一种用于墙体当量导热系数热流量测试的装置的制作方法

1.本实用新型涉及墙体导热系数测试装置技术领域，特别提供了一种用于墙体当量导热系数热流量测试的装置。


背景技术：

2.墙体当量导热系数热流量测试的装置，能够实现对构建墙体非匀质材料的导热系数的测量，墙体当量导热系数是保温材料主要热工性能之一，是鉴别材料保温性能质量的主要标志。近几年来，随着建筑节能法规的出台，我国对建筑节能越来越重视。因此，准确测定该参数是十分必要的，对于合理选材具有十分重要意义。墙体当量导热系数测定结果的准确度与热流量的测定有着密切的关系，因而准确测定热流量尤为重要。
3.现有技术中采用的墙体材料当量导热系数的热流量测试，其控制设计采用功率传感器测量系统的热流量，将功率传感器接入采集计量加热的加热功率，计算试件稳态时的热流量，跟据试件厚度、面积来计算导热系数，加热的功率有部分损失在试件与固定框衔接处(密封在好也有热量损失)，用功率传感器测量计量箱的电加热器的功率，计算墙体材料当量导热系数，存在的问题是，测试的功率比实际功率大，原因是墙体材料(试件)的加热功率，有一部分能源消耗在试件与固定框衔接的缝隙、防护箱与计量箱温差等上，测出的数据要进行修正，每个实验热量损失不同，导致实验数据不精确，重复性差，这种测控方式不仅操作复杂，而且为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计要求精度高，多余的功率消耗造成电能的浪费，尤其很难保证测试数据的准确性。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种用于墙体当量导热系数热流量测试的装置，以解决上述提出测试的功率比实际功率大，测试装置操作复杂，实验数据不精确，重复性差，浪费能源等问题。
5.本实用新型是这样实现的，提供一种用于墙体当量导热系数热流量测试的装置，包括热箱单元、冷箱单元、热流计片和控制单元，热箱单元包括计量加热单元和防护加热单元，冷箱单元包括冷箱加热单元和制冷单元，墙体材料试件一侧面分别与计量加热单元和热流计片分别连接，墙体材料试件另一侧面与冷箱加热单元连接，计量加热单元、防护加热单元、冷箱加热单元、制冷单元和热流计片均分别与控制单元连接。
6.优选地，所述计量加热单元包括计量加热器和计量温度传感器，所述防护加热单元包括防护制冷压缩机、温度平衡加热器和防护温度传感器，所述冷箱加热单元包括冷箱加热器和冷箱传感器，所述制冷单元包括制冷压缩机和冷箱内循环排风扇，所述墙体材料试件的一侧面与计量加热器通过导流屏连接，计量温度传感器设置在计量加热单元的四周，防护温度传感器设置在防护加热单元的四周，墙体材料试件的另一侧面与冷箱加热器通过导流屏连接，冷箱传感器设置在冷箱加热单元的四周，所述热流计片、计量温度传感器、防护温度传感器、冷箱传感器分别与所述控制单元的输入端连接，计量加热器、防护制
冷压缩机、温度平衡加热器、冷箱加热器、制冷压缩机和冷箱内循环排风扇均分别与控制单元的输出端连接。
7.进一步优选，所述计量温度传感器、所述防护温度传感器、所述冷箱传感器均设有5个，型号均为ds18b20。
8.进一步优选，所述控制单元包括控制模块、人机交互模块、通讯模块、温度采集模块、输入模块、热流信号放大模块、热流片信号采集模块、扩展模块、输出模块和调压模块，人机交互模块与控制模块双向连接，所述计量温度传感器、所述防护温度传感器、所述冷箱传感器与温度采集模块连接，温度采集模块与通讯模块连接，通讯模块与控制模块连接；热流片信号采集模块与所述热流计片连接，热流片信号采集模块、热流信号放大模块、输入模块顺次连接，输入模块与控制模块连接，控制模块、扩展模块、输出模块顺次连接，输出模块与调压模块双向连接，控制模块与所述计量加热单元、所述防护加热单元、所述冷箱加热单元、所述制冷单元分别连接。
9.进一步优选：
10.所述控制模块型号为松下fp
‑
x 14t；
11.所述人机交互模块为计算机；
12.所述通讯模块型号为松下afpx
‑
com4；
13.所述温度采集模块芯片为ltm8663；
14.所述输入模块型号为松下afpx
‑
a21；
15.所述热流信号放大模块为sg
‑
4014直流输入/输出模块；
16.所述扩展模块型号为afpx
‑
efp0
17.所述输出模块型号为松下fp0
‑
a04v；
18.所述输出模块型号为松下fp0
‑
a04v；
19.所述调压模块型号为tzdy。
20.进一步优选，在所述墙体材料试件的外侧，设有固定框。
21.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
22.取消了模拟信号采集卡和功率传感器，通过使用热流计片及其热流信号放大器来测量通过试件的热流量。当有热流通过热流传感器时，在热流计片的热阻层上产生了温度梯度，根据付立叶定律就可以准确的测量试件的热流量，根据墙体材料试件的面积，自动算出墙体材料当量的导热系数，提高了设备测量精度和重复性，提高了装置的检测效率，可缩短检测时间，降低系统功耗，节约能源；
23.实验结果显示用热流计片来测量通过试件的热流量在精度和重复性方面较原有用功率传感器测量有着显著的提升，并具有更广的应用，还可应用于导热系数测定仪、稳态热传递性质等测定装置。
24.本实用新型系统实现了自动控制，且安装方便，安全可靠，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力，并具有更广的应用，还可应用于导热系数测定仪、稳态热传递性质等测定装置。
附图说明
25.下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
26.图1为本实用新型各部分连接关系结构示意图；
27.图2为计量加热单元模块结构图；
28.图3为防护加热单元模块结构图；
29.图4为冷箱加热单元模块结构图；
30.图5为制冷单元模块结构图；
31.图6为本实用新型控制单元各部分连接关系结构示意图。
具体实施方式
32.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
33.参考图1
‑
图5，本实用新型提供一种用于墙体当量导热系数热流量测试的装置，包括热箱单元、冷箱单元、热流计片6和控制单元，热箱单元包括计量加热单元1和防护加热单元2，冷箱单元包括冷箱加热单元3和制冷单元4，墙体材料试件5一侧面分别与计量加热单元1和热流计片6分别连接，墙体材料试件5另一侧面与冷箱加热单元3连接，防护加热单元2对计量加热单元1进行防护加热保温，没有直接的连接关系，制冷单元4与冷箱加热单元3用于冷热对抗，保证温度稳定在设定值，二者没有直接连接关系，计量加热单元1、防护加热单元2、冷箱加热单元3、制冷单元4和热流计片6均分别与控制单元连接。
34.测试过程中，将墙体材料试件5夹设在计量加热单元1和冷箱加热单元3 之间，并且在墙体材料试件5与计量加热单元1连接的面上粘贴热流计片6，通过控制单元监测控制热箱单元和冷箱单元的温度，使温度保持稳定(热箱单元设定为25℃，冷箱单元设定为
‑
15℃)，通过热流计片6来测量通过墙体材料试件5的热流量，在热流计片6的热阻层上产生温度梯度，根据付立叶定律就可以准确的测量墙体材料试件5的热流量，根据墙体材料试件5的面积，自动算出墙体材料当量的导热系数。
35.热流计片6是在合金薄板的两个表面上贴金属箔，把热流测头本体作为一个差动的热电偶，选用热流测头为23.2w
·
m2/mv(≤100w
·
m2)。
36.采用热流计片6测量系统的热流量解决了现有产品在检测过程中，由于受环境温度及测量试件的安装等因素的影响，而导致检测结果不准确。
37.防护加热单元2的控温系统用来平衡计量加热单元1的温度变化，从而减少试件所在环境的热量损失，以达到试验稳定的状态，减少计量箱温度损失。
38.具体的，所述计量加热单元1包括计量加热器101和计量温度传感器102，所述防护加热单元2包括防护制冷压缩机201、温度平衡加热器202和防护温度传感器203，所述冷箱加热单元3包括冷箱加热器301和冷箱传感器302，所述制冷单元4包括制冷压缩机401和冷箱内循环排风扇402，所述墙体材料试件5 的一侧面与计量加热器101通过导流屏连接，计量温度传感器102设置在计量加热单元1的四周，防护温度传感器203设置在防护加热单元2的四周，墙体材料试件5的另一侧面与冷箱加热器301通过导流屏连接，冷箱传感器302设置在冷箱加热单元3的四周，所述热流计片6、计量温度传感器102、防护温度传感器203、冷箱传感器302分别与所述控制单元的输入端连接，计量加热器101、防护制冷压缩机201、温度平衡加热器202、冷箱加热器301、制冷压缩机 401和冷箱内循环排风扇402均分别与控制单
元的输出端连接。
39.测试过程中，计量温度传感器102、防护温度传感器203、冷箱传感器302 将其所在的不同位置的温度传输给控制单元，控制单元根据实际数据与设定数据的对比，从而控制计量加热器101、防护制冷压缩机201、温度平衡加热器202、冷箱加热器301、制冷压缩机401和冷箱内循环排风扇402对应的动作，使热箱单元、冷箱单元的温度维持在稳定状态，使墙体材料试件5的热传导稳定发生。
40.优选的，为了实现温度测量的均匀性以及准确性，所述计量温度传感器102、所述防护温度传感器203、所述冷箱传感器302均设有5个，型号均为ds18b20。 ds18b20是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号。
41.参考图6，作为控制单元的一种具体的实施例，所述控制单元包括控制模块 7、人机交互模块8、通讯模块9、温度采集模块10、输入模块11、热流信号放大模块12、热流片信号采集模块13、扩展模块14、输出模块15和调压模块16，人机交互模块8与控制模块7双向连接，所述计量温度传感器102、所述防护温度传感器203、所述冷箱传感器302与温度采集模块10连接，温度采集模块10 与通讯模块9连接，通讯模块9与控制模块7连接；热流片信号采集模块13与所述热流计片6连接，热流片信号采集模块13、热流信号放大模块12、输入模块11顺次连接，输入模块11与控制模块7连接，控制模块7、扩展模块14、输出模块15顺次连接，输出模块15与调压模块16双向连接，控制模块7与所述计量加热单元1、所述防护加热单元2、所述冷箱加热单元3、所述制冷单元 4分别连接。
42.控制过程中，温度采集模块10接收计量温度传感器102、防护温度传感器 203、冷箱传感器302采集的对应位置的温度，然后将温度数据通过通讯模块9 传递给控制模块7；热流片信号采集模块13采集热流片计6上的热信号，将试件热能(w
·
m2)转化为电压信号(mv)，通过热流信号放大模块12转化为电压(v)信号，由输入模块11将模拟信号a转换为数字信号d发送给控制模块 7，控制模块7对数据进行运算处理后，通过输出模块15发送给调压模块16，从而对调压模块16的各调压部分的输出进行闭环pid调节，最终由控制模块7 向计量加热单元1、所述防护加热单元2、所述冷箱加热单元3、所述制冷单元 4发出控制指令，在人机交互模块8完成界面显示、数据处理和输出检测报告。
43.热流片信号采集模块13采集热流量为w(23.2w
·
m2/mv)，被测墙体材料试件6的面积为s(m2)，通过热流信号放大模块12放大、滤波，以及转换操作，转换为与模拟信号对应的数字信号，由输入模块15进行a/d转换发送给控制模块7进行数据处理，然后根据试件的面积、温度与电压的关系，进而获得墙体材料当量导热系数的值。
44.优选的：
45.所述控制模块7型号为松下fp
‑
x 14t，fp
‑
x 14t编程简单方便，功能强，适应性强，抗干扰能力强，维修方便，性价比高；
46.所述人机交互模块8为计算机，计算机通过rs232端口与控制模块7连接；
47.所述通讯模块9型号为松下afpx
‑
com4，afpx
‑
com4具有rs485、rs232 双向通道；
48.所述温度采集模块10芯片为ltm8663，ltm8663由8个通道组成，每个通道最多可接64个传感器。传感器和处理器采用1
‑
wire总线连接方式；
49.所述输入模块11型号为松下afpx
‑
a21；
50.所述热流信号放大模块12为sg
‑
4014直流输入/输出模块，sg4014模块采用最新隔
离技术，在低功率消耗以及其精确的宽范围操作环境下工作，规格输入电压0
‑
10mv，输出电压0
‑
10v，不易受到环境参量的影响，抗干扰能力强，确保测试的准确度；
51.所述热流片信号采集模块13型号为rlgt，规格为23.2w
·
m2/mv(≤100w ·
m2)；
52.所述扩展模块14型号为afpx
‑
efp0；
53.所述输出模块15型号为松下fp0
‑
a04v，fp0
‑
a04v具有4个通道；
54.所述调压模块16型号为tzdy，ac220v indc0
‑
10v outdc0
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200v 0.6a。
55.为了方便设置，作为技术方案的改进，在所述墙体材料试件5的外侧，设有固定框。
56.上面结合附图对本实用新型的实施方式做了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。