CN213022937U - 一种路表凝冰的模拟检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种路表凝冰的模拟检测系统，包括卡槽、CCD摄像头、T型热电偶、半导体制冷器、数据采集系统和温度传感器；所述的半导体制冷器连接有电源，半导体制冷器上铺设有金属材质的卡槽，卡槽内填充有用于模拟路面的试件；所述的试件上分别固定有T型热电偶和温度传感器，T型热电偶用于与水滴接触，试件的一侧固定有CCD摄像头，CCD摄像头沿水平方向朝向T型热电偶设置，CCD摄像头的摄像范围覆盖T型热电偶，CCD摄像头、T型热电偶和温度传感器的输出端均与数据采集系统的输入端连接。本实用新型实现在路表面上实现水滴冻结的可视化研究，可以精确控制冻结的温度，使得水滴在路表面的低温环境下的冻结变得可以观察，记录。

Description

一种路表凝冰的模拟检测系统

技术领域

本实用新型涉及路面结冰检测技术领域，具体为一种路表凝冰的模拟检测系统。

背景技术

路面上存在结冰现象，长久以来一直是困扰人们的问题。在寒冷季节，路面的结冰会给人们的行车安全带来较大的隐患，有时更是会造成巨大的经济损失。

路面方面的学者一直致力于研究融雪化冰路面，但长久以来只是进行宏观的对冰和路面之间进行研究，对水滴在路表面的结冰过程和状态了解很少。当我们能克服路面周围环境温度的复杂变化，且做到以下几点时，才能具体清楚的知道是哪一个环节可以有效的抑制水滴在路表面的冻结，这样就可以有效的朝着相应的环节研究进行抑制，最终才能彻底克服水滴微小难以研究；

第一，清楚的观测水滴在路表面结冰的每一个微观过程，以便详细的测量水滴在路表面的接触角和表面能；第二，了解水滴冻结过程中水滴和路面温度的变化；第三，水滴从存在于路表面到冻结成冰经历了哪几个状态且水滴冻结具体从小水滴的哪一个部位开始的。

但是，目前还没有一个这样的系统可以解决上述问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种路表凝冰的模拟检测系统，操作方便，经济，实用性强，在控制温度的基础上可以真实的模拟水滴在路面上的凝结过程，进而观测到了水滴在路表面结冰的每一个微观过程和相应的温度变化，可以得到水滴从存在于路表面到冻结成冰经历了哪几个状态且水滴冻结具体从小水滴的哪一个部位开始的。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种路表凝冰的模拟检测系统，包括卡槽、CCD摄像头、T型热电偶、半导体制冷器、数据采集系统和温度传感器；

所述的半导体制冷器连接有电源，半导体制冷器上铺设有金属材质的卡槽，卡槽内填充有用于模拟路面的试件；

所述的试件上分别固定有T型热电偶和温度传感器，T型热电偶用于与水滴接触，试件的一侧固定有CCD摄像头，CCD摄像头沿水平方向朝向T型热电偶设置，CCD摄像头的摄像范围覆盖T型热电偶，CCD摄像头、T型热电偶和温度传感器的输出端均与数据采集系统的输入端连接。

优选的，还包括固定在所述试件正上方的无影灯。

优选的，还包括第一散热片，第一散热片的上表面放置有半导体制冷器。

进一步，第一散热片、半导体制冷器和卡槽之间涂沫有导热硅脂。

再进一步，还包括与第一散热片下表面相连通的水流通道，水流通道的两端分别设置有进水口和出水口，进水口通过水管与水源连接。

进一步，沿水流通道长度方向的一侧固定有支撑板，支撑板的上表面与水流通道的上表面平齐，CCD摄像头固定在支撑板上。

再进一步，所述水流通道的上表面开始有开口，第一散热片嵌入在水流通道的开口处。

再进一步，所述第一散热片的下表面沿第一散热片的长度方向固定连接有第二散热片，第二散热片与第一散热片的下表面垂直，第二散热片的底部支撑在水流通道的底部。

进一步，所述的第二散热片沿第一散热片的长度方向均匀设置。

优选的，所述的T型热电偶和温度传感器在试件上均匀设置，每个T型热电偶和温度传感器的输出端均分别与数据采集系统的输入端连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型一种路表凝冰的模拟检测系统，半导体制冷器连接电源后一面可以产生热量，通过转移热量使另一面温度降低，在半导体制冷器上铺设有金属材质的卡槽，卡槽内填充用于模拟路面的试件，这样试件便不会受到外界温度的影响，通过卡槽的热量传导可以降低试件的温度；在试件上配备T型热电偶和温度传感器，由于T型热电偶非常小，在试件上滴一滴水滴，该水滴可以包裹住T型热电偶后不动，水滴之后的温度变化可以随时被T型热电偶记录，以T型热电偶实测试件表面的温度，误差可以很小，保证了数据的准确性，T型热电偶和温度传感器的输出端与数据采集系统的输入端连接可以得到相应的数据，便于之后研究试件温度与水滴温度之间的关系；与之同时试件一侧的CCD摄像头可以在水滴冻结的过程中随时进行记录，随着调控温度的下降，拍摄的每一张照片记录水滴的每一个冻结过程，真实有效的观察了水滴在冻结时的每一个微小的表面变化，CCD拍摄的照片经过测量可以计算得到接触角和表面能，进而可以得到水滴从存在于路表面到冻结成冰经历了哪几个状态且水滴冻结具体从小水滴的哪一个部位开始的；本实用新型设备开创性的实现了在路表面上实现水滴冻结的可视化研究，并且可以精确控制冻结的温度，即时准确的在电脑端记录水滴冻结各个状态所对应的温度，观察水滴冻结的详细过程，开创性的使得水滴在路表面的低温环境下的冻结变得可以观察，记录。通过控制电源控制半导体制冷器制冷的效率，可以人为主动的控制试件表面的温度，可以准确模拟水滴在路面的冻结的真实过程。

进一步的，在试件的正上方设置无影灯，可以使CCD摄像头拍出的图片更加清楚，没有阴影，更清晰地观测水滴在路表面结冰的每一个微观过程，方便之后测量水滴在路表面的接触角和表面能。

进一步的，第一散热片、半导体制冷器和卡槽之间涂有导热硅脂，保证了传递热量的速率和及时性，可以人为的准确及时控制试件温度。

进一步的，在第一散热片的下表面设置水流通道，水流通道的两端分别设置有进水口和出水口，这样配合水流的大小，可以更快的带走热量，更快地提高了热量的传导，延长了第一散热片和半导体制冷器的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型所述系统的结构示意图。

图2为图1中第一散热片与第二散热片的连接示意图。

图中：1-无影灯，2-卡槽，3-进水口，4-出水口，5-水流通道，6-CCD摄像头，7-温湿度传感器，8-T型热电偶，9-半导体制冷器，10-第一散热片，11-第二散热片，12-导热硅脂，13-数据采集系统，14-温度传感器，15-支撑板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型一种路表凝冰的模拟检测系统，如图1所示，主要包括卡槽2、CCD摄像头6、T型热电偶8、半导体制冷器9、数据采集系统13和温度传感器14。

半导体制冷器9连接有电源，半导体制冷器9上铺设有金属材质的卡槽2，卡槽2内填充有用于模拟路面的试件，卡槽2可以用来隔离试件，试件可以是沥青马歇尔试件或水泥混凝土试件；试件上分别固定有T型热电偶8和温度传感器14，T型热电偶8可提前插在试件上，试件的一侧固定有CCD摄像头6，CCD摄像头6、T型热电偶8和温度传感器14的输出端通过电源线均与数据采集系统13的输入端连接；当所述的模拟检测系统在检测前，水滴与T型热电偶8接触后将T型热电偶8包裹，CCD摄像头6沿水平方向朝向T型热电偶8设置，CCD摄像头6的摄像范围覆盖T型热电偶8，由于水滴很小，CCD摄像头6一般在此位置也可以覆盖到水滴。

为了使检测的数据更加准确，T型热电偶8和温度传感器14在试件上均匀设置，每个T型热电偶8和温度传感器14的输出端均分别与数据采集系统13的输入端连接。数据采集系统13其实就是一台电脑，可记录水滴和试件的温度，随时记录CCD摄像头拍摄的照片。

为了保证了传递热量的速率和及时性，可以人为的准确及时控制试件温度，还包括第一散热片10，第一散热片10的上表面放置有半导体制冷器9，并且第一散热片10、半导体制冷器9和卡槽2之间涂沫有导热硅脂12。

进一步而言，还包括与第一散热片10下表面相连通的长方体型水流通道5，水流通道5的上表面开始有开口，第一散热片10嵌入在水流通道5的开口处，即第一散热片10直接侵入在长方体水流通道5内部，水流通道5的两端分别设置有进水口3和出水口4，进水口3通过水管与水源连接，具体可以是水龙头，这在实验室比较方便，而且若是在室外，也可以通过水管连到水龙头上。这样配合水流的大小，可以更快的带走热量，更快地提高了热量的传导，延长了第一散热片和半导体制冷器的使用寿命。

如图2所示，第一散热片10的下表面沿第一散热片10的长度方向固定连接有长方形片状的第二散热片11，第二散热片11沿第一散热片10的长度方向均匀设置，第二散热片11与第一散热片10的下表面垂直，第二散热片11的底部支撑在水流通道5的底部。在本实施例中，第一散热片10和第二散热片11是一体化结构，第二散热片11由于设置在第一散热片10的腹部，所以可以称为肋型散热片，第二散热片11完全浸入水中。

在优选方案中，还包括固定在所述试件正上方的无影灯1，无影灯1中间有一个主灯，周围环绕6个辅灯，无影灯1单独与电源连接，这样可以使CCD摄像头拍出的图片更加清楚，没有阴影，更清晰地观测水滴在路表面结冰的每一个微观过程，方便之后测量水滴在路表面的接触角和表面能。在安装无影灯1时，支撑杆的底部固定在水流通道5的上表面，支撑杆的上端固定在无影灯1的边缘处。

具体地，沿水流通道5长度方向的一侧焊接有支撑板15，支撑板15的上表面与水流通道5的上表面平齐，CCD摄像头6直接用螺丝固定在支撑板15上。水流通道5的上表面还安装有若干个温湿度传感器7，温湿度传感器7的输出端通过电源线均与数据采集系统13的输入端连接，以便记录外界的温度和湿度，可实时显示环境温度和湿度。

本实用新型一种路表凝冰的模拟检测系统在使用时，包括如下步骤，

步骤1，电源接通后供电给半导体制冷器9，半导体制冷器9开始制冷，给试件表面降温，由温度传感器14随时记录试件的温度，数据采集系统13随时监控试件的温度；

步骤2，打开水龙头，长方体的水流通道5同时开始工作，带走由半导体制冷器9散出后传递给第一散热片10和第二散热片11的热量，通过控制水流量的大小和半导体制冷器9的功率，来准确控制路面的温度，当温度传感器14采集的温度达到设定的温度时，用针头滴一滴水滴，将较小的T型热电偶8包裹后静止；

步骤3，试件表面的水滴在无影灯1的照射下，CCD拍摄头6记录水滴的详细冻结过程，T型热电偶8、温度传感器14和CCD拍摄头6拍摄的照片随时上传到数据采集系统13上，这些温度和对应的时间进行匹配。

在水流通道5上表面安装的若干个温湿度传感器7检测该系统的外部温度和湿度，得到对应的数据，通过这种方式可以验证该系统表面周围的温度和湿度因素对具体检测结果是否造成影响。

本实用新型的路表凝冰的模拟检测系统，可以得到若干组试件表面的温度、水滴及其结冰后的温度、该系统表面周围的温度和湿度，以及水滴在冻结的过程中每一个微小的表面变化照片，方便清楚的观测水滴在路表面结冰的每一个微观过程，进一步分析水滴在路表面的接触角和表面能，了解水滴冻结过程中水滴和路面温度的变化，确认水滴从存在于路表面到冻结成冰经历了哪几个状态且水滴冻结具体从小水滴的哪一个部位开始的，为研究人员有效的抑制水滴在路表面的冻结提供了数据支撑。

Claims (10)

1.一种路表凝冰的模拟检测系统，其特征在于，包括卡槽(2)、CCD摄像头(6)、T型热电偶(8)、半导体制冷器(9)、数据采集系统(13)和温度传感器(14)；

所述的半导体制冷器(9)连接有电源，半导体制冷器(9)上铺设有金属材质的卡槽(2)，卡槽(2)内填充有用于模拟路面的试件；

所述的试件上分别固定有T型热电偶(8)和温度传感器(14)，T型热电偶(8)用于与水滴接触，试件的一侧固定有CCD摄像头(6)，CCD摄像头(6)沿水平方向朝向T型热电偶(8)设置，CCD摄像头(6)的摄像范围覆盖T型热电偶(8)，CCD摄像头(6)、T型热电偶(8)和温度传感器(14)的输出端均与数据采集系统(13)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种路表凝冰的模拟检测系统，其特征在于，还包括固定在所述试件正上方的无影灯(1)。

3.根据权利要求1所述的一种路表凝冰的模拟检测系统，其特征在于，还包括第一散热片(10)，第一散热片(10)的上表面放置有半导体制冷器(9)。

4.根据权利要求3所述的一种路表凝冰的模拟检测系统，其特征在于，第一散热片(10)、半导体制冷器(9)和卡槽(2)之间涂沫有导热硅脂(12)。

5.根据权利要求3所述的一种路表凝冰的模拟检测系统，其特征在于，还包括与第一散热片(10)下表面相连通的水流通道(5)，水流通道(5)的两端分别设置有进水口(3)和出水口(4)，进水口(3)通过水管与水源连接。

6.根据权利要求5所述的一种路表凝冰的模拟检测系统，其特征在于，沿水流通道(5)长度方向的一侧固定有支撑板(15)，支撑板(15)的上表面与水流通道(5)的上表面平齐，CCD摄像头(6)固定在支撑板(15)上。

7.根据权利要求5所述的一种路表凝冰的模拟检测系统，其特征在于，所述水流通道(5)的上表面开始有开口，第一散热片(10)嵌入在水流通道(5)的开口处。

8.根据权利要求7所述的一种路表凝冰的模拟检测系统，其特征在于，所述第一散热片(10)的下表面沿第一散热片(10)的长度方向固定连接有第二散热片(11)，第二散热片(11)与第一散热片(10)的下表面垂直，第二散热片(11)的底部支撑在水流通道(5)的底部。

9.根据权利要求8所述的一种路表凝冰的模拟检测系统，其特征在于，所述的第二散热片(11)沿第一散热片(10)的长度方向均匀设置。

10.根据权利要求1所述的一种路表凝冰的模拟检测系统，其特征在于，所述的T型热电偶(8)和温度传感器(14)在试件上均匀设置，每个T型热电偶(8)和温度传感器(14)的输出端均分别与数据采集系统(13)的输入端连接。

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