CN109211970A - 隔热性能测试装置、隔热性能测试方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种隔热性能测试装置、隔热性能测试方法及应用，涉及隔热性能测试技术领域。该隔热性能测试装置包括加热控温装置、加热器、传热板、盖板、第一热电偶、第二热电偶和温度记录仪，其中，加热控温装置、加热器主要是用于控制隔热测试时隔热试样热面的温度，传热板上设置有通孔，使得由加热器提供的热量经由传热板的传递形成不均匀的热量分布，从而模拟非均匀温度场；该隔热性能测试装置结构简单，操作便利，且可根据实际测试需求，模拟不同条件下的非均匀温度场，能够满足各种非均匀温度场的测试需求。本发明还提供了隔热性能测试方法，采用上述隔热性能测试装置进行隔热性能测试，该方法简单可靠、成熟度高，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及隔热性能测试技术领域，具体而言，涉及一种隔热性能测试装置、隔热性能测试方法及应用。
背景技术
现今通常采用导热系数对隔热材料的隔热性能进行评价，导热系数通常用于表征单一、均质材料的隔热性能，针对多层复合隔热材料或由多层复合隔热材料组成的隔热制品，导热系数无法直观表征其隔热使用效果。
且随着各类装备的不断发展进步，装备中各型设备的热环境越来越严酷，且装备的动力系统、传动系统等产生热量的装置，其温度分布通常为不均匀温度场。故在实际隔热性能测试过程中，如何模拟出不均匀温度场并对隔热制品的隔热性能测试还有待研究。
有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种隔热性能测试装置，可根据实际测试需求，模拟不同条件下的非均匀温度场，能够满足各种非均匀温度场的测试需求。
本发明的第二个目的在于提供一种隔热性能测试方法，采用上述隔热性能测试装置对隔热性能进行测试。
本发明的第三个目的在于提供一种隔热性能测试装置或隔热性能测试方法的应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供一种隔热性能测试装置，包括加热控温装置、加热器、传热板、盖板、第一热电偶、第二热电偶和温度记录仪；
所述加热控温装置与所述加热器电连接，所述加热器上设置有所述传热板，隔热试样放置于所述传热板上并与所述传热板相贴合，所述盖板能够盖合在所述传热板上以使所述隔热试样处于相对密闭的空间，所述盖板上设有环境控温装置，所述环境控温装置用于控制所述隔热试样远离所述传热板的表面的温度；
所述隔热试样靠近所述传热板的表面设置有所述第一热电偶，所述隔热试样远离所述传热板的表面设置有所述第二热电偶，所述第一热电偶和所述第二热电偶均与所述温度记录仪电连接；
所述传热板为平面板且沿其厚度方向开设有通孔。
进一步的，在本发明技术方案基础之上，所述传热板为铜板或铝板；
和/或，所述传热板的厚度为1-20mm，优选为2-10mm。
进一步的，在本发明技术方案基础之上，所述通孔的形状为圆形、椭圆形或多边形。
进一步的，在本发明技术方案基础之上，所述传热板与所述加热器可拆卸连接。
进一步的，在本发明技术方案基础之上，所述加热器为电阻丝式加热器。
进一步的，在本发明技术方案基础之上，所述环境控温装置内设置有用于控制环境温度的温度调节器；
和/或，所述环境控温装置内设置有通风组件。
进一步的，在本发明技术方案基础之上，所述监隔热性能测试装置包括绝热基座；
所述绝热基座上开设有凹槽，所述加热器位于所述凹槽内。
本发明还提供了一种隔热性能测试方法，采用上述隔热性能测试装置进行隔热性能测试，包括如下步骤：
(a)提供隔热试样以及相应的传热板，将传热板放置于加热器上，并将待测的隔热样品放置于传热板上；
(b)将盖板盖合在传热板上，并通过环境控温装置控制隔热试样远离传热板的表面的温度；
(c)开启加热控温装置与加热器，通过使传热板形成均匀或非均匀温度场对隔热试样进行加热，并利用第一热电偶和第二热电偶分别对隔热试样表面的温度进行测定，采用温度记录仪对实时温度数据进行记录及保存。
进一步的，在本发明技术方案基础之上，步骤(c)中，在隔热试样靠近传热板的表面设置多个第一测温点，采用第一热电偶对第一测温点的温度进行测定；
在隔热试样远离传热板的表面设置多个第二测温点，采用第二热电偶对第二测温点的温度进行测定；
第二测温点与第一测温点的位置相对应。
本发明还提供了上述隔热性能测试装置或隔热性能测试方法在非均匀温度场下对隔热制品隔热性能测试中的应用。
与现有技术相比，本发明提供的隔热性能测试装置具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种隔热性能测试装置，包括加热控温装置、加热器、传热板、盖板、第一热电偶、第二热电偶和温度记录仪，其中，加热控温装置、加热器主要是用于控制隔热测试时隔热试样热面的温度，传热板上设置有通孔，使得由加热器提供的热量经由传热板的传递形成不均匀的热量分布，从而模拟非均匀温度场，第一热电偶、第二热电偶分别位于隔热试样的热面和冷面用于测量温度，并可根据测温需求进行布置，盖板可用于控制隔热试样冷面的环境温度；该隔热性能测试装置结构简单，操作便利，且可根据实际测试需求，模拟不同条件下的非均匀温度场，能够满足各种非均匀温度场的测试需求。
(2)本发明提供了一种隔热性能测试方法，采用上述隔热性能测试装置。鉴于上述隔热性能测试装置所具有的优势，使得使用隔热性能测试装置的隔热性能测试方法可对处于非均匀温度场条件下的隔热试样进行测量，同时能够保证较高的测量精度。另外，本发明提供的隔热性能测试方法简单可靠、成熟度高，为隔热制品设计提供设计依据，具有较为广泛的工业应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的一种隔热性能测试装置的结构示意图；
图2为本发明提供的另一种隔热性能测试装置的结构示意图；
图3为本发明提供的一种传热板的结构示意图；
图4为本发明提供的另一种传热板的结构示意图。
附图标记：
10-加热控温装置；20-加热器；30-传热板；31-通孔；40-盖板；41-环境控温装置；50-第一热电偶；60-第二热电偶；70-温度记录仪；80-隔热试样；90-隔热基座。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
根据本发明的第一个方面，提供了一种隔热性能测试装置，包括加热控温装置10、加热器20、传热板30、盖板40、第一热电偶50、第二热电偶60和温度记录仪70，具体如图1-4所示；
加热控温装置10与加热器20电连接，加热器20上设置有传热板30，隔热试样80放置于传热板30上并与传热板30相贴合，盖板40能够盖合在传热板30上以使隔热试样80处于相对密闭的空间，盖板40上设有环境控温装置41，环境控温装置41用于控制隔热试样80远离传热板30的表面的温度；
隔热试样80靠近传热板30的表面设置有第一热电偶50，隔热试样80远离传热板30的表面设置有第二热电偶60，第一热电偶50和第二热电偶60均与温度记录仪70电连接；
传热板30为平面板且沿其厚度方向开设有通孔31。
具体的，加热控温装置10主要用于控制加热器20的开启和关闭，并同时调节加热器20的加热温度。加热控温装置10可为本技术领域常用的装置，例如为ZKL-2000智能控温系统。
在本发明中加热器20主要是电加热器，是指利用电能达到加热效果的电器。加热器20的加热方式主要由电磁加热、红外线加热和电阻加热，具体选用何种加热方式可根据实际需要进行选定。
传热板30位于加热器20表面上，主要用于将加热器20中的热量传递给位于传热板30表面的隔热试样80。为了使得隔热试样80与传热板30实现较为充分的热量传递，隔热试样80应与传热板30相贴合。需要说明的是，隔热试样80靠近传热板30的一面温度较高，称为热面，隔热试样80远离传热板30的一面温度较低，称为冷面。
当传热板30为平面板时(厚度一致)，此时传热板30可以模拟均匀温度场，从而测量隔热试样80在均匀温度场下的隔热性能。
在本发明中，传热板30为平面板且沿其厚度方向开设有通孔31，此时加热器20中的部分热量会经由通孔31直接传递到隔热试样80，另一部分热量会经由传热板30的除通孔31之外的其他部分传递到隔热试样80，从而使得隔热试样80处于非均匀温度场。故可利用该传热板30模拟非均匀温度场，测量隔热试样80在非均匀温度场下的隔热性能。
对于传热板30上通孔31的开孔位置与通孔31孔径大小以及数量不作具体限定，应根据所需要模拟的非均匀温度场的具体要求进行设定。传热板30上通孔31的形状可以为规则形状或不规则形状，比如常见的圆形、椭圆形或者多边形。
盖板40能够开合和关闭。当需要将隔热试样80放置于传热板30上时，将盖板40开启；当需要对传热板30上的隔热试样80进行隔热性能测试时，再将盖板40盖合，从而使得隔热试样80处于相对密闭的空间。且盖板40上设置的环境控温装置41可使得隔热试样80的冷面相对稳定的环境中，有利于提高测量的准确性。
为了准确测量隔热试样80靠近传热板30的表面(热面)和远离传热板30的表面(冷面)的温度，故在隔热试样80的热面设置有第一热电偶50，在冷面设置有第二热电偶60。
第一热电偶50和第二热电偶60分别测量隔热试样80热面和冷面的温度。第一热电偶50和第二热电偶60的类型不作具体限定，可采用本领域技术人员常用的热电偶，例如K型热电偶、S型热电偶或T型热电偶。优选地，第一热电偶50和第二热电偶60为K型热电偶，进一步优选为NiCr-NiSi热电偶或NiCr-Ni热电偶。第一热电偶50和第二热电偶60在隔热试样80热面和冷面的分布位置以及数量根据实际需要进行设定。
第一热电偶50和第二热电偶60把温度信号传递给温度记录仪70，温度记录仪70采集并保存各温度信息。其中，温度记录仪70所采用的温度采集模块以及温度记录模块可为本领域常用的模块。例如，温度采集模块可采用ADAN4018或ADAN4013等，温度记录模块为FIX组态软件。
本发明提供的隔热性能测试装置，包括加热控温装置、加热器、传热板、盖板、第一热电偶、第二热电偶和温度记录仪，其中，加热控温装置、加热器主要是用于控制隔热测试时隔热试样热面的温度，传热板上设置有通孔，使得由加热器提供的热量经由传热板的传递形成不均匀的热量分布，从而模拟非均匀温度场，第一热电偶、第二热电偶分别位于隔热试样的热面和冷面用于测量温度，并可根据测温需求进行布置，盖板可用于控制隔热试样冷面的环境温度；该隔热性能测试装置结构简单，操作便利，且可根据实际测试需求，模拟不同条件下的非均匀温度场，能够满足各种非均匀温度场的测试需求。
在上述技术方案的基础之上，传热板30主要作为热量传递的介质，故一般选用导热性能好的材质制成。
作为本发明的一种可选实施方式，传热板30为铜板或铝板，优选为铜板；
和/或，传热板30的厚度为1-20mm，优选为2-10mm。
传热板30典型但非限制性的厚度为1mm、2mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、15mm、16mm、18mm或20mm。
通过对传热板30材质以及厚度的限定，使得传热板30能够作为较好的传热通道。
作为本发明的一种可选实施方式，通孔31的形状为圆形、椭圆形或多边形。通孔31的数量可以为一个，或者多个，具体可参见图2-4。
通孔31的形状和数量直接关系到传热板30的传热效率，进而影响到非均匀温度场的温度分布。
加热器20为传热板30提供热量来源。作为本发明的一种可选实施方式，加热器20为电阻丝式加热器。
电阻丝式加热器是通过让电流通过电阻丝，使电阻丝首先发热，然后利用电阻丝产生的热量以热传导、热对流或热辐射等方式间接加热目标物体(传热板30)的装置。电阻丝式加热器结构简单，成本低。
传热板30的结构不同(不同孔径大小、数量以及排布方式)，所形成非均匀温度场也不同。
作为本发明的一种可选实施方式，传热板30与加热器20可拆卸连接。可通过更换不同结构的传热板30，适应不同的隔热测量需求。
环境控温装置41可使得隔热试样80冷面处于相对稳定的环境。
作为本发明的一种可选实施方式，环境控温装置41内设置有用于控制环境温度的温度调节器；该温度调节器可对环境温度进行精确控制。温度调节器的常用型号，例如ZNHW-Ⅱ智能恒温数显控制仪。
作为本发明的一种可选实施方式，环境控温装置41内设置有通风组件。该通风组件使得环境控温装置41具有通风功能，同时可模拟出不同的通风条件。
通过对温度调节器、通风组件及其具体型号的限定，使得该环境控温装置41能够精确调控环境温度以及环境中的通风量。
作为本发明的一种可选实施方式，隔热性能测试装置包括绝热基座90；
绝热基座90上开设有凹槽，加热器20位于凹槽内。
当加热控温装置10和加热器20作为热源时，其表面温度较高。为防止测量过程中热量过多得散失到外界，同时较高的表面温度不便于操作，故在加热器20下方设置绝热基座90。绝热基座90采用具有绝热功能的材料制作而成。
加热器20位于绝热基座90上的凹槽内，传热板30则位于凹槽的开口处，即传热板30与凹槽围设成一密闭空间，加热器20位于该密闭空间中，隔热试样80则设置在绝热基座90上。需要说明的是，为使得隔热试样80与传热板30表面相贴合，故传热板30靠近隔热试样80的一面与绝热基座90的上表面处于同一水平高度。
温度记录仪70与第一热电偶50、第二热电偶60电连接，可对实时温度数据进行记录及保存。
另外，温度记录仪70还能降保存的测量数据通过各种方式(如RS232、RS485、USB接口等)传送或下载到计算机。另外，可通过自带的软件对温度数据进行必要的分析。
根据本发明的第二个方面，还提供了一种隔热性能测试方法，采用上述隔热性能测试装置，包括如下步骤：
(a)提供隔热试样以及相应的传热板，将传热板放置于加热器上，并将待测的隔热样品放置于传热板上；
(b)将盖板盖合在传热板上，并通过环境控温装置控制隔热试样远离传热板的表面的温度；
(c)开启加热控温装置与加热器，通过使传热板形成均匀或非均匀温度场对隔热试样进行加热，并利用第一热电偶和第二热电偶分别对隔热试样表面的温度进行测定，采用温度记录仪对实时温度数据进行记录及保存。
鉴于上述隔热性能测试装置所具有的优势，使得使用隔热性能测试装置的隔热性能测试方法可对处于非均匀温度场条件下的隔热试样进行测量，同时能够保证较高的测量精度。
另外，本发明提供的隔热性能测试方法简单可靠、成熟度高，具有较为广泛的工业应用前景。
作为本发明的一种可选实施方式，步骤(c)中，在隔热试样靠近传热板的表面设置多个第一测温点，采用第一热电偶对第一测温点的温度进行测定；
在隔热试样远离传热板的表面设置多个第二测温点，采用第二热电偶对第二测温点的温度进行测定；
第二测温点与第一测温点的位置相对应。
上述第一测温点和第二测温点的设置，使得能够较准确的测量出隔热试样的隔热效果。另外，由于第一测温点的温度直接与传热板以及加热控温装置相关，故可根据第二测温点的温度要求对传热板和加热控温装置进行设定，从而使得第二测温点满足温度要求。
根据本发明的第三个方面，还提供了上述隔热性能测试装置或隔热性能测试方法在均匀温度场或非均匀温度场下对隔热制品隔热性能测试中的应用。
将上述隔热性能测试装置中的传热板替换为未开设有通孔的传热板时，则该隔热性能测试装置即可测量隔热试样在均匀温度场中的隔热性能。
对于非均匀温度场下隔热制品的隔热性能，采用本发明提供的隔热性能测试装置或隔热性能测试方法均能达到较为准确的测量结果。
下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种隔热性能测试装置，包括加热控温装置、加热器、传热板、盖板、第一热电偶、第二热电偶和温度记录仪；
加热控温装置与加热器电连接，加热器上设置有传热板，隔热试样放置于传热板上并与传热板相贴合，盖板能够盖合在传热板上以使隔热试样处于相对密闭的空间，盖板上设有环境控温装置，环境控温装置用于控制隔热试样远离传热板的表面的温度；
隔热试样靠近传热板的表面设置有第一热电偶，隔热试样远离传热板的表面设置有第二热电偶，第一热电偶和第二热电偶均与温度记录仪电连接；
传热板为平面板且沿其厚度方向开设有通孔。
其中，加热控温装置采用ZKL-2000智能控温系统控温；加热器采用电阻丝加热器；传热板上的中心位置开设有直径为50mm的圆形通孔，传热板厚度为5mm的铜板；第一热电偶和第二热电偶均为NiCr-NiSi热电偶；温度记录仪中采用智能模块ADAN4018采集数据，FIX组态软件记录温度。
实施例2
本实施例提供一种隔热性能测试装置，为实施例1的进一步改进，除了实施例1所述的各结构之外，该隔热性能测试装置还包括绝热基座；
绝热基座设置在加热器的下方且绝热基座上还设置有凹槽，加热器位于绝热基座上的凹槽内，传热板则位于凹槽的开口处，即传热板与凹槽围设成一密闭空间，加热器位于该密闭空间中，隔热试样则设置在绝热基座上，传热板靠近隔热试样的一面与绝热基座的上表面处于同一水平高度。
其中，加热控温装置采用ZKL-2000智能控温系统控温；加热器采用电阻丝加热器；传热板上的中心位置开设有长×宽为300mm×2050mm的矩形通孔，传热板厚度为10mm的铜板；第一热电偶和第二热电偶均为NiCr-NiSi热电偶；温度记录仪中采用智能模块ADAN4018采集数据，FIX组态软件记录温度。
实施例3
本实施例提供一种隔热性能测试方法，采用实施例1的隔热性能测试装置对隔热试样进行隔热性能测试，包括如下步骤：
(a)提供隔热试样以及相应的传热板，将传热板放置于加热器上，并将待测的隔热样品放置于传热板上(确保隔热样品与传热板相贴合)；
(b)将盖板盖合在传热板上，并通过环境控温装置控制隔热试样远离传热板的表面的温度；
(c)开启加热控温装置与加热器，通过使传热板形成非均匀温度场对隔热试样进行加热，并利用第一热电偶和第二热电偶分别对隔热试样表面的温度进行测定，采用温度记录仪对实时温度数据进行记录及保存。
实施例4
本实施例提供一种隔热性能测试方法，采用实施例2的隔热性能测试装置对隔热试样进行隔热性能测试，包括如下步骤：
(a)提供隔热试样以及相应的传热板，将加热器置于绝热基座的凹槽内，传热板放置于加热器上，并将待测的隔热样品放置于传热板上(确保隔热样品与传热板相贴合)；
(b)将盖板盖合在传热板上，并通过环境控温装置控制隔热试样远离传热板的表面的温度；
(c)开启加热控温装置与加热器，通过使传热板形成非均匀温度场对隔热试样进行加热，并利用第一热电偶和第二热电偶分别对隔热试样表面的温度进行测定，采用温度记录仪对实时温度数据进行记录及保存。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种隔热性能测试装置，其特征在于，包括加热控温装置、加热器、传热板、盖板、第一热电偶、第二热电偶和温度记录仪；
所述加热控温装置与所述加热器电连接，所述加热器上设置有所述传热板，隔热试样放置于所述传热板上并与所述传热板相贴合，所述盖板能够盖合在所述传热板上以使所述隔热试样处于相对密闭的空间，所述盖板上设有环境控温装置，所述环境控温装置用于控制所述隔热试样远离所述传热板的表面的温度；
所述隔热试样靠近所述传热板的表面设置有所述第一热电偶，所述隔热试样远离所述传热板的表面设置有所述第二热电偶，所述第一热电偶和所述第二热电偶均与所述温度记录仪电连接；
所述传热板为平面板且沿其厚度方向开设有通孔。
2.根据权利要求1所述的隔热性能测试装置，其特征在于，所述传热板为铜板或铝板；
和/或，所述传热板的厚度为1-20mm，优选为2-10mm。
3.根据权利要求1所述的隔热性能测试装置，其特征在于，所述通孔的形状为圆形、椭圆形或多边形。
4.根据权利要求1所述的隔热性能测试装置，其特征在于，所述传热板与所述加热器可拆卸连接。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的隔热性能测试装置，其特征在于，所述加热器为电阻丝式加热器。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的隔热性能测试装置，其特征在于，所述环境控温装置内设置有用于控制环境温度的温度调节器；
和/或，所述环境控温装置内设置有通风组件。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的隔热性能测试装置，其特征在于，包括绝热基座；
所述绝热基座上开设有凹槽，所述加热器位于所述凹槽内。
8.一种隔热性能测试方法，其特征在于，采用权利要求1-7任意一项所述的隔热性能测试装置进行隔热性能测试，包括如下步骤：
(a)提供隔热试样以及相应的传热板，将传热板放置于加热器上，并将待测的隔热样品放置于传热板上；
(b)将盖板盖合在传热板上，并通过环境控温装置控制隔热试样远离传热板的表面的温度；
(c)开启加热控温装置与加热器，通过使传热板形成均匀或非均匀温度场对隔热试样进行加热，并利用第一热电偶和第二热电偶分别对隔热试样表面的温度进行测定，采用温度记录仪对实时温度数据进行记录及保存。
9.根据权利要求8所述的隔热性能测试方法，其特征在于，步骤(c)中，在隔热试样靠近传热板的表面设置多个第一测温点，采用第一热电偶对第一测温点的温度进行测定；
在隔热试样远离传热板的表面设置多个第二测温点，采用第二热电偶对第二测温点的温度进行测定；
第二测温点与第一测温点的位置相对应。
10.权利要求1-7任意一项所述的隔热性能测试装置或权利要求8或9所述的隔热性能测试方法在非均匀温度场下对隔热制品隔热性能测试中的应用。
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