CN110672224B - 一种基于有机可逆感温材料的测温装置 - Google Patents

一种基于有机可逆感温材料的测温装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于有机可逆感温材料的测温装置，包括热传导单元与感温变色单元，热传导单元用于传递热源发出的热量，并随热源温度的变化而变化温度；感温变色单元附着于热传导单元上，并根据热传导单元的温度变化而变化颜色；还包括透明绝热单元，该透明绝热单元包覆于热传导单元及感温变色单元外部，热传导单元的传热端头部分从透明绝热单元中露出，感温变色单元的颜色变化情况可从透明绝热单元中透出；该测温装置基于有机可逆感温材料实现，利用工程传热学的基本原理，使得热源温度在测温装置上对应的刻度位置体现，操作者可以方便的通过感温材料的变色获得预热温度的参考值，为焊前热处理的温度检测提供了一种便捷准确的途径。

Description

一种基于有机可逆感温材料的测温装置
技术领域
本发明涉及温度检测仪器，尤其涉及一种基于有机可逆感温材料的测温装置。
背景技术
随着可持续发展的概念逐渐深入人心，海上风力发电作为一种绿色产能设备愈发得到重视。然而，由于海工焊接结构多数是大厚板焊接，且需要高空作业，为了减小焊接缺陷需要焊前预热，焊工往往采用火焰预热，预热温度大小仅仅依靠工人操作经验。传统接触式热敏电阻测温(除特殊高温热敏电阻外，绝大多数热敏电阻仅适合0～150℃)和热电偶式测温方法(0～1800℃)则需破坏热源表面才能将热电阻或热电偶放入。
中国实用新型专利CN201420808297.X公开了一种焊接预热温度与道间温度监测装置，使用了红外线测温仪，红外线测温仪(-50～3000℃)对高温区域更加敏感且对于光亮或抛光的金属表面的测温度数值影响较大。这些检测方法在实际焊接热处理对温度把控过程中并不适用，目前对焊接前热处理程度的把控仍凭借施工者经验，缺乏一个有效便捷可重复利用的监测装置。
对其设备进行预热时发现，想要不破坏热源表面、实时显示区域温度变化并能在临界温度出现明显现象，且操作简便可循环利用，现今的测温方法及仪器并不适用，因此，有必要设计一种测温装置，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于有机可逆感温材料的测温装置，以反映温度场范围并检测临界温度瞬时变化。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于有机可逆感温材料的测温装置，包括：
热传导单元，该热传导单元用于传递热源发出的热量，并随热源温度的变化而变化温度；
感温变色单元，该感温变色单元附着于热传导单元上，并根据热传导单元的温度变化而变化颜色；
具体地，
热传导单元具有传热端头部分与感温基体部分，传热端头部分与热源接触，热源发出的热量经传热端头部分传导至感温基体部分；
感温变色单元附着于感温基体部分上，并随感温基体部分的温度变化而变化颜色；
进一步，感温变色单元由有机可逆感温变色材料涂覆在感温基体部分上形成；
进一步，还包括透明绝热单元，该透明绝热单元包覆于热传导单元及感温变色单元外部，热传导单元的传热端头部分从透明绝热单元中露出，感温变色单元的颜色变化情况可从透明绝热单元中透出；
进一步，透明绝热单元上刻画有刻度，该刻度沿感温基体部分的长度方向顺次排布。
已知热传导单元的导热率为λ，有机可逆感温材料所能承受的最高温度Tmax，敏感变色温度T0，装置离热源的距离δ，最短距离δmin，假设该装置所能承受最大热流密度为qmax，热源温度Tq，被测热源的最高温度Tqmax，由工程传热学公式：
Figure BDA0002229771320000031
可得：
Figure BDA0002229771320000032
假设感温基体部分从距离热源的δmin处开始涂上一层有机可逆感温材料，再由公式(1)得：
Figure BDA0002229771320000033
公式(3)结合公式(2)消去qmax和λ，可得：
Figure BDA0002229771320000034
由公式(4)可以看出T和δ呈线性关系，在透明绝热部分画好刻度就可以看到，随着热源温度升高，有机可逆感温材料的变色线逐步向后推移，划分的刻度的值也逐渐增大，变色线所在的刻度值就是热源的温度，热传导单元须有适当长度来显示温度及保证感温变色单元最大温度不超过其可以忍耐的最高温度。
本发明的优点在于：
该测温装置基于有机可逆感温材料实现，利用工程传热学的基本原理，使得热源温度在测温装置上对应的刻度位置体现，操作者可以方便的通过感温材料的变色获得预热温度的参考值，为焊前热处理的温度检测提供了一种便捷准确的途径；
有机可逆感温变色材料变色明显，色彩鲜艳，变色灵敏度高，并利用其敏感温度可调的特点可对温度范围进行限定，在温度达到理想值时更直观反映出来。
附图说明
图1是本发明提出的基于有机可逆感温材料的测温装置的结构示意图；
图2是热传导单元的结构示意图；
图3是热传导单元与感温变色单元的结合状态示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1、图2、图3所示，本发明提出的基于有机可逆感温材料的测温装置，包括热传导单元1与感温变色单元2，热传导单元用于传递热源发出的热量，并随热源温度的变化而变化温度；感温变色单元附着于热传导单元上，并根据热传导单元的温度变化而变化颜色；热传导单元具有传热端头部分3与感温基体部分4，传热端头部分与热源接触，热源发出的热量经传热端头部分传导至感温基体部分；感温变色单元附着于感温基体部分上，并随感温基体部分的温度变化而变化颜色；感温变色单元由有机可逆感温变色材料涂覆在感温基体部分上形成；还包括透明绝热单元5，该透明绝热单元包覆于热传导单元及感温变色单元外部，热传导单元的传热端头部分从透明绝热单元中露出，感温变色单元的颜色变化情况可从透明绝热单元中透出；透明绝热单元上刻画有刻度，该刻度沿感温基体部分的长度方向顺次排布。
在本实施例中，热传导单元选用λ＝3W/(m·K)的导热材料，感温变色单元选用有机可逆感温变色材料，温度超过50℃时会由紫色变红色，且其耐高温Tmax＝200℃，透明绝热单元选用耐火度超过300℃的材料，热源最高温度为300℃；
设计从感温基体部分0.05m处开始涂有机可逆感温变色材料，由λ＝3W/(m·K)，得
Figure BDA0002229771320000051
Figure BDA0002229771320000052
当T＝150℃时，δ＝0.05m；
当T＝180℃时，δ＝0.065m；
当T＝220℃时，δ＝0.085m；
当T＝300℃时，δ＝0.125m。
使用该装置进行焊前热处理测温时，需要先将传热端头贴合热源几秒，等到透明绝热单元的刻度线对应的标记温度上升并稳定到一定刻度时读取数值；每个数值都对应相应的热源温度即焊前热处理所达到的温度，根据此温度值判断焊前热处理是否达到焊接需要的预热温度。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域的技术人员了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于有机可逆感温材料的测温装置，其特征在于，包括：
热传导单元，该热传导单元用于传递热源发出的热量，并随热源温度变化而变化温度；
感温变色单元，该感温变色单元附着于热传导单元上，并根据热传导单元的温度变化而变化颜色；
热传导单元用于使感温变色单元对应的位置的温度与该位置距离热源的距离呈线性关系；所述感温变色单元用于根据感温变色单元上的变色线距离热源的距离判断热源温度。
2.根据权利要求1所述的一种基于有机可逆感温材料的测温装置，其特征在于：
热传导单元具有传热端头部分与感温基体部分，传热端头部分与热源接触，热源发出的热量经传热端头部分传导至感温基体部分；
感温变色单元附着于感温基体部分上，并随感温基体部分的温度变化而变化颜色。
3.根据权利要求2所述的一种基于有机可逆感温材料的测温装置，其特征在于：
感温变色单元由有机可逆感温变色材料涂覆在感温基体部分上形成。
4.根据权利要求3所述的一种基于有机可逆感温材料的测温装置，其特征在于：
还包括透明绝热单元，该透明绝热单元包覆与热传导单元及感温变色单元外部，热传导单元的传热端头部分从透明绝热单元中露出，感温变色单元的颜色变化情况可以从透明绝热单元中透出。
5.根据权利要求4所述的一种基于有机可逆感温材料的测温装置，其特征在于：
透明绝热单元上刻画有刻度，该刻度沿感温基体部分的长度方向顺次排布。
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