CN2553379Y

CN2553379Y - 一种可快速测量隔热材料保温性能的仪器

Info

Publication number: CN2553379Y
Application number: CN 02243268
Authority: CN
Inventors: 王公华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2012-07-22

Abstract

本实用新型属于物理量测量技术领域，涉及一种可快速测量隔热材料保温性能的仪器。包括组装在一盒体内的恒温体、电热元件、温度传感器、两块热阻值已知且相等标准隔热材料层、与该隔热材料层相当面积的两片状温度传感器，以及各温度传感器的信号处理电路及显示器，其中，所说的恒温体安装在盒体中部，在该恒温体中嵌入所说的电热元件和温度传感器，在该恒温体的两测试表分别依次对称放置所说的标准隔热材料层及片状温度传感器；所说的显示器安装在盒体的前面板上。本实用新型可快速准确测量出隔热材料的保温性能，成本低宜于普及，可作为开发新产品的商家的一个有效开发工具，又可作为展示产品良好性能的得力手段。

Description

一种可快速测量隔热材料保温性能的仪器

技术领域

本实用新型属于物理量测量技术领域，特别涉及测量隔热材料保温性能的仪器设计。

背景技术

以往的保温效果测试仪，都是在恒温体外面直接覆盖被测物，通过测量输入恒温体电能的量求出被测材料的热阻。这些测试方法对加热电源和环境温湿度的稳定性要求很高。由于要测出输入恒温体电能的量，试验的时间就长。因此这些方法只能用于试验室。又由于对测试条件要求苛刻，测试时间长，造成所测数据重复性差和测试成本高难以普及。例如冬季服装常常采用一些隔热材料达到保暖的目的，其效果如何，除了穿在身上去体验外，就是在实验室里测量其热阻值。热阻值大，保暖效果就好，穿上就暖和；反之就不暖和。人们在商场里买服装的时候，只能凭商家所告知的保暖性能如何，去决定买与不买，很容易受商家的欺骗。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种可快速测量隔热材料保温性能的仪器，可快速准确测量出隔热材料的保温性能，成本低宜于普及，可作为开发新产品的商家的一个有效开发工具，又可作为展示产品良好性能的得力手段。

本实用新型设计出的一种可快速测量隔热材料保温性能的仪器，其特征在于，包括组装在一盒体内的恒温体、电热元件、温度传感器、两块热阻值已知且相等标准隔热材料层、与该隔热材料层相当面积的两片状温度传感器，以及各温度传感器的信号处理电路及显示器，其中，所说的恒温体安装在盒体中部，在该恒温体中嵌入所说的电热元件和温度传感器，在该恒温体的两测试表面分别依次对称放置所说的标准隔热材料层及片状温度传感器；所说的显示器安装在盒体的前面板上。

所说的两个片状温度传感器外侧还可安装两块金属板作为保护层；

所说的片状温度传感器为用一根细铜丝或铂丝制成的薄网。

所说的各温度传感器的信号处理及显示器均采用常规电路及通用元件组装而成，可安装在该盒体内的上下两端。

本实用新型的技术特点：

1.本实用新型与以往保温效果测试仪器的主要区别在于恒温体外面覆盖了一块标准热阻，当被测材料变换时，通过标准热阻的热流量随之变化，从而使标准热阻两侧的温度发生像变化，这个变化与材料的保温效果相关，也就得到了被测材料的热阻。

2.本实用新型在恒温体另一侧还必须有一块相同的标准热阻。这种结构可以有效地排除恒温体和环境温度波动对测量结果的影响。因此，本实用新型测试时间短，所得数据重复性好，便于普及，可以在一般环境中使用

3.本实用新型中的恒温体，可以设计成具有两个以上测量表面的形状，这就做到了可以同时测量两个以上试样。对商业的演示测量十分有用。

4.仪器中的片状传感器，在本实用新型中有十分重要的作用。由于要准确地测量表面温度，对其要求必须薄且能均匀地覆盖一个面。因为被测试样多是蓬松而不十分均匀的材料，传感器必须薄，才能比较准确地反映表面温度；被测试样的不均匀，使得其表面温度不均匀，传感器必须尽可能多地覆盖表面才能比较准确地反映表面平均温度。本实用新型的片状温度传感器不影响被测试样表层空气的流动状况，有利于减少测量误差。

附图说明

图1为本实用新型的实施例结构截面剖示图。

图2为本实施例的前面板示意图。

图3为本实施例的网状温度传感器示意图。

图4为本实施例的网状温度传感器(6、9)的显示电路原理图。

图5为本实施例的温度传感器(3)的信号控制及显示电路(一)原理图。

图6为本实施例的温度传感器(3)的信号控制及显示电路(二)原理图。

图7为本实施例的电源电路原理图。

图8为本实施例的应用示意图。

具体实施方式

本实用新型的实施例结构如图1、图2所示。本实施例整体为一盒体，盒中：1为恒温体，由导热良好的金属制成；2为电热元件；3为铂电阻温度传感器；4、11为标准隔热材料，由形状稳定、不易吸水的高分子材料制成，其热阻值已知且相等；6、9为网状温度传感器，其结构见图3，用一根细铜丝或铂丝14；5、10为金属板，起保护作用；7、8分别为网状温度传感器6、9的显示器，13为温度调节器，分别安装在盒体的前面板(如图2所示)；12为采用一般隔热材料制成的隔热层，起保温作用，其配合温度传感器3和电热元件2控制恒温体1的温度。盒体的上下两端安装有温度传感器的信号控制及显示电路。

图4为图1中网状温度传感器的显示器7、8的电路原理示意图。该电路由五部分组成，分别说明如下：

I为基凖电压源，由精密电压基凖IC TL431和R101、R102、R103组成。为运算放大器LM358提供基准电压；

II为取样电路，用来将图1中标准隔热材料与网状温度传感器6、9接触表面温度变化转换成相应电压变化。图中，Rt为图1中的网状温度传感器6、9；运算放大器1/2 LM358(IC101)和R104、Rt构成恒流源，为Rt提供稳定电流。

III为电压放大电路，用来将取样电路提供的电压信号进行放大，以满足下一级数字电压表部分A/D转换的需要。本级由运算放大器1/2 LM358(IC102)和R105、R106、C103组成。

IV为数字电压表部分，用来将电压放大电路传送过来的电压模拟量转换为数字量，并用数码管LED101-104显示出来。图中，7107为3位半数字电压表A/D转换集成电路IC，其它部分为外围电路。

V为-5V电压发生器电路，本电路将7107第38脚的本振信号进行放大、整流，为7107第26脚提供-5V电压。本级电路由6反相器4069和D101、D102、C104、C105组成。

图5为图1中温度调节器13的电原理示意图之一。图中：

I为基凖电压源，由精密电压基凖IC TL431和R201、R202、R203组成。为运算放大器LM358提供基准电压；

II为取样电路，用来将图1中恒温体1的温度变化转换成相应电压变化。图中，Rt为图1中的铂电阻温度传感器3；运算放大器1/2 LM358(IC201)和R204、Rt构成恒流源，为Rt提供稳定电流。

III为电压放大电路，用来将取样电路提供的电压信号进行放大，以满足下一级数字电压表部分A/D转换的需要。本级由运算放大器1/2 LM358(IC202)和R205、R206、C203组成。

IV为数字电压表部分，用来将电压放大电路传送过来的电压模拟量转换为数字量，并用数码管LED201-204显示出来。图中，7107为3位半数字电压表A/D转换集成电路IC，其它部分为外围电路。

V为-5V电压发生器电路，本电路将7107第38脚的本振信号进行放大、整流，为7107第26脚提供-5V电压。本级电路由6反相器4069和D201、D202、C204、C205组成。

VI为输出口，将数字信号传送到下级电路，作为单片机AT89C51调节控制温度的输入信号。由于3位半数字电压表的测量范围为-199.9MV～+199.9MV，用于测温时，其测量范围为-199.9℃～+199.9℃，本实用新型的使用范围为+25.0℃～+95.0℃，故只需将十分位、个位、十位，共三位传送给单片机AT89C51即达到要求。3位半数字电压表A/D转换集成电路7107的每一位输出为7位二进制码，需用七根线，因此输出口共有21根线。

图6为图1中温度调节器13的电原理示意图之二。图中：

I为输入口，接受图7输出口传送过来的数字信号，并传送给下一级片选电路。

II为片选电路，由三片8位三态总线缓冲器IC 74LS541组成。由于单片机AT89C51为8位机，因此，输入口传送过来的数字信号必须分三次传送，每次传送一位十进制数码。片选信号来自单片机AT89C51的P35、P36、P37，当P35为低电平，8位三态总线缓冲器IC301被选中，来自前级的十分位码被输入单片机AT89C51的P0口；同样，当P36、P37依次分别为低电平，8位三态总线缓冲器IC302、IC303依次分别被选中，来自前级的个位、十位数码分别被输入单片机AT89C51的P0口；至此单片机AT89C51完成了一次取数过程。

III为单片机及外围电路。IC304为单片机AT89C51，是温度控制电路的中心；SW301为8位打码开关，用来设定图1中恒温体1的温度，其设定值由单片机AT89C51的P1口输入。自P0口输入的图1中恒温体1的实际温度与P1口输入的温度设定值进行比较，用比较的结果确定输出口P30状态，当P30口低电平时图1中的电热元件2得电，对恒温体1进行加热；反之停止加热。恒温体1的实际温度与设定值进行比较的差值大小决定P30口低电平和高电平保持的时间比例，也就是决定了图1中的电热元件2得电与断电的时间比例。通过单片机AT89C51不断调整这个时间比例，会使恒温体1的实际温度只与其设定值保持极小偏差以保证用本实用新型所测数据具有良好的重复性。LED301-308显示P30口低电平和高电平保持的时间比例，便于使用者监视单片机AT89C51运行情况，IC305、IC306为六反相器4069，其作用是使P2口和LED301-308的电平匹配。

IV为输出电路。IC307为光电耦合器MOC3021，起耦合和隔离的作用。当单片机AT89C51的P30口低电平时，光电耦合器的LED导通，触发光电耦合器内的双向可控硅导通，从而使主双向可控硅T301导通，负载得电，恒温体1处于加热状态；反之P30口高电平时恒温体1处于停止加热状态。IC307光电耦合器MOC3021，使220V交流电与+5V隔离，保证了系统的安全。LED309为负载得电状态指示，便于使用者监视仪器运行情况。

图7为整流器电原理示意图。本电路为图6、7、8电路提供+5V直流电源。图中：L401、C401、C402、C403、C404、C405为低通滤波器，用于净化来电，保证仪器稳定工作；B301为具有静电隔离层的电源变压器，将交流220V变成9V，经D402-405桥式整流变成直流，再经C406-409电容滤波和IC401三端集成稳压电路7805变成稳定的+5V直流电源，供图4、5、6电路使用。LED401为仪器的交流220V电源指示灯。

本实施例的工作原理说明如下：

本实施例工作时直立放置，可置于一般室温环境中。假设室温为20℃，恒温体设定为50℃，此时热量传递的方向是由恒温体向环境散热。

根据传热理论，热流量与相关温差成正比；与相关热阻成反比。如公式(1)所示：

Q＝Δt/Rt……(1)

式中：Q-热流量(J/m²·h)

Δt-两表面温差(℃)

Rt-热阻(℃·m²·h/J)

图1中，由于两块标准隔热材料4、11热阻相等，故热流量Q相等，两块标准隔热材料4、11两表面温差Δt必然相等，两侧网状温度传感器6、9，所反应的温度为恒温体1温度与Δt之差，故6、9网状温度传感器的显示器7、8所显示的温度必然相等。

本实用新型可用于对两种保温材料进行相对测试，具体做法说明如下；

若在两侧覆盖两块热阻不同的被测材料15、16，如图8所示。由于左侧被测覆盖物热阻比右侧小，故左右两侧向空气中散热的热流量不相等，右侧热流量比左侧小，导致右侧标准隔热材料11上的温度降低比左侧少，使得右侧网状传感器9检测显示的温度比左侧高。换句话说，哪一侧网状传感器检测显示的温度高，哪一侧被测材料的热阻就大，保温效果就好。

这种比较式的检测方法，可广泛用于商品宣传及销售的各个环节。

本实用新型也可快速测出被测材料的热阻具体值，具体做法说明如下；

本实用新型采用两种方法，能快速测出其热阻值。

在测试仪的一侧(例如右侧)，从添加第一块标准隔热材料开始测量与左侧的温差，然后逐块添加标准隔热材料和测量，得到一组不同温差与已知热阻相对应的数据，画出曲线。当需要测一未知保温材料的热阻时，只需测出与左侧的温差，查表即可求出其热阻值。

Claims

1、一种可快速测量隔热材料保温性能的仪器，其特征在于，包括组装在一盒体内的恒温体、电热元件、温度传感器、两块热阻值已知且相等标准隔热材料层、与该隔热材料层相当面积的两片状温度传感器，以及各温度传感器的信号处理电路及显示器，其中，所说的恒温体安装在盒体中部，在该恒温体中嵌入所说的电热元件和温度传感器，在该恒温体的两测试表面分别依次对称放置所说的标准隔热材料层及片状温度传感器；所说的显示器安装在盒体的前面板上。

2、如权利要求1所说的仪器，其特征在于，所说的两个片状温度传感器外侧还安装有两块金属板作为保护层。

3、如权利要求1所说的仪器，其特征在于，所说的片状温度传感器为用一根细铜丝或铂丝制成的薄网。