CN108195875B - 一种宽温区快速自动化测定相变材料冷热循环的系统及其测定方法 - Google Patents
一种宽温区快速自动化测定相变材料冷热循环的系统及其测定方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种宽温区快速自动化测定相变材料冷热循环的系统及其测定方法，系统包括测样室、热液槽、冷液槽、第一温度控制系统、第二温度控制系统、控制系统、测量输出系统、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器，热液槽连接第一温度控制系统，冷液槽连接第二温度控制系统，测样室内的待测样品通过第三温度传感器与测量输出系统相连；热液槽内设置第二温度传感器，冷液槽内设置第四温度传感器，测样室内设置第一温度传感器，第一、第二和第四温度传感器分别与控制系统相连。所述装置可以按照输入的程序自动控制升降温度，使相变材料反复相变完成耐久性实验测试，能实时记录相变材料的温度及循环次数，省时省力。
Description
技术领域
本发明属于材料测试设备领域，涉及一种宽温区测定相变材料冷热循环的系统及其测定方法，尤其涉及一种宽温区快速自动化测定相变材料冷热循环的系统及其测定方法。
背景技术
相变材料是利用相变潜热来贮能和释能的。相变材料在相变过程中通过吸热和放热对能量进行存储和释放，达到控制周围环境温度的目的。由于其储能密度高且在相变过程中近似等温，在建筑节能、太阳能、电网“削峰填谷”、航空航天和生活用品等领域具有广阔的应用前景。
耐久性是相变材料性能测试的一项重要指标，是相变材料实际应用价值的一个重要参考。常用的相变材料耐久性测试方法有人工手动操作和DSC设备测试。人工手动操作是将相变材料依次放入冷热环境中，使相变材料温度达到冷热循环温度上限和下限，进而实现相变材料耐久性测试。这样的实验方式易造成相变材料在循环过程中不稳定，实验结果误差大，耗时耗力。采用DSC设备测试，只能采用毫克级样品，与实际应用情况出入大，且设备精密，费用高。
CN103940691B公开了一种相变材料冷热循环实验仪器，包括用于支撑轨道和充当样品轨道的支架，用于控制轨道并将样品数据上传至计算机的单片机，用于监控、计数和判断实验状态的计算机。虽然该装置全程自动化、能耗低且能完成一定循环次数，但其测定温区比较受限，无法测定低温比如0℃以下的相变材料，并且其待测样品在冷水浴槽和热水浴槽切换过程中会出现温度变化，进而影响测试准确率。
发明内容
针对现有技术中相变材料性能测试中存在的稳定性差、实验结果误差大、测定过程耗时费力以及工作效率低等问题，本发明提供了一种宽温区快速自动化测定相变材料冷热循环的系统及其测定方法。本发明所述装置可以按照输入的程序自动控制升降温度，使相变材料反复相变完成耐久性实验测试，并能实时记录相变材料的温度及循环次数，省时省力。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种测定宽温区相变材料冷热循环的系统，所述系统包括测样室、热液槽、冷液槽、第一温度控制系统、第二温度控制系统、控制系统、测量输出系统、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器；
其中，所述热液槽的热液出口与测样室的热液入口相连，测样室的热液出口与热液槽的热液入口相连，所述冷液槽的冷液出口与测样室的冷液入口相连，测样室的冷液出口与冷液槽的冷液入口相连；所述热液槽连接第一温度控制系统，所述冷液槽连接第二温度控制系统，所述第一温度控制系统和第二温度控制系统与所述控制系统相连；所述测样室内置待测样品，待测样品通过第三温度传感器与测量输出系统相连；所述热液槽内设置第二温度传感器，所述冷液槽内设置第四温度传感器，所述测样室内置第一温度传感器，所述第一温度传感器、第二温度传感器和第四温度传感器分别与控制系统相连。
本发明中，所述待测样品的形状没有特殊限制。所述热液槽中盛装热介质，所述冷液槽中盛装冷介质。
本发明中，“冷”和“热”是通过装置中介质温度高低界定，温度高的为热介质，温度低的为冷介质，属于清楚表述。
所述第一温度传感器用于测试样品室内充入的液体(来自热液槽和冷液槽)的温度，第二温度传感器用于测量热液槽中液体温度，第三温度传感器用于测试待测样品的温度，第四温度传感器用于测试冷液槽中液体温度，控制系统通过第一温度传感器、第二温度传感器和第四温度传感器感知温度，并调控热液槽和冷液槽中液体的温度上限和下限。
所述测量输出系统用于记录待测相变材料样品的温度。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述宽温区为测试温度在-80℃～200℃范围内设定，其可根据实际需要任意设定。
更为具体的可为，热液槽的设定温度为-20℃，冷液槽的设定温度为-40℃；热液槽的设定温度为0℃，冷液槽的设定温度为-20℃；热液槽的设定温度为20℃时，冷液槽的设定温度为0℃；热液槽的设定温度为80℃，冷液槽的设定温度为60℃，但并不限于所列举的数值，在数值范围内任意两个数值均可。
作为本发明优选的技术方案，所述测样室内置样品架，待测样品通过样品架置于测样室内，以测定至少2个样品的温度或测定待测样品不同部位的温度。
其中，待测样品个数可为2、3、4、5、6、7或8以及更多，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
即本发明所述系统通过在样品室中放置样品架，样品架上可同时放置多个样品，以使系统可以同时测量多个试样，提高工作效率；并能按照输入的程序自动控制升降温度，使相变材料反复相变完成耐久性实验测试，并能实时记录相变材料的温度及循环次数，省时省力，可以保证相变材料在循环过程中的稳定性，提高实验结果的准确率，降低误差。
并且，在样品室中放置的单个样品的测试重量也可大可小，例如75g、50g、45g、40g、35g、30g、25g或20g等以及小数值，但并不仅限于所列举的数值。
优选地，所述测样室内充入的液体与样品架直接接触，以直接传热至样品架上的待测样品。
优选地，所述样品架为试管架。
优选地，所述测样室内充入的液体与试管架上放置的试管直接接触，以直接传热至试管。
优选地，所述试管架上至少放置2个试管，例如2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个等以及更多，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述第一温度控制系统包括第一加热系统和第一制冷系统。
优选地，所述第一加热系统置于热液槽内部。
优选地，所述第一制冷系统置于热液槽内部。
优选地，所述第一制冷系统包括第一压缩机和第一搅拌器。
优选地，所述第二温度控制系统包括第二加热系统和第二制冷系统。
优选地，所述第二加热系统置于冷液槽内部。
优选地，所述第二制冷系统置于热液槽内部。
优选地，所述第二制冷系统包括第二压缩机和第二搅拌器。
作为本发明优选的技术方案，所述热液槽的热液出口与测样室的热液入口之间通过进热介质管相连。
优选地，所述进热介质管上设置第一动力传输装置。
优选地，所述第一动力传输装置为磁力泵和/或电动泵。
优选地，所述测样室的热液出口与热液槽的热液入口之间通过出热介质管相连。
优选地，所述出热介质管上设置第二动力传输装置和第二流量控制装置，所述第二动力传输装置和第二流量控制装置依次设置即可，二者前后位置无特殊要求。
优选地，所述第二动力传输装置为磁力泵和/或电动泵。
优选地，所述第二流量控制装置为电磁阀和/或电动阀。
作为本发明优选的技术方案，所述冷液槽的冷液出口与测样室的冷液入口之间通过进冷介质管相连。
优选地，所述进冷介质管上设置第三动力传输装置。
优选地，所述第三动力传输装置为磁力泵和/或电动泵。
优选地，所述测样室的冷液出口与冷液槽的冷液入口之间通过出冷介质管相连。
优选地，所述出冷介质管上设置第四动力装置和第一流量控制装置，所述第四动力装置和第一流量控制装置依次设置即可，二者前后位置无特殊要求。
优选地，所述第四动力装置为磁力泵和/或电动泵。
优选地，所述第一流量控制装置为电磁阀和/或电动阀。
作为本发明优选的技术方案，所述控制系统包括第一温度调节装置、第二温度调节装置、程序控制器和触摸屏，所述第一温度调节装置控制第二温度传感器的温度，所述第二温度控制器控制第四温度传感器的温度，所述程序控制器同时与第一温度传感器、第二温度传感器和第四温度传感器相连。
优选地，所述测量输出系统为数据采集装置。
第二方面，本发明提供了上述系统的测试方法，所述方法包括以下步骤：
(a)通过控制系统设定参数；
(b)启动装置，使装置自动运行，当热液槽和/或冷液槽中液体温度超过设定值时，通过控制系统分别调控第一温度控制系统和第二温度控制系统使热液槽和/或冷液中液体温度达到设定值，并停止第一温度控制系统和第二温度控制系统的工作或进入保温模式；
(c)在热液槽和/或冷液槽中液体温度达到设定值后，将热液槽中液体送入测样室，待测样室中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回热液槽；再将冷液槽中液体送入测样室，待测样室中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回冷液槽，以待测样品与热液槽中液体和冷液槽中液体各达到一次平衡计为一次相变循环；
(d)通过控制系统显示运行过程中测样室的温度和循环次数，通过测量输出系统显示记录相变材料样品温度，并显示“时间-温度”曲线。
作为本发明优选的技术方案，步骤(a)所述参数包括热液槽和冷液槽中液体的温度上限和下限、测样室的保温时间以及系统的循环次数。
优选地，所述热液槽的温度上限高于待测相变材料的相变温度。
优选地，所述冷液槽的温度下限低于待测相变材料的相变温度。
优选地，步骤(b)中通过控制系统判断热液槽和/或冷液槽中液体温度。
优选地，步骤(c)中重复相变循环至少2次，以测试待测样品反复相变完成耐久性实验测试。
作为本发明优选的技术方案，当步骤(a)中设定的参数中，热液槽中液体的设定温度高于环境温度，冷液槽中液体的设定温度低于环境温度时，步骤(b)具体包括以下步骤：
启动装置，使装置自动运行，当热液槽中液体低于设定的温度上限，调控第一温度控制系统对热液槽中液体进行加热，使热液槽中液体达到设定的温度上限；当冷液槽中液体温度高于设定的温度下限，通过第二温度控制系统对冷液槽中液体进行制冷，使冷液槽中液体温度达到设定的温度下限；
停止第一温度控制系统和第二温度控制系统的工作或进入保温模式；
优选地，当步骤(a)中设定的参数中，热液槽中液体的设定温度低于环境温度，冷液槽中液体的设定温度低于环境温度时，步骤(b)具体包括以下步骤：
启动装置，使装置自动运行，当热液槽中液体高于设定的温度上限，调控第一温度控制系统对热液槽中液体进行制冷，使热液槽中液体达到设定的温度上限；当冷液槽中液体温度高于设定的温度下限，通过第二温度控制系统对冷液槽中液体进行制冷，使冷液槽中液体温度达到设定的温度下限；
停止第一温度控制系统和第二温度控制系统的工作或进入保温模式；
优选地，当步骤(a)中设定的参数中，热液槽中液体的设定温度高于环境温度，冷液槽中液体的设定温度高于环境温度时，步骤(b)具体包括以下步骤：
启动装置，使装置自动运行，当热液槽中液体低于设定的温度上限，调控第一温度控制系统对热液槽中液体进行加热，使热液槽中液体达到设定的温度上限；当冷液槽中液体温度低于设定的温度下限，通过第二温度控制系统对冷液槽中液体进行加热，使冷液槽中液体温度达到设定的温度下限。
停止第一温度控制系统和第二温度控制系统的工作或进入保温模式。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述装置可以分别设定冷液槽和热液槽的温度，测样室的保温时间，测样室内的待测样品试管与冷热介质直接接触，因此可实现自动快速的对相变材料进行冷热循环测试，省时省力；
(2)本发明所述装置测样室中试管架可放置一个和多个相变材料样品，以使系统可以同时测量多个试样，提高工作效率；
(3)本发明所述装置对所测相变材料的形态没有要求，相变材料样品量可大可小，可测量各种形态相变材料加热和冷却过程中内部温度分布变化情况；
(4)本发明所述装置的实验温度范围为-80℃～200℃，温度测试精度为0.1℃，测试精度高，适用于多种具有不同相变温度的相变材料；
(5)本发明所述装置可实时采集试样温度并形成“时间-温度”曲线直观图像，且数据可输出。
附图说明
图1是本发明实施例1中所述测定宽温区相变材料冷热循环的系统的结构示意图；
其中，1-触摸屏，2-控制系统，3-第一温度传感器，4-第一压缩机，5-第二温度传感器，6-第一加热系统，7-第一搅拌器，8-热液槽，9-进热介质管，10-第一动力传输装置，11-测样室，12-第三温度传感器，13-测量输出系统，14-测量输出系统，15-进冷介质管，16-冷液槽，17-第二搅拌器，18-第二加热系统，19-第四温度传感器，20-第二压缩机，21-第一流量控制装置，22-第四动力装置，23-出冷介质管，24-出热介质管，25-第二动力传输装置，26-第二流量控制装置。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种宽温区测定相变材料冷热循环的系统及其测试方法，所述系统包括测样室11、热液槽8、冷液槽16、第一温度控制系统、第二温度控制系统、控制系统2、测量输出系统13、第一温度传感器3、第二温度传感器5、第三温度传感器12和第四温度传感器19；
其中，所述热液槽8的热液出口与测样室11的热液入口相连，测样室11的热液出口与热液槽8的热液入口相连，所述冷液槽16的冷液出口与测样室11的冷液入口相连，测样室11的冷液出口与冷液槽16的冷液入口相连；所述热液槽8连接第一温度控制系统，所述冷液槽16连接第二温度控制系统，所述第一温度控制系统和第二温度控制系统与所述控制系统2相连；所述测样室11内置待测样品，待测样品通过第三温度传感器12与测量输出系统13相连；所述热液槽8内设置第二温度传感器5，所述冷液槽16内设置第四温度传感器19，所述测样室11内置第一温度传感器3，所述第一温度传感器3、第二温度传感器5和第四温度传感器19分别与控制系统2相连。
所述装置的处理方法为：
(a)通过控制系统2设定参数；
(b)启动装置，使装置自动运行，当热液槽8和/或冷液槽16中液体温度超过设定值时，通过控制系统2分别调控第一温度控制系统和第二温度控制系统使热液槽8和/或冷液槽16中液体温度达到设定值，并停止第一温度控制系统和第二温度控制系统的工作或进入保温模式；
(c)在热液槽8和/或冷液槽16中液体温度达到设定值后，将热液槽8中液体送入测样室11，待测样室11中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回热液槽8；再将冷液槽16中液体送入测样室11，待测样室11中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回冷液槽16，以待测样品与热液槽8中液体和冷液槽16中液体各达到一次平衡计为一次相变循环；
(d)通过控制系统2显示运行过程中测样室11的温度和循环次数，通过测量输出系统13显示记录相变材料样品温度，并显示“时间-温度”曲线。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种宽温区测定相变材料冷热循环的系统及其测试方法，如图1所示，所述系统包括测样室11、热液槽8、冷液槽16、第一温度控制系统、第二温度控制系统、控制系统2、测量输出系统13、第一温度传感器3、第二温度传感器5、第三温度传感器12和第四温度传感器19；
其中，所述热液槽8的热液出口与测样室11的热液入口相连，测样室11的热液出口与热液槽8的热液入口相连，所述冷液槽16的冷液出口与测样室11的冷液入口相连，测样室11的冷液出口与冷液槽16的冷液入口相连；所述热液槽8内置第一温度控制系统，所述冷液槽16内置第二温度控制系统，所述第一温度控制系统和第二温度控制系统与所述控制系统2相连；所述测样室11内置待测样品，待测样品通过第三温度传感器12与测量输出系统13相连；所述热液槽8内设置第二温度传感器5，所述冷液槽16内设置第四温度传感器19，所述测样室11内置第一温度传感器3，所述第一温度传感器3、第二温度传感器5和第四温度传感器19分别与控制系统2相连。
其中，所述测样室11内置试管架，待测样品置于试管架上的试管内，该试管架可以放置多个试管；
所述第一温度控制系统包括第一加热系统6和第一制冷系统，第一制冷系统包括第一压缩机4和第一搅拌器7；第二温度控制系统包括第二加热系统18和第二制冷系统，第二制冷系统包括第二压缩机20和第二搅拌器17；
热液槽8的热液出口与测样室11的热液入口之间通过进热介质管9相连，进热介质管9上设置第一动力传输装置10，第一动力传输装置10为磁力泵，测样室11的热液出口与热液槽8的热液入口之间通过出热介质管24相连，出热介质管24上设置第二动力传输装置25和第二流量控制装置26，所述第二动力传输装置25为磁力泵，第二流量控制装置26为电磁阀；
冷液槽16的冷液出口与测样室11的冷液入口之间通过进冷介质管15相连，进冷介质管15上设置第三动力传输装置14，第三动力传输装置14为磁力泵，测样室11的冷液出口与冷液槽16的冷液入口之间通过出冷介质管23相连，出冷介质管23上设置第四动力装置22和第一流量控制装置21，所述第四动力装置22为磁力泵，第一流量控制装置21为电动阀；
所述控制系统2包括第一温度调节装置、第二温度调节装置、程序控制器和触摸屏1，所述第一温度调节装置控制第二温度传感器5的温度，所述第二温度调节装置控制第四温度传感器19的温度，所述程序控制器同时与第一温度传感器3第二温度传感器5和第四温度传感器19相连，所述测量输出系统13为数据采集装置。
采用所述装置对某种水合盐相变材料进行测定，该水合盐相变材料的相变温度为-18℃左右，相变潜热为287kJ/kg。
(a)通过控制系统2设定参数，设定热液槽8中液体的温度为0℃(低于环境温度)，冷液槽16中液体的温度为-30℃(低于环境温度)；
(b)取样品35g放入试管中放入测样室11的试管架上，向样品中置入第三温度传感器12的温度探头并连接测量输出系统13；点击触摸屏2和测量输出系统13上的启动按钮，装置自动运行；
运行过程中，当热液槽8中液体高于0℃，控制系统2调控第一温度控制系统对热液槽8中液体进行制冷，使热液槽8中液体达到设定的温度；当冷液槽16中液体温度高于-30℃，控制系统2调控第二温度控制系统对冷液槽16中液体进行制冷，使冷液槽16中液体温度达到设定的温度；停止第一温度控制系统和第二温度控制系统的工作或进入保温模式；
(c)运行过程中，在热液槽8和冷液槽16中液体温度达到设定值后，将热液槽8中液体送入测样室11，待测样室11中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回热液槽8；再将冷液槽16中液体送入测样室11，待测样室11中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回冷液槽16，以待测样品与热液槽8中液体和冷液槽16中液体各达到一次平衡计为一次相变循环；
当系统运行到达所需循环次数，停止装置运行，取出试管样品，导出“时间-温度”曲线及数据。
本实施例中，完成一次循环小于5分钟，完成3000次最多不超过252小时即10.5天，实验过程自动运行，省时省力。待测样品不需要移动，避免引起样品因移动受到震动产生实验误差。
实施例2：
本实施例提供了一种宽温区测定相变材料冷热循环的系统及其测试方法，所述系统结构参照实施例1，区别仅在于：第一动力传输装置10为电动泵，第二动力传输装置25为电动泵，第二流量控制装置26为电动阀，第三动力传输装置14为电动泵，所述第四动力装置22为电动泵，第一流量控制装置21为电动阀。
采用所述装置对某种水合盐相变材料进行测定，该相变材料的相变温度为20℃，相变潜热为175kJ/kg。
(a)通过控制系统2设定参数，设定热液槽8中液体的温度为45℃(高于环境温度)，冷液槽16中液体的温度为-5℃(低于环境温度)；
(b)取样品35g放入试管中放入测样室11的试管架上，向样品中置入第三温度传感器12的温度探头并连接测量输出系统13；点击触摸屏2和测量输出系统13上的启动按钮，装置自动运行；
运行过程中，当热液槽8中液体低于设定的温度上限，控制系统2调控第一温度控制系统对热液槽8中液体进行加热，使热液槽8中液体达到设定的温度上限；当冷液槽16中液体温度高于设定的温度下限，控制系统2调控第二温度控制系统对冷液槽16中液体进行制冷，使冷液槽16中液体温度达到设定的温度下限；
(c)运行过程中，在热液槽8和冷液槽16中液体温度达到设定值后，将热液槽8中液体送入测样室11，待测样室11中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回热液槽8；再将冷液槽16中液体送入测样室11，待测样室11中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回冷液槽16，以待测样品与热液槽8中液体和冷液槽16中液体各达到一次平衡计为一次相变循环；
当系统运行到达所需循环次数，停止装置运行，取出试管样品，导出“时间-温度”曲线及数据。
本实施例中，完成一次循环小于5分钟，完成3000次最多不超过252小时即10.5天，实验过程自动运行，省时省力。待测样品不需要移动，避免引起样品因移动受到震动产生实验误差。
实施例3：
本实施例提供了一种宽温区测定相变材料冷热循环的系统及其测试方法，所述系统结构参照实施例1。
采用所述装置对某种有机相变材料进行测定，该相变材料的相变温度为65℃，相变潜热为185kJ/kg。
(a)通过控制系统2设定参数，设定热液槽8中液体的温度为90℃(高于环境温度)，冷液槽16中液体的温度为40℃(高于环境温度)；
(b)取样品35g放入试管中放入测样室11的试管架上，向样品中置入第三温度传感器12的温度探头并连接测量输出系统13；点击触摸屏2和测量输出系统13上的启动按钮，装置自动运行；
运行过程中，当热液槽8中液体低于设定的温度上限，控制系统2调控第一温度控制系统对热液槽8中液体进行加热，使热液槽8中液体达到设定的温度上限；当冷液槽16中液体温度低于设定的温度下限，控制系统2调控第二温度控制系统对冷液槽16中液体进行加热，使冷液槽16中液体温度达到设定的温度下限。
(c)运行过程中，在热液槽8和冷液槽16中液体温度达到设定值后，将热液槽8中液体送入测样室11，待测样室11中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回热液槽8；再将冷液槽16中液体送入测样室11，待测样室11中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回冷液槽16，以待测样品与热液槽8中液体和冷液槽16中液体各达到一次平衡计为一次相变循环；
当系统运行到达所需循环次数，停止装置运行，取出试管样品，导出“时间-温度”曲线及数据。
本实施例中，完成一次循环小于5分钟，完成3000次最多不超过252小时即10.5天，实验过程自动运行，省时省力。待测样品不需要移动，避免引起样品因移动受到震动产生实验误差。
实施例4：
本实施例提供了一种宽温区测定相变材料冷热循环的系统及其测试方法，所述系统结构参照实施例1。
采用所述装置对某种有机相变材料进行测定，该相变材料的相变温度为-50℃，相变潜热为130kJ/kg。
(a)通过控制系统2设定参数，设定热液槽8中液体的温度为-20℃(低于环境温度)，冷液槽16中液体的温度为-80℃(低于环境温度)；
(b)取样品35g放入试管中放入测样室11的试管架上，向样品中置入第三温度传感器12的温度探头并连接测量输出系统13；点击触摸屏2和测量输出系统13上的启动按钮，装置自动运行；
运行过程中，当热液槽8中液体高于设定的温度上限，控制系统2调控第一温度控制系统对热液槽8中液体进行制冷，使热液槽8中液体达到设定的温度上限；当冷液槽16中液体温度高于设定的温度下限，控制系统2调控第二温度控制系统对冷液槽16中液体进行制冷，使冷液槽16中液体温度达到设定的温度下限。
(c)运行过程中，在热液槽8和冷液槽16中液体温度达到设定值后，将热液槽8中液体送入测样室11，待测样室11中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回热液槽8；再将冷液槽16中液体送入测样室11，待测样室11中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回冷液槽16，以待测样品与热液槽8中液体和冷液槽16中液体各达到一次平衡计为一次相变循环；
当系统运行到达所需循环次数，停止装置运行，取出试管样品，导出“时间-温度”曲线及数据。
本实施例中，完成一次循环小于8分钟，完成3000次最多不超过400小时即17天，实验过程自动运行，省时省力。待测样品不需要移动，避免引起样品因移动受到震动产生实验误差。
实施例5：
本实施例提供了一种测定宽温区相变材料冷热循环的系统及其测试方法，所述系统结构参照实施例1。
采用所述装置对某种有机相变材料进行测定，该相变材料的相变温度为175℃，相变潜热为165kJ/kg。
(a)通过控制系统2设定参数，设定热液槽8中液体的温度为195℃(高于环境温度)，冷液槽16中液体的温度为155℃(高于环境温度)；
(b)取样品35g放入试管中放入测样室11的试管架上，向样品中置入第三温度传感器12的温度探头并连接测量输出系统13；点击触摸屏2和测量输出系统13上的启动按钮，装置自动运行；
运行过程中，当热液槽8中液体高于设定的温度上限，控制系统2调控第一温度控制系统对热液槽8中液体进行加热，使热液槽8中液体达到设定的温度上限；当冷液槽16中液体温度高于设定的温度下限，控制系统2调控第二温度控制系统对冷液槽16中液体进行加热，使冷液槽16中液体温度达到设定的温度下限。
(c)运行过程中，在热液槽8和冷液槽16中液体温度达到设定值后，将热液槽8中液体送入测样室11，待测样室11中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回热液槽8；再将冷液槽16中液体送入测样室11，待测样室11中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回冷液槽16，以待测样品与热液槽8中液体和冷液槽16中液体各达到一次平衡计为一次相变循环；
当系统运行到达所需循环次数，停止装置运行，取出试管样品，导出“时间-温度”曲线及数据。
本实施例中，完成一次循环小于5分钟，完成3000次最多不超过252小时即10.5天，实验过程自动运行，省时省力。待测样品不需要移动，避免引起样品因移动受到震动产生实验误差。
综合上述实施例可以看出，本发明所述装置可以按照输入的程序自动控制升降温度，使相变材料反复相变完成耐久性实验测试，并能实时记录相变材料的温度及循环次数，省时省力。
申请人申明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细应用方法，但本发明并不局限于上述详细应用方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品原料的等效替换及辅助成分的添加、具体操作条件和方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (40)
1.一种宽温区测定相变材料冷热循环的系统，其特征在于，所述系统包括测样室(11)、热液槽(8)、冷液槽(16)、第一温度控制系统、第二温度控制系统、控制系统(2)、测量输出系统(13)、第一温度传感器(3)、第二温度传感器(5)、第三温度传感器(12)和第四温度传感器(19)；
其中，所述热液槽(8)的热液出口与测样室(11)的热液入口相连，测样室(11)的热液出口与热液槽(8)的热液入口相连，所述冷液槽(16)的冷液出口与测样室(11)的冷液入口相连，测样室(11)的冷液出口与冷液槽(16)的冷液入口相连；所述热液槽(8)连接第一温度控制系统，所述冷液槽(16)连接第二温度控制系统，所述第一温度控制系统和第二温度控制系统与所述控制系统(2)相连；所述测样室(11)内置待测样品，待测样品通过第三温度传感器(12)与测量输出系统(13)相连；所述热液槽(8)内设置第二温度传感器(5)，所述冷液槽(16)内设置第四温度传感器(19)，所述测样室(11)内置第一温度传感器(3)，所述第一温度传感器(3)、第二温度传感器(5)和第四温度传感器(19)分别与控制系统(2)相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述宽温区为测试温度在-80℃～200℃范围内设定。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测样室(11)内置样品架，待测样品通过样品架置于测样室(11)内，以测定至少2个样品的温度或测定待测样品不同部位的温度。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述测样室(11)内充入的液体与样品架直接接触。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述样品架为试管架。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述测样室(11)内充入的液体与试管架上放置的试管直接接触。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述试管架上至少放置2个试管。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一温度控制系统包括第一加热系统(6)和第一制冷系统。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一加热系统(6)置于热液槽(8)内部。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一制冷系统置于热液槽(8)内部。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一制冷系统包括第一压缩机(4)和第一搅拌器(7)。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二温度控制系统包括第二加热系统(18)和第二制冷系统。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第二加热系统(18)置于冷液槽(16)内部。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第二制冷系统置于热液槽(8)内部。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第二制冷系统包括第二压缩机(20)和第二搅拌器(17)。
16.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热液槽(8)的热液出口与测样室(11)的热液入口之间通过进热介质管(9)相连。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述进热介质管(9)上设置第一动力传输装置(10)。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述第一动力传输装置(10)为磁力泵和/或电动泵。
19.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测样室(11)的热液出口与热液槽(8)的热液入口之间通过出热介质管(24)相连。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述出热介质管(24)上设置第二动力传输装置(25)和第二流量控制装置(26)。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述第二动力传输装置(25)为磁力泵和/或电动泵。
22.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述第二流量控制装置(26)为电磁阀和/或电动阀。
23.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷液槽(16)的冷液出口与测样室(11)的冷液入口之间通过进冷介质管(15)相连。
24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，所述进冷介质管(15)上设置第三动力传输装置(14)。
25.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，所述第三动力传输装置(14)为磁力泵和/或电动泵。
26.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测样室(11)的冷液出口与冷液槽(16)的冷液入口之间通过出冷介质管(23)相连。
27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述出冷介质管(23)上设置第四动力装置(22)和第一流量控制装置(21)。
28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述第四动力装置(22)为磁力泵和/或电动泵。
29.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述第一流量控制装置(21)为电磁阀和/或电动阀。
30.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制系统(2)包括第一温度调节装置、第二温度调节装置、程序控制器和触摸屏(1)，所述第一温度调节装置控制第二温度传感器(5)的温度，所述第二温度调节装置控制第四温度传感器(19)的温度，所述程序控制器同时与第一温度传感器(3)、第二温度传感器(5)和第四温度传感器(19)相连。
31.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量输出系统(13)为数据采集装置。
32.根据权利要求1-31任一项所述的系统的测定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(a)通过控制系统(2)设定参数；
(b)启动装置，使装置自动运行，当热液槽(8)和/或冷液槽(16)中液体温度超过设定值时，通过控制系统(2)分别调控第一温度控制系统和第二温度控制系统使热液槽(8)和/或冷液槽(16)中液体温度达到设定值，并停止第一温度控制系统和第二温度控制系统的工作或进入保温模式；
(c)在热液槽(8)和/或冷液槽(16)中液体温度达到设定值后，将热液槽(8)中液体送入测样室(11)，待测样室(11)中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回热液槽(8)；再将冷液槽(16)中液体送入测样室(11)，待测样室(11)中待测样品与液体温度达到平衡后，将液体返回冷液槽(16)，以待测样品与热液槽(8)中液体和冷液槽(16)中液体各达到一次平衡计为一次相变循环；
(d)通过控制系统(2)显示运行过程中测样室(11)的温度和循环次数，通过测量输出系统(13)显示记录相变材料样品温度，并显示“时间-温度”曲线。
33.根据权利要求32所述的测定方法，其特征在于，步骤(a)所述参数包括热液槽(8)和冷液槽(16)中液体的温度上限和下限、测样室(11)的保温时间以及系统的循环次数。
34.根据权利要求33所述的测定方法，其特征在于，所述热液槽(8)的温度上限高于待测相变材料的相变温度。
35.根据权利要求33所述的测定方法，其特征在于，所述冷液槽(16)的温度下限低于待测相变材料的相变温度。
36.根据权利要求32所述的测定方法，其特征在于，步骤(b)中通过控制系统(2)判断热液槽(8)和/或冷液槽(16)中液体温度。
37.根据权利要求32所述的测定方法，其特征在于，步骤(c)中重复相变循环至少2次。
38.根据权利要求32所述的测定方法，其特征在于，当步骤(a)中设定的参数中，热液槽(8)中液体的设定温度高于环境温度，冷液槽(16)中液体的设定温度低于环境温度时，步骤(b)具体包括以下步骤：
启动装置，使装置自动运行，当热液槽(8)中液体低于设定的温度上限，调控第一温度控制系统对热液槽(8)中液体进行加热，使热液槽(8)中液体达到设定的温度上限；当冷液槽(16)中液体温度高于设定的温度下限，通过第二温度控制系统对冷液槽(16)中液体进行制冷，使冷液槽(16)中液体温度达到设定的温度下限；
停止第一温度控制系统和第二温度控制系统的工作或进入保温模式。
39.根据权利要求32所述的测定方法，其特征在于，当步骤(a)中设定的参数中，热液槽(8)中液体的设定温度低于环境温度，冷液槽(16)中液体的设定温度低于环境温度时，步骤(b)具体包括以下步骤：
启动装置，使装置自动运行，当热液槽(8)中液体高于设定的温度上限，调控第一温度控制系统对热液槽(8)中液体进行制冷，使热液槽(8)中液体达到设定的温度上限；当冷液槽(16)中液体温度高于设定的温度下限，通过第二温度控制系统对冷液槽(16)中液体进行制冷，使冷液槽(16)中液体温度达到设定的温度下限；
停止第一温度控制系统和第二温度控制系统的工作或进入保温模式。
40.根据权利要求32所述的测定方法，其特征在于，当步骤(a)中设定的参数中，热液槽(8)中液体的设定温度高于环境温度，冷液槽(16)中液体的设定温度高于环境温度时，步骤(b)具体包括以下步骤：
启动装置，使装置自动运行，当热液槽(8)中液体低于设定的温度上限，调控第一温度控制系统对热液槽(8)中液体进行加热，使热液槽(8)中液体达到设定的温度上限；当冷液槽(16)中液体温度低于设定的温度下限，通过第二温度控制系统对冷液槽(16)中液体进行加热，使冷液槽(16)中液体温度达到设定的温度下限；
停止第一温度控制系统和第二温度控制系统的工作或进入保温模式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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