CN112255265B - 一种测定盐溶液结冰状态的试验装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测定盐溶液结冰状态的试验装置与方法，主要用于城市道路、机场道路和公路等的融雪除冰技术领域。包括控制室、制冷室和环境箱；所述控制室包括总电源、数据处理与控制单元、制冷温度控制模块、制冷时间控制模块和结冰指数测试模块；所述制冷室主要包括压缩机、冷凝器、毛细管和蒸发器；所述环境箱主要包括底座、容器、光电转换器和温度传感器。所述测定盐溶液结冰状态的试验装置在环境箱内对不同浓度的融雪剂溶液进行冻结，通过调节温度、控制冻结时间并测试出融雪剂在相应环境下的结冰指数，由此分析融雪剂在环境温度、浓度、冻结时间等因素影响下的结冰规律，对掌握融雪剂的撒布量、撒布时机以及保障道路安全畅通具有重要意义。

Description

一种测定盐溶液结冰状态的试验装置与方法

技术领域

本发明涉及一种测定盐溶液结冰状态的试验装置与方法，主要用于城市道路、机场道路和公路等的融雪除冰技术领域。

背景技术

冬季路面结冰积雪是道路交通发展面临的难题，我国大部分地区属于降雪区，各地区公路、城市道路和机场道路均会受冰雪影响，且冬季气温较低，降雪过后，路面积雪经来回车辆碾压及温度持续降低，在综合作用下形成特殊的车辆运行环境，会使轮胎与地面的附着力下降，影响交通运输效率与行车安全，严重时会造成生命和财产损失。

为清除路面冰雪、保证道路运输与行车安全，科研单位与学者多年来积极研究、探索能够快速、有效的除冰雪方式。目前，融雪除冰技术主要包括人工法、机械除雪、撒布融雪剂、向路面结构材料中添加氯化物和热力融雪技术等融雪除冰技术。撒布融雪剂由于成本低廉，使用方便及除冰效率高而被广泛使用。

撒布融雪剂后在路表形成盐溶液，盐溶液还会继续结冰，盐溶液的结冰过程是盐分子不断从晶格中析出的过程，比较复杂，盐溶液的结冰状态对其强度以及道路的抗滑性能影响很大，而目前尚没有能够测定盐溶液结冰状态的试验装置和方法。在撒布融雪剂的过程中，融雪剂的类型、撒布量和撒布时机大多取决于具体操作者的主观性，融雪剂生产和使用也未形成统一规范，在管理和使用上还存在误区，使用融雪剂融雪除冰时存在如下缺陷：(1)在不同路段、环境温度、路面温度和降雪量，千篇一律的使用相同类型的融雪剂，增加了道路融雪除冰成本；(2)融雪剂的撒布量和撒布时机问题没有经过充分考虑，这易造成融雪剂的严重浪费以及发生二次结冰导致失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测定盐溶液结冰状态的试验装置，在环境箱内对不同浓度的融雪剂溶液进行冻结，通过调节温度、控制冻结时间并测试出融雪剂在相应环境下的结冰指数，由此分析融雪剂在环境温度、浓度、冻结时间等因素影响下的结冰规律，对掌握融雪剂的撒布量、撒布时机以及保障道路安全畅通具有重要意义。

为实现上述目的，本发明提供了一种测定盐溶液结冰状态的试验装置，其中，包括控制室、制冷室及环境箱；

控制室由总电源、数据处理与控制单元、制冷温度控制模块、制冷时间控制模块和结冰指数测试模块组成；总电源用于为整个装置提供电力；数据处理与控制单元能够接收和显示采集的信息，并进行数据处理与控制；制冷温度控制模块、制冷时间控制模块与制冷室通过线路连接，控制制冷温度的高低和制冷时间的长短；结冰指数测试模块与环境箱连接，能够命令环境箱内各装置启动运行，并将获得的电信号传给数据处理与控制单元进行数据处理，最终得出结冰指数并显示在屏幕上；

制冷室由压缩机、冷凝器、毛细管和蒸发器组成。

如上所述的测定盐溶液结冰状态的试验装置，其中，可选的是，压缩机吸入低温低压的制冷剂蒸气，将其压缩成高温高压的蒸气后，排入冷凝器；

冷凝器将压缩机排出的高温高压蒸气冷却成低温高压的液体。

如上所述的测定盐溶液结冰状态的试验装置，其中，可选的是，制冷室的毛细管将冷凝器排出的低温高压液体进行限流降压后，形成低温低压的液体。

如上所述的测定盐溶液结冰状态的试验装置，其中，可选的是，蒸发器将低温低压液体进行蒸发形成低温低压的气体，从而进行制冷，低温低压气体被压缩机吸入，形成循环。

如上所述的测定盐溶液结冰状态的试验装置，其中，可选的是，还包括环境箱；

环境箱由底座、容器、光电转换器和温度传感器组成。

如上所述的测定盐溶液结冰状态的试验装置，其中，可选的是，环境箱的底座由转轴控制器和防冻灯控制器组成，分别控制容器侧板的开合和防冻灯的开关；结冰指数测试模块通过线路和底座的控制器连接，开启结冰指数测试模块后，结冰指数测试模块对控制器发送指令，使各侧板和防冻灯打开，反之，关闭结冰指数测试模块后，各侧板合并，防冻灯关闭。

如上所述的测定盐溶液结冰状态的试验装置，其中，可选的是，环境箱的容器由侧板、底板、转轴和防冻灯组成，四个侧板可绕对应转轴转动完成开合，打开后呈水平状态，合并后呈竖直状态；底板固定在底座上，防冻灯可防潮防冻，发光部分从底板中心竖直伸出，防冻灯底部和转轴分别与底座内各自应的控制器连接。

如上所述的测定盐溶液结冰状态的试验装置，其中，可选的是，环境箱的光电转换器分别设置在箱体的四周和顶部，与结冰指数测试模块通过线路连接，接到结冰指数测试模块发出的指令后将防冻灯发出的光信号接收转换为电信号，并传给数据处理与控制单元。

如上所述的测定盐溶液结冰状态的试验装置，其中，可选的是，环境箱的温度传感器和制冷温度控制模块连接，将温度信号转换为电信号，并传给数据处理与控制单元，在屏幕上显示环境箱内实时温度。

本发明还提出了一种测定盐溶液结冰状态的试验方法，利用如上任一项所述的测定盐溶液结冰状态的试验装置，按照以下步骤进行：

(1)测定

①开启总电源；

②打开制冷温度控制模块，设置需要的试验温度并开启制冷使制冷室开启工作；

③观察制冷温度控制模块的温度显示屏，当环境箱内温度达到试验温度时，打开环境箱门，将融雪剂溶液注入容器，容器内部底面尺寸为150×150mm，高为200mm,利用液位计查看液面高度；

④关闭环境箱门，通过制冷时间控制模块设置冻结时间，待环境箱内温度达到试验温度，打开计时；

⑤观察制冷时间控制模块的时间显示屏，当到达设置的冻结时间，制冷时间控制模块会发出报警声，这时关闭报警，开启结冰指数测试模块进行结冰指数测试，并记录显示屏上显示的结冰指数；

⑥如需测定融雪剂在同一温度、不同时间下的结冰指数，可以在制冷时间控制模块设置多个报警时间点，完成第一次结冰指数测试工作后，关闭结冰指数测试模块，装置继续运行，待达到下一次冻结时间，重复步骤④⑤，记录每个冻结时间对应的结冰指数；

⑦试验结束后，关闭制冷温度控制模块以停止制冷室的制冷工作，保持结冰指数测试模块开启，此时容器的侧板为打开状态，打开环境箱门，取出冰块，用干布将容器的侧板和底板擦干净后，关闭结冰指数测试模块使容器的侧板合并，随后关闭环境箱门，最后关闭总电源；

⑧如需继续使用该装置进行试验，则步骤⑦中总电源保持开启，重复步骤②～⑦；

(2)结果整理

融雪剂的结冰状态以结冰指数表示，结冰指数区间范围为0～9，数值越大表示结冰越完全：结冰指数0～3表示结冰不完全；结冰指数3～6表示结冰较完全；结冰指数6～9表示结冰完全；试验结果除结冰指数，还应包括融雪剂浓度、试验温度、冻结时间。

与现有技术相比，本发明在环境箱内对不同浓度的融雪剂溶液进行冻结，通过调节温度、控制冻结时间并测试出融雪剂在相应环境下的结冰指数，由此分析融雪剂在环境温度、浓度、冻结时间等因素影响下的结冰规律，对掌握融雪剂的撒布量、撒布时机以及保障道路安全畅通具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的制冷室的俯视图；

附图标记说明：1-控制室，2-制冷室，3-环境箱，101-总电源，102-数据处理与控制单元，103-制冷温度控制模块，104-制冷时间控制模块，105-结冰指数测试模块，201-压缩机，202-冷凝器，203-毛细管，204-蒸发器，205-风扇，206-散热口，301-底座，302-容器，303-侧板，304-底板，305-液位计，306-转轴，307-防冻灯，308-环境箱门，309-光电转换器，310-温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

如图1、图2所示，本发明提出了一种测定盐溶液结冰状态的试验装置与方法，其结构包括控制室1、制冷室2及环境箱3。

控制室1由总电源101、数据处理与控制单元102、制冷温度控制模块103、制冷时间控制模块104和结冰指数测试模块105组成；总电源101为整个装置提供电力；数据处理与控制单元102能够接收和显示采集的信息，并进行数据处理与控制；制冷温度控制模块103、制冷时间控制模块104与制冷室2通过线路连接，控制制冷温度的高低和制冷时间的长短；结冰指数测试模块105与环境箱3连接，能够命令环境箱3内各装置启动运行，并将获得的电信号传给数据处理与控制单元102进行数据处理，最终得出结冰指数并显示在屏幕上。

制冷室2由压缩机201、冷凝器202、毛细管203、蒸发器204和风扇205组成；压缩机201吸入低温低压的制冷剂蒸气，将其压缩成高温高压的蒸气后，排入冷凝器202；冷凝器202将压缩机201排出的高温高压蒸气冷却成低温高压的液体；毛细管203将冷凝器202排出的低温高压液体进行限流降压后，成为低温低压的液体；蒸发器204将低温低压液体进行蒸发形成低温低压的气体，从而进行制冷，低温低压气体被压缩机201吸入，形成循环。设置所述风扇205是为了方便换热。具体实施时，所述风扇205设置于所述制冷室2的散热口206处。

环境箱3由底座301、容器302、光电转换器309和温度传感器310组成；底座301由转轴306控制器和防冻灯307控制器组成，分别控制容器302侧板303的开合和防冻灯307的开关；结冰指数测试模块105通过线路和底座301的控制器连接，开启结冰指数测试模块105后，结冰指数测试模块105对控制器发送指令，使各侧板303和防冻灯307打开，反之，关闭结冰指数测试模块105后，各侧板303合并，防冻灯307关闭；容器302由侧板303、底板304、转轴306和防冻灯307组成，四个侧板303可绕对应转轴306转动完成开合，打开后呈水平状态，合并后呈竖直状态；底板304固定在底座301上，防冻灯307可防潮防冻，发光部分从底板304中心竖直伸出，防冻灯307底部和转轴306分别与底座301内各自对应的控制器连接；多个光电转换器309分别设置在箱体的四周和顶部，与结冰指数测试模块105通过线路连接，接到结冰指数测试模块105发出的指令后将防冻灯307发出的光信号接收转换为电信号，并传给数据处理与控制单元102；温度传感器310和制冷温度控制模块103连接，将温度信号转换为电信号，并传给数据处理与控制单元102，在屏幕上显示环境箱3内实时温度。

试验方法的实施方式：

为验证本发明测定盐溶液结冰状态的试验装置与方法的可靠性和有益效果，下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于以下实施例。

(1)测定

①开启总电源101；

②打开制冷温度控制模块103，设置需要的试验温度并开启制冷使制冷室2开启工作；

③观察制冷温度控制模块103的温度显示屏，当环境箱3内温度达到试验温度时，打开环境箱门308，将融雪剂溶液注入容器302，容器302内部底面尺寸为150×150mm，高为200mm,利用液位计305查看液面高度,本实施例液面高度为150mm；

④关闭环境箱门308，通过制冷时间控制模块104设置冻结时间，待环境箱3内温度达到试验温度，打开计时；

⑤观察制冷时间控制模块104的时间显示屏，当到达设置的冻结时间，制冷时间控制模块104会发出报警声，这时关闭报警，开启结冰指数测试模块105进行结冰指数测试，并记录显示屏上显示的结冰指数；

⑥如需测定融雪剂在同一温度、不同时间下的结冰指数，可以在制冷时间控制模块104设置多个报警时间点，完成第一次结冰指数测试工作后，关闭结冰指数测试模块105，装置继续运行，待达到下一次冻结时间，重复步骤

④⑤，记录每个冻结时间对应的结冰指数；

⑦试验结束后，关闭制冷温度控制模块103以停止制冷室2的制冷工作，保持结冰指数测试模块105开启，此时容器302的侧板303为打开状态，打开环境箱门308，取出冰块，用干布将容器302的侧板303和底板304擦干净后，关闭结冰指数测试模块105使容器302的侧板303合并，随后关闭环境箱门308，最后关闭总电源101；

⑧如需继续使用该装置进行试验，则步骤⑦中总电源101保持开启，重复步骤②～⑦。

(2)结果整理

分别测定浓度为5％(w/％)、10％(w/％)、15％(w/％)的无水氯化钙溶液在-10℃、-15℃和-20℃三个试验温度和8h、12h、16三个冻结时间下的结冰指数，试验结果见表1、表2、表3。

表1浓度为5％(w/％)的无水氯化钙溶液结冰指数试验结果

表2浓度为10％(w/％)的无水氯化钙溶液结冰指数试验结果

表3浓度为15％(w/％)的无水氯化钙溶液结冰指数试验结果

试验结果表明：通过本发明的试验装置与方法测定不同浓度、环境温度及冻结时间下的结冰指数，能够反映融雪剂在环境温度、浓度、冻结时间等因素影响下的结冰规律，测试结果准确、稳定、可靠，区分度高。本发明的试验装置与方法能够优选出合适的融雪剂类型，有助于掌握其撒布量和撒布时机，可提高道路融雪除冰效率，保障道路安全畅通。

需要说明的是，以上实施例仅是为了理解本发明，本发明不限于该实施例，凡在本发明的技术方案基础上所做的技术特征的添加、等同替换或修改，均应视为本发明的保护范围。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种测定盐溶液结冰状态的试验装置，其特征在于：

包括控制室(1)、制冷室(2)及环境箱(3)；

控制室(1)由总电源(101)、数据处理与控制单元(102)、制冷温度控制模块(103)、制冷时间控制模块(104)和结冰指数测试模块(105)组成；总电源(101)用于为整个装置提供电力；数据处理与控制单元(102)能够接收和显示采集的信息，并进行数据处理与控制；制冷温度控制模块(103)、制冷时间控制模块(104)与制冷室(2)通过线路连接，控制制冷温度的高低和制冷时间的长短；结冰指数测试模块(105)与环境箱(3)连接，能够命令环境箱(3)内各装置启动运行，并将获得的电信号传给数据处理与控制单元(102)进行数据处理，最终得出结冰指数并显示在屏幕上；

制冷室(2)由压缩机(201)、冷凝器(202)、毛细管(203)和蒸发器(204)组成；

环境箱(3)由底座(301)、容器(302)、光电转换器(309A、309B、309C、309D、309E)和温度传感器(310)组成；

环境箱(3)的底座(301)由转轴(306)控制器和防冻灯(307)控制器组成，分别控制容器(302)侧板(303)的开合和防冻灯(307)的开关；结冰指数测试模块(105)通过线路和底座(301)的控制器连接，开启结冰指数测试模块(105)后，结冰指数测试模块(105)对控制器发送指令，使各侧板(303)和防冻灯(307)打开，反之，关闭结冰指数测试模块(105)后，各侧板(303)合并，防冻灯(307)关闭；

环境箱(3)的容器(302)由侧板(303)、底板(304)、转轴(306)和防冻灯(307)组成，四个侧板(303)可绕对应转轴(306)转动完成开合，打开后呈水平状态，合并后呈竖直状态；底板(304)固定在底座(301)上，防冻灯(307)可防潮防冻，发光部分从底板(304)中心竖直伸出，防冻灯(307)底部和转轴(306)分别与底座(301)内各自应的控制器连接；

环境箱(3)的光电转换器(309A、309B、309C、309D、309E)分别设置在箱体的四周和顶部，与结冰指数测试模块(105)通过线路连接，接到结冰指数测试模块(105)发出的指令后将防冻灯(307)发出的光信号接收转换为电信号，并传给数据处理与控制单元(102)；

环境箱(3)的温度传感器(310)和制冷温度控制模块(103)连接，将温度信号转换为电信号，并传给数据处理与控制单元(102)，在屏幕上显示环境箱(3)内实时温度。

2.根据权利要求1所述的测定盐溶液结冰状态的试验装置，其特征在于：压缩机(201)吸入低温低压的制冷剂蒸气，将其压缩成高温高压的蒸气后，排入冷凝器(202)；

冷凝器(202)将压缩机(201)排出的高温高压蒸气冷却成低温高压的液体。

3.根据权利要求2所述的测定盐溶液结冰状态的试验装置，其特征在于：制冷室(2)的毛细管(203)将冷凝器(202)排出的低温高压液体进行限流降压后，形成低温低压的液体。

4.根据权利要求3所述的测定盐溶液结冰状态的试验装置，其特征在于：蒸发器(204)将低温低压液体进行蒸发形成低温低压的气体，从而进行制冷，低温低压气体被压缩机(201)吸入，形成循环。

5.一种测定盐溶液结冰状态的试验方法，其特征在于，利用如权利要求1-4任一项所述的测定盐溶液结冰状态的试验装置，按照以下步骤进行：

(1)测定

①开启总电源(101)；

②打开制冷温度控制模块(103)，设置需要的试验温度并开启制冷使制冷室(2)开启工作；

③观察制冷温度控制模块(103)的温度显示屏，当环境箱(3)内温度达到试验温度时，打开环境箱门(308)，将融雪剂溶液注入容器(302)，容器(302)内部底面尺寸为150×150mm，高为200mm,利用液位计查看液面高度；

④关闭环境箱门(308)，通过制冷时间控制模块(104)设置冻结时间，待环境箱(3)内温度达到试验温度，打开计时；

⑤观察制冷时间控制模块(104)的时间显示屏，当到达设置的冻结时间，制冷时间控制模块(104)会发出报警声，这时关闭报警，开启结冰指数测试模块(105)进行结冰指数测试，并记录显示屏上显示的结冰指数；

⑥如需测定融雪剂在同一温度、不同时间下的结冰指数，可以在制冷时间控制模块(104)设置多个报警时间点，完成第一次结冰指数测试工作后，关闭结冰指数测试模块(105)，装置继续运行，待达到下一次冻结时间，重复步骤④⑤，记录每个冻结时间对应的结冰指数；

⑦试验结束后，关闭制冷温度控制模块(103)以停止制冷室(2)的制冷工作，保持结冰指数测试模块(105)开启，此时容器(302)的侧板(303)为打开状态，打开环境箱门(308)，取出冰块，用干布将容器(302)的侧板(303)和底板(304)擦干净后，关闭结冰指数测试模块(105)使容器(302)的侧板(303)合并，随后关闭环境箱门(308)，最后关闭总电源(101)；

⑧如需继续使用该装置进行试验，则步骤⑦中总电源(101)保持开启，重复步骤②～⑦；

(2)结果整理

融雪剂的结冰状态以结冰指数表示，结冰指数区间范围为0～9，数值越大表示结冰越完全：结冰指数0～3表示结冰不完全；结冰指数3～6表示结冰较完全；结冰指数6～9表示结冰完全；试验结果除结冰指数，还应包括融雪剂浓度、试验温度、冻结时间。

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