CN111398335A - 带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，通过制冷层和导温层实现为实验装置的内腔提供不同需求的温度环境，同时，通过控制器控制喷水装置满足抗凝冰试验需要水的要求；通过红外热成像探头和摄像头实现实时采集实验过程中，沥青混合料抗凝冰效果数据，为进一步分析提供数据；该装置为沥青混合料抗凝冰实验提供标准化的检测装置和方法，有利于推动沥青混合料抗凝冰效果的测评，便于分析和比较沥青混合料的抗凝冰能力。
Description
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置。
背景技术
冬季路面易出现极端低温，处于这种气候状况下，沥青混合料须要具有较好的路用性能，才能保证日常的使用。为解决冬季因路表结冰造成行车困扰，于是近年来出现各种抗凝冰路面。对于沥青混合料在试验阶段抗凝冰效果的测试装置和评价方法，目前没有统一的标准，均处于自主设计试验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，解决了现有技术中存在的上述不足。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，包括测试装置本体，所述测试装置本体分为上下两层，其中，底层为制冷装置，顶层为实验装置；
所述制冷装置包括具有空腔结构的箱体，所述箱体的空腔分为三层，底层为制冷层，顶层为试件放置层，中间层为导温层；
所述实验装置包括具有空腔结构的壳体结构，所述壳体结构的内腔设置有喷水装置、测温探头、红外热成像探头和摄像头，其中，测温探头、喷水装置、红外热成像探头和摄像头均与控制器连接；所述测温探头用于采集实验装置内腔的温度，并将采集到的温度传输到控制器；所述控制器用于将接收到的温度与预设阈值进行比对，并将比对结果控制喷水装置、红外热成像探头和摄像头的启停。
优选地，所述制冷层包括若干个热电制冷片，所述若干个热电制冷片阵列式铺设在箱体内腔的底部；且与控制器连接。
优选地，所述导温层包括无水乙醇盛放槽，所述无水乙醇盛放槽由导温层和制冷层之间设置的铜铝导热板与箱体结构的内壁形成的腔体结构，所述无水乙醇盛放槽内填充有无水乙醇。
优选地，所述无水乙醇盛放槽上设置有第一风扇，所述第一风扇与控制器连接。
优选地，所述试件放置层上设置有温度传感器；所述温度传感器连接有控制器；同时，所述温度传感器与试件上开设的凹槽相配合。
优选地，所述温度传感器安装在导温层和试件放置层之间设置的用于放置车辙板试件的铜铝导热板上，铜铝导热板和温度传感器之间设置有垫圈。
优选地，所述壳体结构内腔的顶部四角均设置有一个照明灯，所述照明灯与控制器连接。
优选地，所述壳体结构的侧壁上还设置有第二风扇，所述第二风扇与控制器连接。
优选地，所述箱体结构和壳体结构的内腔的内壁上均包覆有保温材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，通过制冷层和导温层实现为实验装置的内腔提供不同需求的温度环境，同时，通过控制器控制喷水装置满足抗凝冰试验需要水的要求；通过红外热成像探头和摄像头实现实时采集实验过程中，沥青混合料抗凝冰效果数据，为进一步分析提供数据；该装置为沥青混合料抗凝冰实验提供标准化的检测装置和方法，有利于推动沥青混合料抗凝冰效果的测评，便于分析和比较沥青混合料的抗凝冰能力。
进一步的，通过热电制冷片，除了在恒定的温度下进行定时试验，还能够按照试验所需去控制温度和时间的变化，比如在24小时内进行-30℃～20℃的温差循环，在装置的能力范围内可最大程度上去模拟自然状态，得出最符合实际状况的试验成果。
进一步的，通过在试件放置层设置的温度传感器与车辙板上的凹槽配合，通过温度传感器来测试沥青混合料内部温度，这能够完成感官上无法达到的测试效果；同时，还能够在不毁坏温度传感器的前提下进行试验，且步骤简单，方便高效。
附图说明
图1是制冷装置中的制冷层；
图2是制冷装置中的导温层；
图3是制冷装置中的试件放置层；
图4是无水乙醇注入口示意图；
图5是实验装置的顶部示意图；
图6是实验装置的内壁右侧；
图7是实验装置的内壁左侧；
图8是实验装置的外壁顶；
图9是实验装置的的外壁后侧；
图10是测试装置整体图；
图11是配套车辙板示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
本发明是在封闭环境中，模拟低温状态(恒温或温度循环)下的自然环境，通过电脑软件的控制，往沥青混合料制成的车辙板模型上喷水，利用红外热成像装置和温度传感器，得到试验过程中沥青混合料的温度变化图像与数据，同时利用具备光照条件下的摄像头，拍摄沥青混合料表面的凝冰状况，直观的反映沥青混合料的抗凝冰能力。
本发明提出的一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，包括测试装置本体，所述测试装置本体分为上下两层，其中，底层为制冷装置，顶层为实验装置。
具体地：
如图1至图11所示，所述底层包括具有空腔结构的箱体，所述箱体的空腔分为三层，底层为制冷层，顶层为试件放置层，中间层为导温层，其中，导温层和制冷层、试件放置层之间均设置有铜铝导热板11。
所述制冷层包括若干个热电制冷片6，所述若干个热电制冷片6阵列式铺设在箱体内腔的底部。
所述导温层包括无水乙醇盛放槽9和第一风扇10，其中，第一风扇10布置在无水乙醇盛放槽9的中间位置。
所述无水乙醇盛放槽9内填充有无水乙醇。
所述箱体的侧壁上开设有与无水乙醇盛放槽9相通的无水乙醇注入口3；所述无水乙醇注入口3上装配有橡胶塞5。
所述箱体的侧壁上刻设有无水乙醇液面水准标线4。
所述试件放置层包括温度传感器13和垫圈8，所述温度传感器13安装在导温层和试件放置层之间设置的铜铝导热板11上，铜铝导热板11和温度传感器13之间设置有垫圈8。
所述垫圈8是由气凝胶隔热毡制成而成，防止温度传感器13与铜铝导热板11直接接触而影响试验数据。
所述热电制冷片6、第一风扇10和温度传感器13均连接有控制器26。
所述箱体的侧壁上还设置有电源开关1和传温箱箱门开关2，其中，电源开关1和传温箱箱门开关2均与控制器26连接。
所述实验装置包括具有空腔结构的壳体结构，所述壳体结构内腔的顶部四角均设置有一个照明灯14；所述壳体结构内腔的顶部的中心设置有喷水装置16，所述喷水装置16的两侧设置有红外热成像探头15和摄像头17。
所述照明灯14、红外热成像探头15、喷水装置16和摄像头17均与控制器26连接。
所述照明灯14用于为拍照提供光源；所述红外热成像探头15通过红外技术对车辙板提供热成像；所述喷水装置16为车辙板凝冰试验提供水源；所述摄像头17用来拍摄车辙板表面的凝冰过程。
所述壳体结构的侧壁上还设置有第二风扇18，用来保持传温箱内部的空气流动，保证温度均衡。
所述壳体结构的侧壁上还设置有测温探头19，用来测试传温箱内部的空气温度，保证测试时达到试验目标温度。
所述壳体结构的顶部设置有进水口30，所述进水口30与喷水装置16之间通过管道连通。
所述第二风扇18和测温探头19均与控制器26连接。
所述电源接口21和电源线23与外接电源连接，为整个装置提供电源。
所述热电制冷片6、第一风扇10、铜铝导热板11、螺丝12、温度传感器13、照明灯14、红外热成像探头15、喷水装置16、摄像头17、第二风扇18和测温探头19均通过导线22与控制器26连接。
所述壳体结构上设置有箱门24，所述箱门24通过箱门开关2与控制器26连接。
所述箱门24上设置有把手25。
所述箱体结构和壳体结构的内腔的内壁上均包覆有保温装置。
所述保温装置为气凝胶隔热毡27。
所述控制器26还连接有显示屏，所述显示屏用于显示试验的时长、温度要求、循环方式。
所述控制器26还连接有时间控制按键、温度调节按键和实验循环方式按键。
补充：热电制冷片6、第一风扇10、铜铝导热板11、温度传感器13、照明灯14、红外热成像探头15、喷水装置16、摄像头17、第二风扇18、测温探头19、控制器26的工作过程。
通过时间控制按键设置实验所需的时长；通过温度调节按键设置实验所需的温度；通过实验循环方式按键选择实验所需的循环方式；开机，第一风扇10、照明灯14、摄像头17、第二风扇18、测温探头19同时开始工作；通过控制器26设置试验的时长、温度循环方式，放置好车辙板后开始试验；试验开始后，热电制冷片6根据设置的温度进行制冷，并通过无水乙醇槽9、铜铝导热板11将温度传导至放置车辙板的箱体中；温度传感器13同时开始工作，将车辙板内部的温度数据传导至控制器26中；通过测温探头19测试的箱体内腔温度数据，若箱体内腔的温度已经达到目标温度，控制喷水装置16对车辙板表面喷水，观察车辙板表面的饱水状况，如果已经饱水，即可停止喷水；可根据需要重复喷水，如第一次喷水3h后，进行第二次喷水，观察第二次喷水的凝冰状况；整个过程中，可通过控制器26控制红外热成像探头15 监测车辙板表面的热成像图。
所述循环方式包括：定时-恒温和定时-温度循环，例如，定时-恒温为在-10℃下保温6h；定时-温度循环为在6h内进行-10℃～0℃的温度循环，升降温速度根据时间与温差进行均等化变化。
制冷装置包括热电制冷片实现，其优点是没有滑动部件，可靠性高且无制冷剂污染。原理是利用了半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，达到制冷的目的。
导温层利用无水乙醇的熔点较低(-114.1℃)，能够在低温下保持流动状态，更容易完成温度传导的目标。铜铝导热板是把铜和铝通过一定的工艺结合到一起，让铜快速的把热量传递给铝，再由大面积的铝把热量散去，这样就弥补了铝的导热性不如铜，通过的散热性不如铝的问题，两者的有机结合达到了快速传热且散热的目的。
保温装置是由带气凝胶隔热毡的金属箱体构成，气凝胶隔热毡是以纳米二氧化硅气凝胶为主体材料，通过特殊工艺同玻璃纤维棉或预氧化纤维毡复合而成的柔性保温毡。其特点是导热系数低，有一定的抗拉及抗压强度，属于新型的保温材料。
测试装置是由红外热成像装置、温度传感器、测温探头、摄像头组成，红外热成像装置能够测试物体表面的温度场，将肉眼无法观察到的温度分布转化为可视化的热图像。温度传感器能够测试沥青混合料内部的温度状况，并将其转化为可读的温度数据，便于后期总结和寻找规律。测温探头能够测试密闭空间内的气体温度，反映试验所处的气温环境。摄像头能够拍摄试验过程中的试件状态，便于直观的对比和研究。
为方便试验操作，制备一种配套的车辙板模具，与传统的车辙板模具不同的是，配套模具的中央焊接一块金属圆柱，圆柱的规格与温度传感器13相同，目的是脱模后方便在传温箱中放置车辙板。同时，为保证温度传感器13的正常工作，防止顶端喷射的水影响试验数据的采集，车辙板模具底部设置的凸起结构29的高度将略低于模具高度，这样成型的车辙板，能够将凸起结构29完全覆盖，当车辙板置于传温箱内部时，温度传感器13采集的数据将完全取决于车辙板。
本发明红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置的具体使用步骤如下：
①利用配套的车辙板模具制备所需的沥青混合料车辙板模型；
②启动测试装置本体的电源开关1；
③车辙板脱模后，开启箱门开关2，将车辙板置于壳体结构内，车辙板中央凹槽紧贴温度传感器13；
④在显示屏上设置试验时长、温度要求、循环方式等试验所需要求，即可开始试验；
⑤试验完成后，开启箱门，取出车辙板，清理仪器后方可关闭电源。
Claims (9)
1.一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，其特征在于，包括测试装置本体，所述测试装置本体分为上下两层，其中，底层为制冷装置，顶层为实验装置；
所述制冷装置包括具有空腔结构的箱体，所述箱体的空腔分为三层，底层为制冷层，顶层为试件放置层，中间层为导温层；
所述实验装置包括具有空腔结构的壳体结构，所述壳体结构的内腔设置有喷水装置(16)、测温探头(19)、红外热成像探头(15)和摄像头(17)，其中，测温探头(19)、喷水装置(16)、红外热成像探头(15)和摄像头(17)均与控制器连接；所述测温探头(19)用于采集实验装置内腔的温度，并将采集到的温度传输到控制器；所述控制器用于将接收到的温度与预设阈值进行比对，并将比对结果控制喷水装置(16)、红外热成像探头(15)和摄像头(17)的启停。
2.根据权利要求1所述的一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，其特征在于，所述制冷层包括若干个热电制冷片(6)，所述若干个热电制冷片(6)阵列式铺设在箱体内腔的底部；且与控制器连接。
3.根据权利要求1所述的一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，其特征在于，所述导温层包括无水乙醇盛放槽(9)，所述无水乙醇盛放槽(9)由导温层和制冷层之间设置的铜铝导热板(11)与箱体结构的内壁形成的腔体结构，所述无水乙醇盛放槽(9)内填充有无水乙醇。
4.根据权利要求3所述的一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，其特征在于，所述无水乙醇盛放槽(9)上设置有第一风扇(10)，所述第一风扇(10)与控制器连接。
5.根据权利要求1所述的一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，其特征在于，所述试件放置层上设置有温度传感器(13)；所述温度传感器(13)连接有控制器；同时，所述温度传感器(13)与试件上开设的凹槽相配合。
6.根据权利要求5所述的一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，其特征在于，所述温度传感器(13)安装在导温层和试件放置层之间设置的用于放置车辙板试件的铜铝导热板(11)上，铜铝导热板(11)和温度传感器(13)之间设置有垫圈(8)。
7.根据权利要求1所述的一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，其特征在于，所述壳体结构内腔的顶部四角均设置有一个照明灯(14)，所述照明灯(14)与控制器连接。
8.根据权利要求1所述的一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，其特征在于，所述壳体结构的侧壁上还设置有第二风扇(18)，所述第二风扇(18)与控制器连接。
9.根据权利要求1所述的一种带温度传感器的红外热成像沥青混合料抗凝冰效果测试装置，其特征在于，所述箱体结构和壳体结构的内腔的内壁上均包覆有保温材料。
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