CN1542439A - 相变储能材料的相变行为测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种多通道相变储能材料的相变行为测试系统。它由恒温容器、样品杯、温度传感器、信号调理器、A/D转换器、笔记本电脑依次连接构成。温度传感器用于测试样品内部不同点的温度，信号调理器对来自温度传感器的模拟电信号进行放大和转换，输出信号转入A/D转换器，将模拟电信号转换成数字信号，并输入电脑。由电脑分析测试的温降曲线，确定相变行为参数。本系统使监测过程自动化，且检测精度高，可靠性强。系统本身成本低，移动方便。

Description

相变储能材料的相变行为测试系统

技术领域

本发明涉及材料测试技术领域，尤其涉及一种相变储能材料的测试和分析系统。

背景技术

利用相变材料的相变潜热实现能量的储存和利用是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的研究方向。相变储能材料在其发生相变过程中，与环境发生能量交换，达到控制环境温度的效果。与显热方式储能相比，相变储能具有储能密度高(体积小巧)、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围广(-20～1000℃)和易于操作等优点，在太空动力系统储能、太阳能、采暖和空调、供电力系统优化、医学工程、军事工程、生态建筑和智能服装等众多领域具有广阔的应用前景。

相变储能材料的相变行为是描述其储能功能的核心参数，包括相变温度和相变焓等。传统上，采用差示扫描量热法(DSC)作为测量相变储能材料的相变行为的工具。DSC方法要求试样很小，一般小于100毫克。而随着材料尺寸由小变大，受导热效率的影响，材料的相变行为将发生明显变化，即相变储能材料的相变行为具有显著的尺寸效应。因此由DSC方法得到的相变行为的测量结果无法准确表征相变储能材料在大尺寸情况下的相变行为。

发明内容

本发明的目的是提供一种相变储能材料的相变行为测试系统，该测试系统对于不同尺寸的试样，均可取得很好的测试结果。

本发明提出的相变储能材料的相变行为测试系统，由恒温容器1、样品杯2、温度传感器3、信号调理器4、A/D转换器5、笔记本电脑6依次连接组成，如图1所示。样品环2设于恒温容器1中，温度传感器3设置于样品内部不同的点，并与信号调理器4连接。其中，恒温容器1的内部温度可以根据测试要求进行调节。样品杯2用于使试样保持一定的测试形状。温度传感器3用于测试试样内部不同点的温度。信号调理器4用于对来自温度传感器的模拟电信号进行放大和转换，输出的信号转入A/D转换器5，由A/D转换器5将模拟电信号转换为数字信号，输入笔记本电脑6，存储于其硬盘中。通过测量和分析相变材料在恒温容器中的温度变化曲线可以确定其相变行为参数。

与传统的DSC方法相比本项发明提出的相变储能材料的相变行为测试系统具有如下优点，可满足相变储能材料研究和开发的需求。

(1)试样尺寸可大可小，适用范围广，既可满足比较精细的相变材料的研究要求，尤其适合相变储能建筑材料等比较粗大的材料的研究和开发。

(2)可以测量相变储能材料内部在相变过程中的温度分布情况，可为研究相变机理提供实验数据。

(3)可同时测量多个试样。测试通道可扩充。

(4)通过调节恒温容器的内部温度可模拟不同的应用环境。

(5)与价格上百万元的DSC等热分析仪器相比，本发明提出的相变行为测试系统成本低廉，且具有便携特性。

附图说明

图1相变储能材料相变行为测试系统原理方框图。

图2实施例电路图。

图3温度校对线。

图4相变材料和水在恒温容器中的温降曲线。

图中标号：1为恒温容器，2为样品环，3为温度传感器，4为信号调理器，5为A/D转换器，6为笔记本电脑。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

用于测量相变材料温度的传感器可选用热电偶或热电阻温度计，本实施例中采用铂热电阻(Pt100)精密热电阻作为温度传感器，信号调理器2为一种模拟信号调理模块；铂热电阻PTD的两端引入模拟信号调理模块的3、4、5端口，在调理模块的1、2端口接入模块放大范围的调整电阻RG。调理模块的7、8端口为模拟电源输入，调理模块的9、10端口分别为+5V电源输入和电源公共端。相变材料温度的变化引起铂热电阻的电阻值的变化，通过1、2两端口与模块中的桥式电路相连，将电阻值的变化转换为电压信号。然后调理模块对信号进行放大和去噪处理，由端口6输出小于±10V的模拟电信号；模拟电信号经并行接口输入A/D转换器。为达到0.1℃的温度测量精度，采用分辨率为16Bit的A/D转换器，模入通道32个，模入电压范围±10V，输入阻抗100MΩ，采用频率大于20KHz。A/D转换器5输出的数字信号采用USB方式输入到电脑6中。

系统建立之后，要对其进行温度校对，图3为其温度校对曲线。

通过测量和分析相变材料在恒温容器中的温度随时间的变化情况，可以得到相变材料的相变焓和相变温度等相变行为参数。图4为一典型的相变材料在冷恒温容器中的温降曲线(左图)和水在其中的温降曲线(右图)。根据温降曲线，由电脑分析确定相变行为参数(张寅平、郑迎松、葛新石，多组相变材料多个热物性的同时测定性，科学通报，Vol.42，No.14，1559-1562。)。其中，可以从图中直接得到相变温度T_m和相变过冷度ΔT＝T_m-T_a。相变焓H_m可由下式确定：

$H_m=\left(\frac{m_w\·c_{p,w}+m_0\·c_{p,0}}{m}\right)\·\left(\frac{A_2}{A_1^{\′}}\right)\·(T_0-T_a)$

式中，m_w、m₀和m分别为水、样品杯和样品的质量。c_p，w和c_p，0分别为水和样品杯的比热。其它参数见于图4。

Claims (3)

1、一种相变储能材料的相变行为测试系统，其特征在于由恒温容器(1)、样品杯(2)、温度传感器(3)、信号调理器(4)、A/D转换器(5)、笔记本电脑(6)依次连接组成，样品杯(2)设于恒温容器(1)中，温度传感器(3)设置于样品内部不同的点，并与信号调理器(4)连接；信号调理器(4)对来自温度传感器(3)的模拟电信号进行放大和转换，输出的信号转入A/D转换器(5)，由A/D转换器(5)将模拟电信号转换为数字信号，输入笔记本电脑(6)，存储于其硬盘中。

2、根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于采用铂热电阻作为温度传感器，铂热电阻的两端引入模拟信号调理模块的(3)、(4)、(5)端口，在调理模块的(1)、(2)端口接入模块放大范围的调整电阻RG；调理模块的(7)、(8)端口为模拟电源输入，调理模块的(9)、(10)端口分别为+5V电源输入和电源公共端；相变材料温度的变化引起铂热电阻的电阻值的变化，通过(1)、(2)两端口与模块中的桥式电路相连，将电阻值的变化转换为电压信号；然后调理模块对信号进行放大和去噪处理，由端口(6)输出小于±10V的模拟电信号；模拟电信号经并行接口输入A/D转换器(5)，A/D转换器(5)输出的数字信号采用USB方式输入到电脑(6)中。

3、根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于根据温降曲线，由电脑分析确定相变行为参数。

Images