、计量箱7内表面、防护箱8内部和待测平板保温块9表面，用于采集平板加热装置和计量箱7保温块的温度数据；
圆管PLC系统的采集端连接圆管检测温度传感器，其控制端与圆管加热装置相连，用于采集圆管检测温度传感器信号并向圆管加热装置发送控制信号；
平板PLC系统的采集端连接平板检测温度传感器，其控制端与平板加热装置相连，用于采集平板检测温度传感器信号并向平板加热装置发送控制信号；
PC显控系统分别连接平板PLC系统和圆管PLC系统的显控端信号。
圆管PLC系统和平板PLC系统采用热电偶温度测量模块测量温度传感器信号，再转换为数字信号传输至PC显控系统，同时通过MODBUS协议对圆管加热装置和平板加热装置发送控制信号。
圆管检测温度传感器如图3所示，具有安装于圆管正面的圆管检测温度传感器5和安装于圆管反面的圆管检测温度传感器6，包括监控圆管检测温度传感器和计算圆管检测温度传感器，监控圆管检测温度传感器设置于计量段加热管1和防护段加热管2连接处，用于监视计量段加热管1和防护段加热管2隔缝处温度，计算圆管温度传感器分三圈均匀分布于计量段加热管1表面，中间一圈的计算圆管传感器布置于计量段加热管1中心的上下前后四个位置，左右两圈的计算圆管传感器与中间一圈的计算圆管传感器间隔对称布置。
计量箱7各面的内壁和外壁均对应布置4个平板检测温度传感器，包括计量箱外四边侧的温度传感器10，平板面测温的温度传感器11，计量箱控温的温度传感器12，防护箱控温的温度传感器13，计量箱内底边侧的温度传感器14，计量箱外底边侧的温度传感器15，防护箱控温的温度传感器16；计量箱7散热面靠近待测平板保温块9的一侧布置20个平板检测温度传感器，其中设置于计量箱7散热面上的12个平板检测温度传感器用于测量待测平板保温块9内表面各个点的温度。
一种金属反射型保温块导热性能的测量的测量方法，包括如下步骤：
1)将圆管加热装置放置于待测圆管保温块内，待测圆管保温块两侧密闭封口，圆管PLC系统通电，控制圆管加热装置加热；
2)当监控圆管检测温度传感器测得计量段加热管和所述防护段加热管2连接处之间温差都小于1.5℃，并且持续稳定1小时以上时，则认为计量段加热管1与防护段加热管2及待测圆管保温块处于温度平衡状态，圆管PLC系统开始采集计算圆管温度传感器数据并发送至PC显控系统进行导热系数计算；共采集3小时时长的功率数据和所有温度点的温度数据，待测圆管保温块导热系数计算公式为：式中r0为被测保温块内径，单位为m，r2为被测保温块外径，单位为m，L为被测保温块长度，单位为m，Q为计量段加热管1加热功率，单位为W，t0为被测保温块内表面(即加热管表面)平均温度，单位为℃，t2为被测保温块外表面平均温度，单位为℃；Q通过功率表测量，t0取加热管表面用于计算的12个温度传感器的温度值的平均值，t2取计量段保温块3外表面用于计算的传感器的温度值的平均值；
3)待测平板保温块9放置于计量箱7内，并将防护箱8进行密闭封口，平板PLC系统通电，控制平板加热装置加热；
4)当计量箱7内壁平均温度与计量箱7外壁平均温度温差小于0.7℃，并 稳定1小时以上时，则认为计量箱7与防护箱8之间处于温度平衡状态；平板PLC系统开始采集平板检测温度传感器数据并发送至PC显控系统进行导热系数计算，采集三小时时长的功率数据和所有温度点的温度数据，待测平板保温块9导热系数计算公式为：式中，h为被测保温块的厚度，单位为m，A为被测保温块的面积，单位为㎡，Q为计量箱7加热功率，单位为W，Th为被测保温块内表面平均温度，单位为℃，Tc为被测保温块外表面平均温度，单位为℃，Q通过功率表测量，Th取加热设备内用于计算的12个温度传感器的温度值的平均值，Tc取被测保温块外表面用于计算的12个传感器的温度值的平均值；
5)PC显控系统将计算出的待测圆管保温块和待测平板保温块9的导热系数显示于界面上。
本发明通过采用一种测量控制系统，解决了金属反射型保温块导热性能检测的问题，不仅可以对加热设备及被测保温块进行实时温度监控，也可以直接得出保温块的热传导率数据，极大的减轻了实验人员的工作量，使金属反射型保温块导热性能检测实验操作方便，自动化程度高。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.金属反射型保温块导热性能的测量控制系统，包括圆管加热装置、平板加热装置、圆管PLC系统、平板PLC系统、温度传感器和PC显控系统，其特征在于：
所述圆管加热装置包括计量段加热管和一对防护段加热管，所述一对防护段加热管分别设置于所述计量段加热管的两端，用于防止计量段加热管径向散热；
所述平板加热装置包括计量箱和防护箱，所述计量箱设置于所述防护箱内部，用于保证计量箱只从散热面散热；
所述温度传感器包括圆管检测温度传感器和平板检测温度传感器，所述圆管检测温度传感器设置于所述计量段加热管表面、防护段加热管表面和待测圆管保温块表面，用于采集所述圆管加热装置和所述计量段保温块的温度数据；所述平板检测温度传感器设置于所述计量箱内部、所述计量箱内表面、防护箱内部和待测平板保温块表面，用于采集所述平板加热装置和所述计量箱保温块的温度数据；
所述圆管PLC系统的采集端连接所述圆管检测温度传感器，其控制端与所述圆管加热装置相连，用于采集圆管检测温度传感器信号并向圆管加热装置发送控制信号；
所述平板PLC系统的采集端连接所述平板检测温度传感器，其控制端与所述平板加热装置相连，用于采集平板检测温度传感器信号并向平板加热装置发送控制信号；
所述PC显控系统分别连接所述平板PLC系统和所述圆管PLC系统的显控端信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种金属反射型保温块导热性能的测量控制系统，其特征在于，所述圆管PLC系统和所述平板PLC系统采用热电偶温度测量模块测量温度传感器信号，再转换为数字信号传输至所述PC显控系统，同时通过MODBUS协议对圆管加热装置和平板加热装置发送控制信号。
3.根据权利要求1所述的一种金属反射型保温块导热性能的测量控制系统，其特征在于，所述圆管检测温度传感器包括监控圆管检测温度传感器和计算圆管检测温度传感器，所述监控圆管检测温度传感器设置于所述计量段加热管和所述防护段加热管连接处，用于监视计量段加热管和防护段加热管隔缝处温度，所述计算圆管温度传感器分三圈均匀分布于计量段加热管表面，中间一圈的计算圆管传感器布置于所述计量段加热管中心的上下前后四个位置，左右两圈的计算圆管传感器与中间一圈的计算圆管传感器间隔对称布置。
4.根据权利要求1所述的一种金属反射型保温块导热性能的测量控制系统，其特征在于，所述计量箱各面的内壁和外壁均对应布置4个平板检测温度传感器，所述计量箱散热面靠近待测平板保温块的一侧布置20个平板检测温度传感器，其中设置于计量箱散热面上的12个平板检测温度传感器用于测量待测平板保温块内表面各个点的温度。
5.根据权利要求1所述的一种金属反射型保温块导热性能的测量控制系统，其特征在于，所述温度传感器为E型热电偶。
6.一种根据权利要求1-5的金属反射型保温块导热性能的测量的测量方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将圆管加热装置放置于待测圆管保温块内，待测圆管保温块两侧密闭封口，圆管PLC系统通电，控制圆管加热装置加热；
2)当监控圆管检测温度传感器测得计量段加热管和所述防护段加热管连接处之间温差都小于1.5℃，并且持续稳定1小时以上时，则认为计量段加热管与防护段加热管及待测圆管保温块处于温度平衡状态，圆管PLC系统开始采集计算圆管温度传感器数据并发送至PC显控系统进行导热系数计算；共采集3小时时长的功率数据和所有温度点的温度数据，待测圆管保温块导热系数计算公式为：式中r0为被测保温块内径，单位为m，r2为被测保温块外径，单位为m，L为被测保温块长度，单位为m，Q为计量段加热管加热功率，单位为W，t0为被测保温块内表面平均温度，单位为℃，t2为被测保温块外表面平均温度，单位为℃；Q通过功率表测量，t0取加热管表面用于计算的12个温度传感器的温度值的平均值，t2取计量段保温块外表面用于计算的传感器的温度值的平均值；
3)待测平板保温块放置于计量箱内，并将防护箱进行密闭封口，平板PLC系统通电，控制平板加热装置加热；
4)当计量箱内壁平均温度与计量箱外壁平均温度温差小于0.7℃，并稳定1小时以上时，则认为计量箱与防护箱之间处于温度平衡状态；平板PLC系统开始采集平板检测温度传感器数据并发送至PC显控系统进行导热系数计算，采集三小时时长的功率数据和所有温度点的温度数据，待测平板保温块导热系数计算公式为：式中，h为被测保温块的厚度，单位为m，A为被测保温块的面积，单位为㎡，Q为计量箱加热功率，单位为W，Th为被测保温块内表面平均温度，单位为℃，Tc为被测保温块外表面平均温度，单位为℃，Q通过功率表测量，Th取加热设备内用于计算的12个温度传感器的温度值的平均值，Tc取被测保温块外表面用于计算的12个传感器的温度值的平均值；
5)PC显控系统将计算出的待测圆管保温块和待测平板保温块的导热系数显示于界面上。
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