CN202305679U - 胶粘剂热压固化的介电监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种胶粘剂热压固化的介电监测系统。该系统包括：热电偶、测温仪、电容传感器、数字电桥、相敏检波器和计算机；其中，热电偶和电容传感器埋设于板坯内部的同一位置；热电偶与测温仪相连，测温仪与计算机相连；电容传感器与数字电桥相连，数字电桥与相敏检波器相连，相敏检波器与计算机相连。本实用新型能现场监测板坯中的胶粘剂在热压固化工况下的介电损耗因子随温度和时间的变化情况。

Description

胶粘剂热压固化的介电监测系统

技术领域

本实用新型涉及人造板所用胶粘剂的热压固化技术领域，特别是涉及一种胶粘剂热压固化的介电监测系统。

背景技术

人造板热压过程是人造板的板坯与胶粘剂在外界压力和温度作用下所发生的一系列物理化学反应过程。在人造板热压过程中，掺入了胶粘剂的板坯位于上压板和下压板之间，在上下压板的加热挤压之下，胶粘剂逐渐由液态凝结为固态，从而将原来松散的板坯粘结为一个整体。

图1为人造板热压过程中胶粘剂的温度随时间的变化情况示意图。如图1所示，在开始阶段，胶粘剂的温度为室温(约20℃)，说明上下压板提供的热量尚未传至胶粘剂；随后，胶粘剂的温度随着上下压板的加热而急剧上升，在到达约110℃之后，板坯中的水分完全蒸发而使胶粘剂的温度增速放缓，最后，胶粘剂的温度在160℃左右震荡，当上下压板离开板坯从而停止对胶粘剂的加热后，胶粘剂的温度逐渐下降。

现有技术可以通过优化热压工艺曲线的方式来减少人造板热压过程中的胶粘剂使用量或者减少加热时间，从而提高胶粘剂的使用效率，进而提高人造板产品的质量和生产效率，降低人造板生产的能耗与废弃物排放量。这里的热压工艺曲线指的是人造板热压机的压力和温度随时间的变化曲线，为了优化热压工艺曲线，就需要现场监测板坯中的胶粘剂在热压固化工况下的变化情况，但目前还没有相关技术。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种胶粘剂热压固化的介电监测系统，能现场监测板坯中的胶粘剂在热压固化工况下的介电损耗因子随温度和时间的变化情况。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种胶粘剂热压固化的介电监测系统，该系统用于现场监测板坯中的胶粘剂在热压固化工况下的介电损耗因子随温度和时间的变化情况；该系统包括：热电偶、测温仪、电容传感器、数字电桥、相敏检波器和计算机；其中，

所述热电偶和所述电容传感器埋设于所述板坯内部的同一位置；

所述热电偶与所述测温仪相连，所述测温仪与所述计算机相连；

所述电容传感器与所述数字电桥相连，所述数字电桥与所述相敏检波器相连，所述相敏检波器与所述计算机相连。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步，还包括模数转换器，其输入端和输出端分别与所述相敏检波器和所述计算机相连。

进一步，所述热电偶包括镍铬线和镍硅线；

所述镍铬线和所述镍硅线均为细丝状；

所述镍铬线的一端与所述镍硅线的一端相连，作为该热电偶的公共端而与所述电容传感器埋设于所述板坯内部的同一位置；

所述镍铬线上相对于所述公共端之外的另一端和所述镍硅线上相对于所述公共端之外的另一端分别与所述测温仪相连。

进一步，所述热电偶还包括耐高温绝缘材料，其外覆于所述镍铬线上除去所述公共端之外的部分以及所述镍硅线上除去所述公共端之外的部分。

进一步，所述电容传感器为同面叉指电容传感器。

进一步，所述数字电桥所用的交变电场的频率在102Hz至105Hz之间。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中，热电偶可实时现场检测板坯中胶粘剂的温度，由测温仪将该温度数值化并输出到计算机中；电容传感器、数字电桥和相敏检波器可实时现场检测该胶粘剂的阻抗，这样，胶粘剂的温度以及阻抗可实时传输到计算机中，从而利用现有的计算方法获得胶粘剂在热压固化工况下的介电损耗因子随温度和时间的变化情况。

附图说明

图1为人造板热压过程中胶粘剂的温度随时间的变化情况示意图；

图2为本实用新型提出的胶粘剂热压固化的介电监测系统的结构图；

图3为数字电桥与相敏检波器的连接关系的一个实施例的结构图；

图4为本实用新型所采用的热电偶的结构示意图；

图5为利用本实用新型测得的胶粘剂的介电损耗因子随温度和时间的变化情况示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

图2为本实用新型提出的胶粘剂热压固化的介电监测系统的结构图，该系统用于现场监测板坯中的胶粘剂在热压固化工况下的介电损耗因子随温度和时间的变化情况。如图2所示，人造板热压机的上压板201和下压板202上下相对，板坯203位于上压板201和下压板202之间，该图用长方体来示意板坯203，这不意味着人造板的板坯203即为长方体，其他形状的板坯203也在本实用新型的保护范围之内。

在人造板热压之前，要在板坯203中均匀地掺入足量的胶粘剂，以使胶粘剂在上压板201和下压板202的加热挤压(简称热压)工况下由液态逐渐变为固态，从而使原本松散的板坯203变为一个牢固的整体。本实用新型所涉及的胶粘剂的种类很多，如脲醛树脂、酚醛树脂等，只要能满足使板坯203变为一个整体的目的，都在本实用新型的保护范围之内。

图2所示的胶粘剂热压固化的介电监测系统包括：热电偶205、测温仪210、电容传感器204、数字电桥206、相敏检波器207和计算机209；其中，

热电偶205和电容传感器204埋设于板坯203内部的同一位置，这样，在上压板201和下压板202合龙(即上压板201和下压板202分别接触板坯203的上下表面，并对板坯203施加压力)之后，上压板201和下压板202所施加的压力会立即传至胶粘剂处，上压板201和下压板202所提供的热量会逐渐传到热电偶205和电容传感器204的埋设位置，该压力和热量会对板坯203及其掺入的胶粘剂发生作用，使胶粘剂由液态变为固态，从而使松散的板坯203逐渐变为一个整体。在该过程中，热电偶205可实时现场检测其所在位置的胶粘剂的温度，与此同时，电容传感器204可在同一位置输出电流信号。

热电偶205与对温度进行数值化的测温仪210相连，测温仪210又与计算机209相连，这样，热电偶205所测得的胶粘剂的温度即可实时经过测温仪210的数值化处理而输入到计算机209中进行储存和处理。

电容传感器204与数字电桥206相连，在数字电桥206中的交流电源提供的交流电压作用下，电容传感器204可向数字电桥206实时传输交流电流信号。数字电桥206与相敏检波器207相连，相敏检波器207又与计算机209相连，这样，数字电桥206和相敏检波器207可根据电容传感器204所输出的电流信号获得电容传感器204所在位置的胶粘剂的阻抗Zx，并将其传输到计算机209进行储存和处理，计算机利用收到的板坯203中同一位置处的胶粘剂的温度和阻抗值，通过现有的计算方法进行运算，即可获得胶粘剂在热压固化工况下的介电损耗因子随温度和时间的变化情况。

可见，利用本实用新型提出的胶粘剂热压固化的介电监测系统，可获得在胶粘剂的种类、配比不同的情况下，以及在不同热压条件(如热压时间设置、热压的温度设置、热压的压力设置等)下，胶粘剂的介电损耗因子随温度和时间的变化情况，从而为热压工艺曲线的优化提供依据，进而提高胶粘剂的使用效率和人造板产品的质量，降低人造板生产的能耗与废弃物排放量。

计算机209利用胶粘剂的温度T和阻抗Zx来得到胶粘剂的介电损耗因子ε″的方法如下：

胶粘剂作为电介质，其复介电常数ε^*的定义为

ε^*＝ε′-jε″    (1)

式(1)中的ε′是胶粘剂的绝对介电常数，也是ε^*的实部。

定义损耗角正切tgδ如下： $\mathrm{tg\δ}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}^{\′\′}}{{\mathrm{\ϵ}}^{\′}}---\left(2\right)$

由式(2)可知，在tgδ和ε′已知的情况下，胶粘剂的介电损耗因子ε″即可利用式(2)计算得到，本实用新型正是利用胶粘剂的阻抗来确定tgδ和胶粘剂的电容C，进而利用胶粘剂的电容C来确定ε′，从而最终确定ε″。

图3为数字电桥与相敏检波器的连接关系的一个实施例的结构图。如图3所示，数字电桥中包括交流电源301，其可提供交变电场。实验发现，本实用新型中，将数字电桥206所用的交变电场的频率设置在102Hz至105Hz之间，所得到的结果比较准确。

胶粘剂的阻抗Zx的标号为302，标准电阻器Rs的标号为303。Rs与Zx串联，二者的公共连接端接放大器304的负向输入端，而放大器304的正向输入端接地，Rs上相对于公共连接端之外的另一端接放大器304的输出端，Zx上相对于公共连接端之外的另一端接交流电源301的输出端。

如图3所示，标号为305的开关K控制着放大器306所并联的对象，在开关K分别接端点308和309时，Zx两端的电压输出到放大器306，在开关K分别接端点309和310时，Rs两端的电压输出到放大器306。放大器306的输出端接相敏检波器307的输入端。

这样，通过对开关K所接的端点进行切换，相敏检波器307可从放大器306放大后的信号中分别测出Zx两端的电压相量

与

从而利用下式来得到Zx：

$Z_x=R_s\frac{{\stackrel{\·}{U}}_x}{{\stackrel{\·}{U}}_s}---\left(3\right)$

利用Zx的实部和虚部，计算机209利用现有技术即可确定损耗角正切tgδ以及胶粘剂的电容C。

此外，由现有技术可知，电容传感器204的电容C与绝对介电常数ε′成正比，即有下式成立：

C＝kε′    (4)

其中的系数k是一个与电容传感器204的电极几何形状与分布有关的常量，在电容传感器204的电极几何形状及分布确定的情况下，k为一已知常数，因此，利用电容传感器204实时测得胶粘剂的电容C，即可利用式(4)确定ε′。

综上所述，计算机209可利用胶粘剂的阻抗Zx来确定tgδ和C，利用胶粘剂的电容C来确定ε′，从而利用式(2)确定ε″。

如图2所示，该系统还可以包括模数转换器208，其输入端和输出端分别与相敏检波器207和计算机209相连。这里，模数转换器208可对相敏检波器207所输出的信号(如上述的交流电流信号、电压相量

与

等)进行模数转换，所得到的数字信号可由计算机209进行处理。

本实用新型中的热电偶205可用K型热电偶来实现，图4为本实用新型所采用的热电偶的结构示意图。如图4所示，该热电偶包括镍铬线401和镍硅线402，这里的镍铬线401和镍硅线402均为细丝状，其中，镍铬线401的一端与镍硅线402的一端相连，作为该热电偶的公共端，并且热电偶的该公共端与电容传感器204埋设于板坯203内部的同一位置。镍铬线401和镍硅线402均有两端，镍铬线401上相对于公共端之外的另一端和镍硅线402上相对于公共端之外的另一端分别与测温仪210的两输入端相连。

本实用新型中的热电偶205要工作在高温环境(最高约350℃)中，这对其中的镍铬线401和镍硅线402是一个考验。另外，镍铬线401和镍硅线402除去公共端之外，其余的部分是不允许接触的，因而需要将二者除去公共端之外的部分用绝缘材料外覆。基于以上考虑，如图4所示，本实用新型中的热电偶还包括耐高温绝缘材料403，其外覆于镍铬线401上除去公共端之外的部分以及镍硅线402上除去公共端之外的部分，既起到对镍铬线401和镍硅线402的绝缘作用，又防止了高温对镍铬线401和镍硅线402的影响。

本实用新型中，电容传感器204可采用同面叉指电容传感器来实现，相对于平行板形式的电容传感器，同面叉指电容传感器可提高检测的准确度。

图5为利用本实用新型测得的胶粘剂的介电损耗因子随温度和时间的变化情况示意图。如图5所示，标号为501的细实线表示在人造板热压过程中胶粘剂的温度T随时间t的变化曲线，标号为502的粗实线表示在该过程中胶粘剂的介电损耗因子ε″随时间t的变化曲线，这两条曲线相对照，还可以确定ε″随温度T的变化情况。

当热压机的上压板(如图2中的201所示)和下压板(如图2中的202所示)合龙后，板坯中的水分子活动加剧，使得本实用新型所测得的胶粘剂的介电损耗因子ε″先下降，而上压板和下压板所提供的热量尚未到达热电偶中得公共端所在的位置，因而胶粘剂的温度T在开始阶段为室温(约20℃)。在水分子的活动对ε″的检测的影响逐渐消除后，ε″急剧上升，基本在同一时段，上压板和下压板所提供的热量到达热电偶的公共端，温度也急剧上升。在图5中的约第4分钟时，ε″和T相继达到最大，此后，随着热压的进行，ε″下降至稳定值并基本保持不变，T也基本处于稳定位置不变。在实验的约第16分钟时，热压结束，上压板和下压板分开，ε″和T均开始下降。

利用图5可确定不同种类、不同配比、不同使用量的胶粘剂的使用效率，对热压工艺曲线进行改进，从而为提高人造板产品的质量和生产效率提供依据，降低人造板生产的能耗与废弃物排放量。

由此可见，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型中，热电偶可实时现场检测板坯中胶粘剂的温度，由测温仪将该温度数值化并输出到计算机中；电容传感器、数字电桥和相敏检波器可实时现场检测该胶粘剂的阻抗，这样，胶粘剂的温度以及阻抗可实时传输到计算机中，从而利用现有的计算方法获得胶粘剂在热压固化工况下的介电损耗因子随温度和时间的变化情况。

(2)利用本实用新型，可获得在胶粘剂的种类、配比不同的情况下，以及在不同热压条件下，胶粘剂的介电损耗因子随温度和时间的变化情况，从而为热压工艺曲线的优化提供依据，进而提高胶粘剂的使用效率和人造板产品的质量，降低人造板生产的能耗与废弃物排放量。

(3)本实用新型中的电容传感器采用同面叉指电容传感器来实现，相对于平行板形式的电容传感器，同面叉指电容传感器可提高检测的准确度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种胶粘剂热压固化的介电监测系统，该系统用于现场监测板坯中的胶粘剂在热压固化工况下的介电损耗因子随温度和时间的变化情况；其特征在于，该系统包括：热电偶、测温仪、电容传感器、数字电桥、相敏检波器和计算机；其中，

所述热电偶和所述电容传感器埋设于所述板坯内部的同一位置；

所述热电偶与所述测温仪相连，所述测温仪与所述计算机相连；

所述电容传感器与所述数字电桥相连，所述数字电桥与所述相敏检波器相连，所述相敏检波器与所述计算机相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括模数转换器，其输入端和输出端分别与所述相敏检波器和所述计算机相连。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热电偶包括镍铬线和镍硅线；

所述镍铬线和所述镍硅线均为细丝状；

所述镍铬线的一端与所述镍硅线的一端相连，作为该热电偶的公共端而与所述电容传感器埋设于所述板坯内部的同一位置；

所述镍铬线上相对于所述公共端之外的另一端和所述镍硅线上相对于所述公共端之外的另一端分别与所述测温仪相连。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述热电偶还包括耐高温绝缘材料，其外覆于所述镍铬线上除去所述公共端之外的部分以及所述镍硅线上除去所述公共端之外的部分。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电容传感器为同面叉指电容传感器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字电桥所用的交变电场的频率在102Hz至105Hz之间。

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