一種相變材料冷熱循環實驗儀器的製造方法
2023-10-11 20:25:19 3
一種相變材料冷熱循環實驗儀器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種相變材料冷熱循環實驗儀器。包括用於支撐導軌和充當樣品室軌道的支架，用於帶動樣品室運動的導軌，用於控制導軌並將樣品數據上傳至計算機的單片機，用於監控、計數和判斷實驗狀態的計算機。本發明優點:本實驗儀器創造性的增加了固定相變材料相變時間惡化程度的情況下進行循環實驗的模式，能耗低，全程自動化，且完成一定循環次數速度快，溫度測定精確，各部分模塊化易於維修。
【專利說明】一種相變材料冷熱循環實驗儀器
【技術領域】
[0001]本發明屬於相變材料熱耐久性測試【技術領域】，特別涉及一種相變材料冷熱循環實驗儀器。
【背景技術】
[0002]相變材料廣義的來說是在特定溫度時會發生物態變化的材料的總稱。實際情況中，目前能應用到實際中的相變材料需要滿足以下幾點:
[0003]I)蓄熱量大。相變潛熱高，在相變過程中能儲存或釋放更多的熱量。
[0004]2)相變溫度適宜。溫度必須適合具體應用的要求。
[0005]3)形核率高，凝固時無過冷現象，熔化和凝固基本在同一溫度區間。
[0006]4)適宜的導熱係數。大多數場合要求相變材料具有較高的導熱率，以使熱量可以快速地儲存和釋放。
[0007]5)穩定性好，相變過程必須完全可逆，在多組分時，各組分間的結合要牢固，不能發生離析、分解及其它變化。
[0008]6)相變材料的密度大，比熱容大，膨脹收縮性小，可以降低容器成本。
[0009]7)無毒、無腐蝕,不易燃易爆,對建築物或包裹材料無破壞作用。
[0010]8)在冷、熱狀態下或固、液狀態下，材料的體積變化小，不發生過冷(或過冷度很小)現象。
[0011]9)來源豐富、價格便宜，方便回收再利用，生態友好、使用壽命長。
[0012]耐久性是相變材料一項非常重要的性能。相變材料在相變時還可能發生體積變化、相分離等現象。在現實應用中的相變材料，特別是複合相變材料，因為內部相變材料的體積變化會對外層的包裹層產生循環的往復應力，久而久之，外層的包裹材料就會產生疲勞、裂縫，導致內層的相變材料洩漏，從而引起相變材料熱性能的變化。所以，研究相變材料的耐久性對於相變材料的推廣、應用有著重要的意義。
[0013]傳統手工操作時，一般通過將相變材料循環置於冷熱介質中達到冷熱循環的目的。這樣的實驗方式不夠精確，誤差大，耗時長。目前相關研究的實驗裝置存在設計較複雜，集成度高但沒有使用模塊化理念，維修難度大的缺點。
【發明內容】
[0014]發明目的:為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種能自動地完成材料熱循環的相變材料冷熱循環實驗儀器。並且此儀器採用模塊化設計，簡單易維護。
[0015]技術方案:本發明提供的一種相變材料冷熱循環實驗儀器，包括絲杆滑臺、支撐絲杆滑臺的架臺、位於絲杆滑臺中的滑塊、分別位於滑塊兩側的第一紅外傳感器和第二紅外傳感器、位於絲杆滑臺上驅動滑塊運動的電機、與電機相連的單片機、與單片機通過信號傳輸線連接的計算機，所述架臺上設有軌道，軌道上設有樣品室，所述滑塊上掛載溫度探頭，所述溫度探頭插於所述樣品室中；所述第一紅外傳感器和第二紅外傳感器輸出檢測信號至單片機；所述溫度探頭輸出檢測信號至單片機；所述單片機輸出控制信號至電機。
[0016]進一步地，所述架臺兩側分別設有第一斜面和第二斜面。
[0017]進一步地，所述第一斜面置於熱水浴槽中，所述第二斜面置於冷水浴槽中。
[0018]進一步地，所述樣品室可以是一個或者多個。
[0019]其中，第一紅外傳感器檢測滑塊在右邊的行進距離，第二紅外傳感器檢測滑塊在左邊的行進距離，溫度探頭探測樣品室中樣品的溫度，第一紅外傳感器和第二紅外傳感器輸出檢測信號至單片機；溫度探頭輸出檢測信號至單片機，單片機將滑塊位置、狀態、溫度探頭的檢測數據傳輸至計算機，由計算機通過程序綜合處理之後做出判斷，電機的運動指令由單片機下發。
[0020]一種相變材料冷熱循環實驗控制方法，包括以下兩種模式:
[0021]模式一:
[0022]步驟一，設定冷水浴限溫、熱水浴限溫、循環次數；
[0023]步驟二，判定循環次數是否達標，是則終止實驗，否則至步驟三；
[0024]步驟三，判定樣品室位置是否在冷水浴槽中，是則檢測樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動至冷水浴槽中並檢測樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否低於冷水浴限溫，是則樣品室移動到熱水浴槽中並至步驟四，否則繼續判定樣品室中樣品溫度是否低於冷水浴限溫；
[0025]步驟四，判定樣品室是否在熱水浴槽中，是則檢測樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動至熱水浴槽中並檢測樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否高於熱水浴限溫，是則至步驟二，否則繼續判定樣品室中樣品溫度是否高於熱水浴限溫；
[0026]模式二:
[0027]步驟一，設定冷水浴限溫、熱水浴限溫、惡化程度；
[0028]步驟二，判定相變時間是否達標，是則終止實驗，否則至步驟三；
[0029]步驟三，判定樣品室位置是否在冷水浴槽中，是則開始測溫並計時，否則移動樣品室位置至冷水浴槽中並檢測樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否低於冷水浴限溫，是則樣品室移動到熱水浴槽中並至步驟四，否則繼續判定樣品室中樣品溫度是否低於冷水浴限溫；
[0030]步驟四，判定樣品室是否在熱水浴槽中，是則檢測樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動至熱水浴槽中並檢測樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否高於熱水浴限溫，是則至步驟二，否則繼續判定樣品室中樣品溫度是否高於熱水浴限溫。
[0031]其中，上述冷水浴限溫低於相變材料相變點2?5°C，所述熱水浴限溫高於相變材料的相變點2?5°C。
[0032]其中，上述惡化程度是指某一次相變時間佔第一次相變時間的百分數。
[0033]有益效果:相對於現有技術，本發明的優點:
[0034]1、本發明實驗儀器可以在設定上下限溫度、循環次數或者惡化程度的情況下，自動快速的進行熱循環，極大的提聞實驗效率；
[0035]2、本實驗儀器的實驗溫度範圍為-20攝氏度到100攝氏度、溫度測試精度為0.1攝氏度；
[0036]3、本實驗可設定在固定相變時間衰減程度的情況下進行實驗，創造性的得出相變材料相變能力衰減到一定程度的循環次數，為相變材料的實際應用提供了重要的參考數據；
[0037]4本實驗裝置設計較簡單，採用模塊化設計，本實驗儀器創造性的增加了固定相變材料相變時間惡化程度的情況下進行循環實驗的模式，能耗低，全程自動化，且完成一定循環次數速度快，溫度測定精確，各部分模塊化易於維修。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1是本發明的結構示意圖。其中:1.電動機，2.架臺，3.滑塊，4-1.第一紅外傳感器，4-2.第二紅外傳感器，5.絲杆滑臺，6.溫度探頭，7.樣品室，8.計算機，9.單片機，10-1第一斜面，10-2第二斜面；
[0039]圖2是本發明計算機相變材料冷熱循環實驗控制方法模式一流程圖；
[0040]圖3是本發明計算機相變材料冷熱循環實驗控制方法模式二流程圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖對本發明做出進一步說明。
[0042]實施例1
[0043]本相變材料冷熱循環實驗儀器，包括絲杆滑臺5、支撐絲杆滑臺5的架臺2、位於絲杆滑臺5中的滑塊3、分別位於滑塊3兩側的第一紅外傳感器4-1和第二紅外傳感器4-2、位於絲杆滑臺5上驅動滑塊3運動的電機1、與電機I相連的單片機9、與單片機9通過信號傳輸線連接的計算機8，架臺2上設有軌道，軌道上設有樣品室7，滑塊3上掛載溫度探頭
6,溫度探頭6插於樣品室7中；第一紅外傳感器4-1和第二紅外傳感器4-2輸出檢測信號至單片機9 ;溫度探頭6輸出檢測信號至單片機9 ;單片機9輸出控制信號至電機1，架臺2兩側分別設有第一斜面10-1和第二斜面10-2 ;第一斜面10-1置於熱水浴槽中，所述第二斜面10-2置於冷水浴槽中。
[0044]上述相變材料冷熱循環實驗儀器的控制方法，包括以下兩種模式:
[0045]模式一:
[0046]步驟一，設定冷水浴限溫、熱水浴限溫、循環次數；
[0047]步驟二，判定循環次數是否達標，是則終止實驗，否則至步驟三；
[0048]步驟三，判定樣品室位置是否在冷水浴槽中，是則檢測樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動至冷水浴槽中並檢測樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否低於冷水浴限溫，是則樣品室移動到熱水浴槽中並至步驟四，否則繼續判定樣品室中樣品溫度是否低於冷水浴限溫；
[0049]步驟四，判定樣品室是否在熱水浴槽中，是則檢測樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動至熱水浴槽中並檢測樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否高於熱水浴限溫，是則至步驟二，否則繼續判定樣品室中樣品溫度是否高於熱水浴限溫；
[0050]模式二:
[0051]步驟一，設定冷水浴限溫、熱水浴限溫、惡化程度；
[0052]步驟二，判定相變時間是否達標，是則終止實驗，否則至步驟三；
[0053]步驟三，判定樣品室位置是否在冷水浴槽中，是則開始測溫並計時，否則移動樣品室位置至冷水浴槽中並檢測樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否低於冷水浴限溫，是則樣品室移動到熱水浴槽中並至步驟四，否則繼續判定樣品室中樣品溫度是否低於冷水浴限溫；
[0054]步驟四，判定樣品室是否在熱水浴槽中，是則檢測樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動至熱水浴槽中並檢測樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否高於熱水浴限溫，是則至步驟二，否則繼續判定樣品室中樣品溫度是否高於熱水浴限溫。
[0055]惡化程度:某一次相變時間佔第一次相變時間的百分數。
[0056]本儀器具體實驗控制方法:
[0057]運行恆溫水浴槽，一個設定在冷水浴槽，一個設定在熱水浴槽。冷水浴槽的溫度低於相變材料的相變點，熱水浴槽高於相變材料的相變點。將儀器架臺2的第一斜面10-1置於熱水浴槽中，第二斜面10-2置於冷水浴槽中。打開串口，確認單片機9與計算機8的通信成功。選擇使用的儀器模式，若選擇模式一則設置相變次數，若選擇模式二則設置相變時間惡化程度。設置熱水浴限溫，略高於相變材料的相變點2攝氏度左右，設置冷水浴限溫，略低於相變材料相變點2攝氏度左右。將相變材料放入樣品室7，注意要讓溫度探頭6浸沒在樣品中。點擊程序中的開始測試，儀器自動運行。聽到程序提示音，完成實驗，記錄初試相變時間、最終相變時間、最終循環次數等數據。收好樣品儀器等。
[0058]實驗例:脲醛樹脂石蠟微膠囊相變材料的熱耐久性實驗
[0059]相變材料的相變範圍為27攝氏度左右，潛熱值為130kJ/kg。設定熱水浴槽溫度60攝氏度，冷水浴槽溫度5攝氏度。程序界面設置模式二:惡化程度60%。設置熱水浴限溫29攝氏度，冷水浴限溫25攝氏度。取樣品20g，放入樣品室7，按下計算機9程序上的開始按鈕，儀器開始工作。程序發出提示音，實驗完成，得出初試相變時間86秒，最終相變時間42秒，最終循環次數352次。拿出樣品室7中的樣品，放入指定樣品袋，收好儀器。
[0060]在此實例中，完成一次循環大概需要4分鐘,完成352次循環大約需要24小時,一天不到可完成實驗。通常情況下人工操作一天只能做50次左右，且需要人一直操作。使用次儀器不但免去了人力勞動，且更加精確，並可得到惡化程度一定的條件下的循環次數，這一人工操作很難得到的數據。
[0061]以上說明僅用於說明本發明，各部件的結構和傳動方式都是可以改變的，任何本專業內的人員在本發明的基礎上進行的變換和改進，均不排除在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種相變材料冷熱循環實驗儀器，其特徵在於:包括絲杆滑臺(5)、支撐絲杆滑臺(5)的架臺(2)、位於絲杆滑臺(5)中的滑塊(3)、分別位於滑塊(3)兩側的第一紅外傳感器(4-1)和第二紅外傳感器(4-2)、位於絲杆滑臺(5)上驅動滑塊(3)運動的電機(I)、與電機(I)相連的單片機(9)、與單片機(9)通過信號傳輸線連接的計算機(8)，所述架臺(2)上設有軌道，軌道上設有樣品室(7)，所述滑塊(3)上掛載溫度探頭(6)，所述溫度探頭(6)插於所述樣品室(7)中；所述第一紅外傳感器(4-1)和第二紅外傳感器(4-2)輸出檢測信號至單片機(9);所述溫度探頭(6)輸出檢測信號至單片機(9);所述單片機(9)輸出控制信號至電機(I)。
2.根據權利要求1所述的一種相變材料冷熱循環實驗儀器，其特徵在於:所述架臺(2)兩側分別設有第一斜面(10-1)和第二斜面(10-2)。
3.根據權利要求2所述的一種相變材料冷熱循環實驗儀器，其特徵在於:所述第一斜面(10-1)置於熱水浴槽中，所述第二斜面(10-2)置於冷水浴槽中。
4.根據權利要求1所述的一種相變材料冷熱循環實驗儀器，其特徵在於:所述樣品室(7)可以是一個或者多個。
5.一種相變材料冷熱循環實驗控制方法，其特徵在於:包括以下兩種模式: 模式一: 步驟一，設定冷水浴限溫、熱水浴限溫、循環次數； 步驟二，判定循環次數是否達標，是則終止實驗，否則至步驟三； 步驟三，判定樣品室位置是否在冷水浴槽中，是則檢測樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動至冷水浴槽中並檢測樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否低於冷水浴限溫，是則樣品室移動到熱水浴槽中並至步驟四，否則繼續判定樣品室中樣品溫度是否低於冷水浴限溫； 步驟四，判定樣品室是否在熱水浴槽中，是則檢測樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動至熱水浴槽中並檢測樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否高於熱水浴限溫，是則至步驟二，否則繼續判定樣品室中樣品溫度是否高於熱水浴限溫； 模式二: 步驟一，設定冷水浴限溫、熱水浴限溫、惡化程度； 步驟二，判定相變時間是否達標，是則終止實驗，否則至步驟三； 步驟三，判定樣品室位置是否在冷水浴槽中，是則開始測溫並計時，否則移動樣品室位置至冷水浴槽中並檢測樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否低於冷水浴限溫，是則樣品室移動到熱水浴槽中並至步驟四，否則繼續判定樣品室中樣品溫度是否低於冷水浴限溫； 步驟四，判定樣品室是否在熱水浴槽中，是則檢測樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動至熱水浴槽中並檢測樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否高於熱水浴限溫，是則至步驟二，否則繼續判定樣品室中樣品溫度是否高於熱水浴限溫。
6.根據權利要求5所述的一種相變材料冷熱循環實驗控制方法，其特徵在於:所述冷水浴限溫低於相變材料相變點2?5°C，所述熱水浴限溫高於相變材料的相變點2?5°C。
【文檔編號】G01N25/02GK103940691SQ201410134545
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月3日 優先權日:2014年4月3日
【發明者】李敏, 劉健鵬, 吳智深, 陳錦祥 申請人:東南大學