CN216718281U - 一种石墨烯电热元件热性能测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种石墨烯电热元件热性能测试系统，包括：红外温度采集器、机箱入风口、风速控制器、热电阻、机箱出风口、数据采集器、计算机、功率分析仪、数字源表、机箱、进口风速计、出口风速计以及支撑装置；支撑装置固定在机箱的底板上，用于固定待检测的石墨烯电热元件，红外温度采集器设置在机箱的顶板的下表面且位于待检测的石墨烯电热元件的上方，用于检测石墨烯电热元件本体温度，进口风速计和出口风速计，分别用于测量机箱的入口风速和出口风速，待检测的石墨烯电热元件依次连接数字源表、功率分析仪以及计算机，以控制和记录待检测的石墨烯电热元件的动态功率变化。
Description
技术领域
本实用新型涉及电热元件的热性能测试技术领域，特别是涉及一种石墨烯电热元件热性能测试系统。
背景技术
近年来，电热元件的结构形式趋于多样化且应用领域越来越广泛。但在电热元件应用过程中仍存在一些问题，如高温变形、断裂等，进而影响电热元件的使用。随着新材料和新技术的发展，研究发现石墨烯具有较强的导热性能，导热率高达5300W·(mK)-1，利用石墨烯的高导热性将电能转换的热能快速、高效地传递给周围环境，进而实现热管理的强化，由此石墨烯电热元件得到了广泛研究。
而目前针对电热元件的热性能测试主要在真空环境或自然状态下进行测试，测试内容较为单一，如专利201922320770.5仅测了自然状态下金属电热棒的对流换热系数、热导率及热损失；专利201420484932.3仅进行了真空环境下温控组件热性能测试。单一环境下热性能测试不能很好地反应电热元件的综合热性能。另外，在实时数据处理分析方面自动化程度不高。且目前并未有针对于石墨烯电热元件热性能测试系统，石墨烯电热元件热性能测试系统亟需完善。
实用新型内容
为了至少部分克服现有技术存在的上述问题，本实用新型提供一种石墨烯电热元件热性能测试系统，与以往电热元件热性能测试系统相比增加风机驱动模块，通过风机驱动模块改变环境参数进而得到多种工况下石墨烯电热元件的热性能参数，增加石墨烯电热元件热性能测试范围，为实际应用提供更为详实的测试数据，此外还利用功率分析仪、数据采集及处理软件提高实时数据采集的自动化程度。
根据本实用新型的一方面，提供一种石墨烯电热元件热性能测试系统，包括：
红外温度采集器(2)、机箱入风口(4)、风速控制器(5)、热电阻(6)、机箱出风口(7)、数据采集器(8)、计算机(9)、功率分析仪(11)、数字源表(12)、机箱(13)、进口风速计(14)、出口风速计(15)以及支撑装置(16)；
其中，支撑装置(16)固定在机箱(13)的底板上，用于固定待检测的石墨烯电热元件(1)，红外温度采集器(2)设置在机箱(13)的顶板的下表面且位于待检测的石墨烯电热元件(1)的上方，用于检测石墨烯电热元件本体温度，与计算机(9)连通并能将采集的数据传输给计算机(9)；
机箱(13)的一侧设置有机箱入风口(4)和另一侧设置有机箱出风口(7)，机箱入风口(4)和机箱出风口(7)中分别设置有进口风速计(14)和出口风速计(15)，分别用于测量机箱的入口风速和出口风速，在机箱入风口(4)和机箱出风口(7)至少之一中还设置有风机(17)，风速控制器(5)与该风机(17) 电连接；
热电阻(6)设置在机箱(13)内部并且与数据采集器(8)连通，数据采集器(8)与计算机(9)连通；
待检测的石墨烯电热元件(1)依次连接数字源表(12)、功率分析仪(11) 以及计算机(9)，通过数字源表(12)、功率分析仪(11)以及计算机(9)能够控制和记录待检测的石墨烯电热元件(1)的动态功率变化。
优选地，所述石墨烯电热元件热性能测试系统还包括设置在机箱(13)上并且与红外温度采集器(2)连接的直流电源(3)。
优选地，所述风机(17)为轴流风机或者离心风机。
优选地，所述热电阻(6)包括两组，分别设置在机箱入风口(4)和机箱出风口(7)的附近。
优选地，所述机箱出风口(7)为通风面积可调的风口。
优选地，所述风速计(17)设置有风速信号传输的红外接收器，所述风速控制器(5)内设置有红外接收仪，用于接收风速计传输的风速信号。
优选地，所述红外温度采集器(2)包括触控单片机(2-1)、用于信号传输的红外接收器(2-2)，与所述触控单片机(2-1)进行接触的微型红外温度传感器(2-3)和用于调节微型红外温度传感器(2-3)视场的螺栓压簧结构(2-4)。
优选地，所述功率分析仪(11)配置有GPIB数据接线，用于所述数字源表 (12)进行动态功率采集。
优选地，所述数字源表(12)配置有输出模式设定模块、输出模式启动模块、输出模式停止模块、输出参数显示模块及连接线接口。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)与既往专利中测试真空环境或自然状态的电热元件热性能且实时数据处理方式不同，针对新材料石墨烯制作的电热元件的热性能测试系统，完善了多工况下热性能综合测试系统，为石墨烯电热元件提供多种热测试环境，具体表现在本实用新型的热性能测试系统设置有功率可调的风机及石墨烯电热元件，通过调节风机及石墨烯电热元件功率实现多工况下石墨烯电热元件热性能测试，多范围测试石墨烯电热元件热稳定性；
(2)采用功率分析仪、数据采集及处理程序等进一步提高热性能测试系统自动化程度以及数据的准确性和瞬时性，进而减少人为误差。
根据下文结合附图对本实用新型具体实施示例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施示例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本实用新型的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：
图1为根据实用新型实施方案的一种石墨烯电热元件热性能测试系统示意图；
图2为根据实用新型实施方案的一种石墨烯电热元件热性能测试系统中红外温度采集器结构示意图
图3为根据实用新型实施方案的一种石墨烯电热元件热性能测试系统中支撑石墨烯电热元件的支撑装置结构示意图；以及
图4为根据实用新型实施方案的提供的一种动态功率控制流程图。
图中：1为石墨烯电热元件，2为红外温度采集器，3为直流电源，4为机箱入风口，5为风速控制器，6为热电阻，7为机箱出风口，8为数据采集器，9 为计算机，10为软件服务器，11为功率分析仪，12为数字源表，13为机箱， 14为进口风速计、15为出口风速计，16为支撑装置，17为风机，2-1为触控单片机，2-2为红外接收器，2-3为微型红外温度传感器，2-4为螺栓压簧结构
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本实用新型的保护范围。
参阅图1，本实施例的一种石墨烯电热元件热性能测试系统可以包括：红外温度采集器2、直流电源3、机箱入风口4、风速控制器5、热电阻6、机箱出风口7、数据采集器8、计算机9、软件服务器10、功率分析仪11、数字源表12、机箱13、进口风速计14、出口风速计15、支撑装置16以及风机17。
支撑装置16固定在机箱13的底板上，用于固定待检测的石墨烯电热元件1。图3为支撑石墨烯电热元件的一种支撑装置结构示意图，其中支撑装置包括半圆柱形结构的安装槽以及支撑柱。所述半圆柱形结构与石墨烯电热元件间还可以设置有隔热柔性填料，用于固定石墨烯电热元件本体，支撑柱可以由绝热电木制成。
红外温度采集器2设置在机箱13的顶板的下表面且位于待检测的石墨烯电热元件1的上方，用于检测石墨烯电热元件本体温度，并且与安装于计算机9 中的软件服务器10连通并能将采集的数据传输给计算机9，其中软件服务器10 中可以安装有LabVIEW软件，用于数据的采集和处理。红外温度采集器2还可以配置有直流电源3，直流电源3位于机箱13上方并与红外温度采集器2相连。参见图2，红外温度采集器2可以包括触控单片机2-1、用于信号传输的红外接收器2-2，与触控单片机2-1进行接触的微型红外温度传感器2-3和用于调节微型红外温度传感器2-3视场的螺栓压簧结构2-4。
待检测的石墨烯电热元件1依次连接数字源表12、功率分析仪11以及计算机9，通过数字源表12、功率分析仪11以及计算机9能够控制和记录待检测的石墨烯电热元件1的动态功率变化。另外，热电阻6设置在机箱13内部并且与数据采集器8连通，数据采集器8与软件服务器10连通。如图所示，所述热电阻6可以包括两组，分别设置在机箱入风口4和机箱出风口7的附近，以检测机箱内部环境温度。
更具体地，所述计算机可以设置有LabVIEW软件，所述LabVIEW软件中的 PID算法可用于3部分数据采集，主要包括：所述石墨烯电热元件热性能测试系统环境温度数据通过所述热电阻及所述数据采集器8与所述LabVIEW软件相结合存储于所述计算机内；所述石墨烯电热元件1本体温度分布情况通过所述红外温度采集器2与所述LabVIEW软件相结合存储于所述计算机内；所述石墨烯电热元件本体的动态功率变化通过调节PID参数实现并记录于所述计算机内。
参见图1，机箱13的一侧设置有机箱入风口4，而另一侧设置有机箱出风口 7，机箱入风口4和机箱出风口7中分别设置有进口风速计14和出口风速计15，分别用于测量机箱的入口风速和出口风速。在机箱入风口4和机箱出风口7至少之一中还设置有风机17，风速控制器5与该风机17电连接。更具体地，风机 17可以为轴流风机或者离心风机，设置在机箱入风口4，所述风速控制器5设置在机箱上并与风机17连通。所述风速计17设置有风速信号传输的红外接收器，所述风速控制器5内设置有红外接收仪，用于接收风速计传输的风速信号。所述风速控制器5可以调节和控制风机17的运行状态和转速。另外，所述机箱出风口7为通风面积可调的风口。
在工作过程中，根据风速控制器5接收到的风速信号及电信号，风速控制器 5控制驱动风机17的工作状态和调节驱动风机17的流速，从而调节石墨烯电热元件的环境参数。另外，石墨烯电热元件功率通过计算机9、数字源表12与功率分析仪11实现可调节，进而实现多种工作状态下石墨烯电热元件热性能测试。在改变石墨烯电热元件环境参数与工作状态过程中，通过热电阻6、红外温度采集器2、功率分析仪11、计算机9完成对数据信息的采集、处理。其中，所述功率分析仪11配置有GPIB数据接线，用于所述数字源表12进行动态功率采集；所述数字源表12配置有输出模式设定模块、输出模式启动模块、输出模式停止模块、输出参数显示模块及连接线接口。动态功率变化控制流程可以包括以下步骤(参见附图4)：
1、计算机9选择是否开启功率控制并设定数字源表12输出模式(恒流/恒压)；
2、计算机9选择开启功率控制后设置PID参数；
3、数字源表12开启输出模式，输出电压、电流并由功率分析仪11与计算机9相连接进行动态功率变化记录；
4、计算机9选择关闭功率控制后计算机9停止对数字源表12控制，且数字源表12输出模式关闭；
5、动态功率变化记录过程中或完成后均可选择结束数字源表12输出模式。
以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施示例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施示例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本实用新型的实施示例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (9)
1.一种石墨烯电热元件热性能测试系统，其特征在于，包括：
红外温度采集器(2)、机箱入风口(4)、风速控制器(5)、热电阻(6)、机箱出风口(7)、数据采集器(8)、计算机(9)、功率分析仪(11)、数字源表(12)、机箱(13)、进口风速计(14)、出口风速计(15)以及支撑装置(16)；
其中，支撑装置(16)固定在机箱(13)的底板上，用于固定待检测的石墨烯电热元件(1)，红外温度采集器(2)设置在机箱(13)的顶板的下表面且位于待检测的石墨烯电热元件(1)的上方，用于检测石墨烯电热元件本体温度，与计算机(9)连通并能将采集的数据传输给计算机(9)；
机箱(13)的一侧设置有机箱入风口(4)和另一侧设置有机箱出风口(7)，机箱入风口(4)和机箱出风口(7)中分别设置有进口风速计(14)和出口风速计(15)，分别用于测量机箱的入口风速和出口风速，在机箱入风口(4)和机箱出风口(7)至少之一中还设置有风机(17)，风速控制器(5)与该风机(17)电连接；
热电阻(6)设置在机箱(13)内部并且与数据采集器(8)连通，数据采集器(8)与计算机(9)连通；
待检测的石墨烯电热元件(1)依次连接数字源表(12)、功率分析仪(11)以及计算机(9)，通过数字源表(12)、功率分析仪(11)以及计算机(9)控制和记录待检测的石墨烯电热元件(1)的动态功率变化。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯电热元件热性能测试系统，其特征在于，还包括设置在机箱(13)上并且与红外温度采集器(2)连接的直流电源(3)。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯电热元件热性能测试系统，其特征在于，所述风机(17)为轴流风机或者离心风机。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯电热元件热性能测试系统，其特征在于，所述热电阻(6)包括两组，分别设置在机箱入风口(4)和机箱出风口(7)的附近。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯电热元件热性能测试系统，其特征在于，所述机箱出风口(7)为通风面积可调的风口。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯电热元件热性能测试系统，其特征在于，风速计设置有风速信号传输的红外接收器，所述风速控制器(5)内设置有红外接收仪，用于接收风速计传输的风速信号。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯电热元件热性能测试系统，其特征在于，所述红外温度采集器(2)包括触控单片机(2-1)、用于信号传输的红外接收器(2-2)，与所述触控单片机(2-1)进行接触的微型红外温度传感器(2-3)和用于调节微型红外温度传感器(2-3)视场的螺栓压簧结构(2-4)。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯电热元件热性能测试系统，其特征在于，所述功率分析仪(11)配置有GPIB数据接线，用于所述数字源表(12)进行动态功率采集。
9.根据权利要求1所述的一种石墨烯电热元件热性能测试系统，其特征在于，所述数字源表(12)配置有输出模式设定模块、输出模式启动模块、输出模式停止模块、输出参数显示模块及连接线接口。
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