一种玻璃真空度检测方法、装置及其服役寿命预测方法

1.本发明属于真空玻璃的真空度检测技术领域，具体涉及一种玻璃真空度检测方法、装置及其服役寿命预测方法。


背景技术：

2.真空玻璃是由两层低辐射玻璃和处于两层玻璃间的中真空夹层和吸气剂构成。真空玻璃夹层真空度很高，可以有效地减少空气传导传热和对流换热，是一种高效的保温材料。真空玻璃的性能及使用寿命的长短很大程度上取决于真空玻璃内部真空度的高低，所以真空玻璃内部的真空度是衡量真空玻璃质量的一个重要指标，真空度越高导热系数越低。目前市场上的真空玻璃仅能在出厂过程中在线检测，在产品保存以及使用过程中，由于材料本身放气或由于加工过程中除气不充分、安装不当等问题都会导致真空层的真空度降低。目前，有关真空玻璃夹层真空度的相关研究多采用破坏法和光谱分析法，前者需要损耗材料，后者需要昂贵的实验器材，均不利于人们的检测使用。


技术实现要素：

3.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的玻璃真空度检测方法、装置及其服役寿命预测方法。
4.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
5.一种玻璃真空度检测方法，该方法包括以下步骤，
6.获得由绝热材料环绕构成的中空腔体，所述中空腔体内放置有至少一组真空玻璃，所述真空玻璃的表面贴敷有加热源，所述加热源的表面贴敷有过渡板；
7.获得真空玻璃的非加热玻璃片外侧的温度，基于非加热玻璃片外侧的温度，获得真空玻璃的传递总热量；基于真空玻璃的传递总热量，获得真空玻璃夹层的真空度。
8.作为本发明的进一步优化方案，所述过渡板为另一真空玻璃，两组真空玻璃以加热源为中心对称设置。
9.作为本发明的进一步优化方案，所述加热源为恒温加热板，所述恒温加热板的表面大小与真空玻璃的表面大小相同。
10.作为本发明的进一步优化方案，设位于加热源上方的真空玻璃传递的总热量为q2，位于加热源下方的真空玻璃传递的总热量为q3，单位时间加热源总发热量为q1，q1＝q2 q3，且q2＝q3。
11.作为本发明的进一步优化方案，基于加热源单位时间的总发热量以及真空玻璃传递的总热量，获得一组真空玻璃中两层玻璃片内外的温度，基于上述温度，获得一组真空玻璃中两层玻璃片之间的残余气体热传导值q
33
，从而获得真空玻璃夹层的真空度。
12.作为本发明的进一步优化方案，基于一组真空玻璃，基于下式获得靠近加热源的玻璃片的内侧温度t2：
[0013][0014]
其中，δ1为单层玻璃厚度，λ2为玻璃热导率，t1为设定加热源的恒定温度，a为单层玻璃的横截面积；
[0015]
由t
1-t2＝t
3-t4，可得t3＝(t
1-t2) t4，其中，t3为远离加热源的玻璃片的内侧温度，t4为远离加热源的玻璃片的外侧温度。
[0016]
作为本发明的进一步优化方案，其中，所述残余气体热传导值q
33
＝q2/q
3-q
31-q
32-q
34
，其中，q
31
为一组真空玻璃中两层玻璃片之间的支撑物热传导值，q
32
为一组真空玻璃中两层玻璃片之间的残余气体热辐射值，q
34
为封边金属热传导值；
[0017]q31
＝na1h2(t
2-t3)；n为支撑物个数，a1为单个支撑物面积，h2为支撑物传热系数；其中，a为支撑物的半径，h2为支撑物的高度，λ3为支撑物材料的热导率；
[0018]
a2为残余气体面积，e为有效辐射系数；其中，e为表面材料的辐射系数，σ为辐射常数；
[0019]
λ4为封边金属材料热导率，a3为封边材料面积；
[0020]
p为真空夹层气压，摩尔质量常数rm＝8.314j/(mo l*k)，比热比m为气体摩尔质量，α
α
为总适应系数，且α1和α2为真空夹层上下面的温度适应系数。
[0021]
一种玻璃真空度检测装置，该装置包括支撑盒，所述支撑盒的上下端敞口设置，所述支撑盒的内部设置有上下移动的移动件，所述移动件的表面连接有支撑件，真空玻璃由支撑件支撑，所述支撑盒的表面固定连接有控制平台，所述控制平台的输出端与移动件输入端连接，所述控制平台控制移动件的上下移动，所述支撑盒的内部还设置有温度传感器组件，所述温度传感器组件监测真空玻璃的中心以及四边角的温度，所述支撑盒的内部还设置有加热源，所述加热源的输入端与控制平台的输出端控制连接。
[0022]
作为本发明的进一步优化方案，所述控制平台包括显示屏与控制按键，所述支撑盒的内壁设置于绝热材料，所述绝热材料设置于真空玻璃的四周。
[0023]
一种玻璃服役寿命预测方法，基于玻璃真空度检测方法，得到真空玻璃的真空度，获得一段时间内的真空玻璃的真空度值，基于lstm神经网络训练，预测得到该真空玻璃的服役寿命。
[0024]
本发明的有益效果在于：本发明可以通过设置的模型，对真空玻璃一侧恒温加热，
在半密封环境中使能量实现定向传递，对选定位置进行测温，通过热力学公式推导即可实现无损测量真空夹层的真空度，并且还可以将模型变形成一种对称传热的模型，有效的提高实验精度，并使得该方法在实际的使用中更加灵活；并且本发明还可以将一段时间内的测量值导入神经网络内训练，可以对未来的真空度做到预测；整个发明，结构简单，操作方便，使用灵活，便于真空玻璃真空度检测领域推广使用。
附图说明
[0025]
图1是本发明的传热过程结构示意图；
[0026]
图2是本发明的传热原理结构示意图；
[0027]
图3是本发明温度反馈控制示意图；
[0028]
图4是本发明装置部分整体结构示意图；
[0029]
图5是本发明装置部分支撑盒的俯视结构示意图；
[0030]
图6是本发明lstm神经网络训练过程框图；
[0031]
图7是本发明细胞记忆单元的结构示意图。
[0032]
图中：1、支撑盒；11、移动滑槽；12、移动件；13、支撑件；2、控制平台。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图对本技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本技术进行进一步的说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本技术作出一些非本质的改进和调整。
[0034]
实施例1
[0035]
如图1至图3所示，一种玻璃真空度检测方法，该方法包括以下步骤，
[0036]
获得由绝热材料环绕构成的中空腔体，所述中空腔体内放置有至少一组真空玻璃，所述真空玻璃的表面贴敷有加热源，所述加热源的表面贴敷有过渡板；
[0037]
获得真空玻璃的非加热玻璃片外侧的温度，基于非加热玻璃片外侧的温度，获得真空玻璃的传递总热量；基于真空玻璃的传递总热量，获得真空玻璃夹层的真空度。
[0038]
在实际的使用中，通过采集特定材质的过渡板的总热量，来配合加热源发出的总热量，可以来测算一块真空玻璃所传递的总热量，在本实施例中，所述过渡板为另一真空玻璃，两组真空玻璃以加热源为中心对称设置。同时，所述加热源为恒温加热板，所述恒温加热板的表面大小与真空玻璃的表面大小相同。采用该方式，使两组真空玻璃，形成了一个上下对称的传热模型，该模型可以通过对上下层的玻璃非加热侧测量温度求均值，有效的提高了实验精度；还可以在加热片上侧放置标准样品真空玻璃，下侧放置测试样品，以此进行实验对照；并且该传热模型结构可靠稳定，易于测量。
[0039]
具体的，设位于加热源上方的真空玻璃传递的总热量为q2，位于加热源下方的真空玻璃传递的总热量为q3，单位时间加热源总发热量为q1，即功率计示数，q1＝q2 q3，且q2＝q3。
[0040]
其中，基于加热源单位时间的总发热量以及真空玻璃传递的总热量，获得一组真空玻璃中两层玻璃片内外的温度，基于上述温度，获得一组真空玻璃中两层玻璃片之间的残余气体热传导值q
33
，从而获得真空玻璃夹层的真空度。该残余气体热传导值q
33
为下方的
真空玻璃，根据对称性，可以认为q2与q3传热过程完全相同，下仅论述下方的真空玻璃传热过程q3，上方的真空玻璃的传热过程q2同理。
[0041]
并且，q3可认为是该组真空玻璃的上层玻璃、中间真空夹层和下层玻璃的热流量，该组真空玻璃的上层玻璃热量传递只有玻璃热传导，因此，基于下式获得靠近加热源的玻璃片的内侧温度t2：
[0042][0043]
其中，δ1为单层玻璃厚度，λ2为玻璃热导率，t1为设定加热源的恒定温度，a为单层玻璃的横截面积；
[0044]
由于该组真空玻璃的上下方玻璃的传热过程相同，因此由t
1-t2＝t
3-t4，可得t3＝(t
1-t2) t4，其中，t3为远离加热源的玻璃片的内侧温度，t4为远离加热源的玻璃片的外侧温度。
[0045]
进一步的，真空夹层真空度高，热对流传递热量小，可忽略不计，由此，所述残余气体热传导值q
33
＝q
3-q
31-q
32-q
34
，其中，q
31
为一组真空玻璃中两层玻璃片之间的支撑物热传导值，q
32
为一组真空玻璃中两层玻璃片之间的残余气体热辐射值，q
34
为封边金属热传导值；
[0046]q31
＝na1h2(t
2-t3)；n为支撑物个数，a1为单个支撑物面积，h2为支撑物传热系数；其中，a为支撑物的半径，h2为支撑物的高度，λ3为支撑物材料的热导率；通常，支撑物采用柱体结构，因此，在本实施例中，支撑物又称为支撑柱。
[0047]
a2为残余气体面积，e为有效辐射系数；其中，e为表面材料的辐射系数；
[0048]
λ4为封边金属材料热导率，a3为封边材料面积；
[0049]
p为真空夹层气压，摩尔质量常数rm＝8.314j/(mo l*k)，比热比m为气体摩尔质量，α
α
为总适应系数，且α1和α2为真空夹层上下面的温度适应系数。
[0050]
在本实施例中，用真空夹层气压p来表示真空玻璃的真空度。
[0051]
实施例2
[0052]
如图4与图5所示，一种玻璃真空度检测装置，该装置包括支撑盒1，所述支撑盒1的上下端敞口设置，所述支撑盒1的内部设置有上下移动的移动件12，所述移动件12的表面连
接有支撑件13，真空玻璃由支撑件13支撑，所述支撑盒1的表面固定连接有控制平台2，所述控制平台2的输出端与移动件12输入端连接，所述控制平台2控制移动件12的上下移动，所述支撑盒1的内部还设置有温度传感器组件，所述温度传感器组件监测真空玻璃的中心以及四边角的温度，所述支撑盒1的内部还设置有加热源，所述加热源的输入端与控制平台2的输出端控制连接。
[0053]
所述控制平台2包括显示屏与控制按键，在本实施例中，显示屏可以显示内部传感器测得的温度数值，显示器上集成有type-c接口和指示灯，在本实施例中，支撑盒1的内壁表面开设有移动滑槽，移动滑槽内设置有升降轨道，该升降轨道采用链条式垂直升降机结构，可以通过控制按键来控制支撑件13的高度，指示灯能够在设备出现故障时报警闪烁，所述支撑盒1的内壁设置于绝热材料，所述绝热材料设置于真空玻璃的四周，保证能量只在垂直方向传递。
[0054]
具体的，加热源采用恒温加热片，需要加入温度实时反馈环节，从而控制电阻丝的加热。温度的测量采用pt100温度传感器，原理为根据不同的热敏电阻的阻值变化，在进行前置滤波、调零去偏移等操作后，使用adc芯片将模拟信号转化为数字信号，完成信号反馈。将功率仪与加热片串联，读取示数，根据焦耳定律，可认为该示数为加热片的发热功率。在实际的实用时，读取玻璃的初始温度和环境温度，之后开始加热，至加热片加热至恒定温度后，每10分钟读取一次水平传感器和竖直传感器的温度，加热片的发热功率。
[0055]
进一步的，由于加热片夹在上下层真空玻璃中间，而加热片侧面积较小且有绝热材料覆盖，所以可以忽略侧面的传热，加热片的发热功率可认为使向上方玻璃传热功率和向下方玻璃传热功率之和。在两块玻璃非加热侧的封边处、支撑柱处、中心处各放置一个温度测量仪，测得的温度取平均值即可认为是非加热侧冷板温度。
[0056]
实施例3
[0057]
如图6所示，一种玻璃服役寿命预测方法，基于实施例1中的检测方法，得到真空玻璃的真空度，获得一段时间内的真空玻璃的真空度值，基于lstm神经网络训练，预测得到该真空玻璃的服役寿命。
[0058]
所述的预测方法是通过热力学公式可将测得的温度转换为测量时间内等间隔的真空夹层真空度，根据所得数据，预测之后的长时间的真空度。当真空度小于一定值时刻，就是真空玻璃的服役寿命。这是一个典型的时间序列预测模型。目前，常见的时序预测算法有灰色模型算法、arima序列、指数平滑法、rnn神经网络、lstm神经网络等。其中，灰色模型精度较差，arima适用于周期性变化时间序列，指数平滑法只适用于一次二次型变化序列。而相较于rnn神经网络，lstm神经网络改善了rnn中存在的长期依赖问题，在具有固定成分的不稳定序列的预测上更加准确。而随着时间的增加，真空夹层缓慢出现漏气现象，气压呈现下降趋势，但不是简单的随时间呈一次或二次函数关系，故我们选用lstm时间序列。
[0059]
lstm网络通过加入细胞记忆单元有效地解决了rnn网络存在的梯度爆炸和梯度消散的问题。其中每一个细胞单元有三个门，分别为遗忘门、输入门和输出门，具体结构如图7所示，其中ht存储的记忆数据传入下一个细胞单元。
[0060]
进一步地，选用lstm神经网络可以得到较长时间真空夹层真空度的预测值，当预测值大于一定值(认为夹层气压大于1pa)时，真空玻璃失效，这个时间便是真空玻璃的服役寿命。
[0061]
需要说明的是，该一种玻璃真空度检测方法，在使用时，可以通过设置的模型，对真空玻璃一侧恒温加热，在半密封环境中使能量实现定向传递，对选定位置进行测温，通过热力学公式推导即可实现无损测量真空夹层的真空度，并且还可以将模型变形成一种对称传热的模型，有效的提高实验精度，并使得该方法在实际的使用中更加灵活；并且本发明还可以将一段时间内的测量值导入神经网络内训练，可以对未来的真空度做到预测；整个发明，结构简单，操作方便，使用灵活，便于真空玻璃真空度检测领域推广使用。
[0062]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0063]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0064]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0065]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
[0066]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。