可测量不同承压状态下建筑保温材料导热系数的测定仪

技术领域

本发明涉及变速器技术领域，具体涉及一种可测量不同承压状态下建筑保温材料导热系数的测定仪。

背景技术

随着科学技术的发展和物质生活水平的提高，人们对室内居住环境的要求日益高涨，能源的匮乏以及建筑总能耗逐年增长让人们对建筑保温材料领域的发展更加关注。针对建筑围护结构节能环保的需求，需要确切掌握建筑保温材料的热物性能参数，尤其是对材料有效导热系数的测量。常见的建筑保温材料有效导热系数的测量方法中，为了减少被测试块与测量仪器之间的接触热阻，通常将被测材料和测试仪器连接后，适当施加一定的压力，使得导热胶更好地填充接触面的空气间隙，增加接触面积，有效地提高测量的准确性和可靠性。根据玻璃棉不同受压高度下导热系数的变化情况，在受压高度为5cm时，玻璃棉各个温度下平均导热系数为0.044W/(m·K)，而被压缩至2cm时，平均导热系数增长至0.091W/(m·K)，由此可见，对于玻璃棉、岩棉等受力易产生形变类的建材来说，形变后材料自身的结构和孔隙率会发生改变，进而影响其导热系数的变化。在实际应用中，建筑保温材料大多都处于承压状态，而现有的导热系数测定仪器并不能反应建筑保温材料导热系数与所受应力大小之间的关系。因此，有必要针对实际承压状态下的建筑材料的导热系数展开研究。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种可测量不同承压状态下建筑保温材料导热系数的测定仪，解决现有技术中的装置测量导热系数不准确的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：一种可测量不同承压状态下建筑保温材料导热系数的测定仪，包括测定壳体，还包括安装在测定壳体内的冷板单元和热板单元。

所述的测定壳体总体呈圆柱体形，所述的测定壳体包括顶板、固定支架以及安装在顶板和固定支架之间的防护壳体，所述的顶板能够在防护壳体内沿防护壳体的轴线方向移动。

所述的冷板单元包括依次连接的冷板固定座、冷板加热膜和冷板本体，所述的冷板固定座安装在顶板上朝向固定支架一侧。

所述的热板单元包括依次连接的热板固定座、热板加热膜和热板本体，所述的热板固定座安装在顶板固定支架上朝向顶板一侧。

所述的冷板单元和热板单元之间形成实验腔。

所述的可测量不同承压状态下建筑保温材料导热系数的测定仪还包括安装在测定壳体顶部的压力单元。

所述的压力单元包括竖直安装在防护壳体上的支撑板，还包括安装在支撑板上的导轨。

所述的导轨上安装有滑块，滑块上安装有螺杆，所述的螺杆一端与滑块连接，另一端与顶板连接。

所述的螺杆上还套接有旋转式螺母，所述的旋转式螺母通过驱动单元驱动。

所述的可测量不同承压状态下建筑保温材料导热系数的测定仪还包括测量单元，所述的测量单元包括：安装在螺杆上的压力传感器、安装在实验腔内的热流传感器、安装在冷板本体上的冷板温度传感器、安装在热板本体上的热板温度传感器和安装在螺杆底部的压力传感器。

本发明还具有如下技术特征：

所述的冷板固定座、冷板加热膜和冷板本体由冷板支座螺杆固定，所述的冷板支座螺杆由冷板本体向冷板加热膜方向贯穿冷板本体、冷板固定座和冷板加热膜并穿出顶板，冷板支座螺杆穿出顶板的一端套接有支座螺母。

所述的热板固定座、热板加热膜和热板本体由热板支座螺杆固定，所述的热板支座螺杆由热板本体向热板加热膜方向贯穿热板固定座、热板加热膜和热板本体并固定在固定支架上。

所述的防护壳体通过沿防护壳体自身轴线方向贯穿防护壳体壁的支架螺杆与固定支架连接。

支架螺杆穿出防护壳体顶部的一端安装有支架螺母。

所述的驱动单元包括安装在支撑板上的伺服电机和安装在伺服电机输出轴上的皮带轮，所述的皮带轮上还绕接有皮带，所述的皮带也绕接在旋转式螺母上。

所述的防护壳体内部安装有壳体加热膜。

所述的导轨上安装有卡位扣。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的可测量不同承压状态下建筑保温材料导热系数的测定仪，通过传感器可以精准地向被测试件施加不同压力负荷，通过位移传感器可以实现对待测试件厚度的自动测量，通过试件与仪器的紧密接触减少接触热阻，测量不同承压状态下建筑保温材料的导热系数，确定建筑保温材料导热系数与所受应力大小之间的关系，有效的减少手动测量过程中的实验误差。

(Ⅱ)本发明的导热系数测试仪，通过防护壳体内壁的加热膜可以有效地确保测试环境的稳定性，防护壳体内富余的空隙小，测量精度高。

(Ⅲ)本发明的导热系数测试仪，测试速度快，设备操作简单。

附图说明

图1为本发明的总体结构爆炸图。

图2为本发明的局部剖视示意图。

图3为本发明的压力单元结构示意图。

附图中各个标号含义：

1-测定壳体，2-冷板单元，3-热板单元，4-压力单元，5-测量单元，6-试件。

1-1顶板，1-2固定支架，1-3防护壳体。

2-1冷板固定座，2-2冷板加热膜，2-3冷板本体，2-4冷板支座螺杆，2-5支座螺母。

3-1热板固定座，3-2热板加热膜，3-3热板本体，3-4热板支座螺杆。

4-1支撑板，4-2导轨，4-3滑块，4-4螺杆，4-5旋转式螺母，4-6驱动单元。

5-1位移传感器，5-2热流传感器，5-3冷板温度传感器，5-4热板温度传感器，5-5压力传感器。

4-6-1伺服电机，4-6-2皮带轮，4-6-3皮带。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本发明中的所有部件，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的部件。

常见的导热系数测量方法有热流计法、热脉冲法、热线法等。热流计法采用已计量的热流传感器测量试件的热流，通过测量试件厚度、冷热板间的温度梯度来计算材料的导热系数，该方法测试速度快，易操作，测量结果较精确，但其测量范围有限，并且需要保证试件与面板紧密接触，重现性较差。热脉冲法通过在材料中施加一个短暂的热脉冲，然后测量脉冲传播过程中的温度变化来计算热导系数，该种方法测定时间短，对样品加工要求较高，测定结果重复性偏低，误差一般达到10％左右，测定样品的初始外界温度和试验过程外界温度要求恒定，故对试验室温度要求较高。热线法在材料中插入一根细长的加热线，通过测量线上的温度变化来计算热导系数，测量速度快，热线法假设材料是均匀的，而对于非均匀材料，如多层复合材料或多孔材料，热线法的测量结果误差较大。防护热流计法在热流计法的基础上增加了防护板，有效地提高了测试精度和量程，很好地弥补了热流计法易受环境影响的不足，因此，基于防护热流计法设计研发一种可测量不同承压状态下建筑保温材料导热系数的测定仪，对科学研究和生产实践具有很高的参考价值，同时也对建筑节能和测试领域也有重要意义。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种可测量不同承压状态下建筑保温材料导热系数的测定仪，如图1-图3所示，包括测定壳体1，还包括安装在测定壳体1内的冷板单元2和热板单元3。

所述的测定壳体1总体呈圆柱体形，所述的测定壳体1包括顶板1-1、固定支架1-2以及安装在顶板1-1和固定支架1-2之间的防护壳体1-3，所述的顶板1-1能够在防护壳体1-3内沿防护壳体1-3的轴线方向移动。

防护壳体1-3为圆柱体，四根支架螺杆1-4上端设置有螺纹贯穿于防护壳体1-3，并通过支架螺母1-5将防护壳体1-3与固定支架1-2相固定。

所述的冷板单元2包括依次连接的冷板固定座2-1、冷板加热膜2-2和冷板本体2-3，所述的冷板固定座2-1安装在顶板1-1上朝向固定支架1-2一侧。

冷板单元2中，冷板加热膜2-2与冷板本体2-3的形状一致，通过冷板支座螺杆2-4和支座螺母2-5将其安装在冷板本体2-3与冷板固定座2-1之间。

所述的热板单元3包括依次连接的热板固定座3-1、热板加热膜3-2和热板本体3-3，所述的热板固定座3-1安装在顶板1-1固定支架1-2上朝向顶板1-1一侧。

所述的冷板单元2和热板单元3之间形成实验腔。

热板本体3-3和冷板本体2-3中间均设置有热板温度传感器5-4和冷板温度传感器5-3，热板温度传感器5-4和冷板温度传感器5-3采用T型热电偶，其输出电信号通过信号采集和传输输送至控制器，通过控制器实现对热板本体3-3和冷板本体2-3的温度控制。热板固定座3-1和冷板固定座2-1起固定和支撑的作用。

热板单元3与冷板单元2构造一致，冷板加热膜2-2与热板加热膜3-2为热源，热源均采用片状电加热器。

所述的可测量不同承压状态下建筑保温材料导热系数的测定仪还包括安装在测定壳体1顶部的压力单元4。

所述的压力单元4包括竖直安装在防护壳体1-3上的支撑板4-1，还包括安装在支撑板4-1上的导轨4-2。

所述的导轨4-2上安装有滑块4-3，滑块4-3上安装有螺杆4-4，所述的螺杆4-4一端与滑块4-3连接，另一端与顶板1-1连接。

所述的螺杆4-4上还套接有旋转式螺母4-5，所述的旋转式螺母4-5通过驱动单元4-6驱动。

所述的可测量不同承压状态下建筑保温材料导热系数的测定仪还包括测量单元5，所述的测量单元5包括：

安装在螺杆4-4上的位移传感器5-1。

安装在实验腔内的热流传感器5-2。

安装在冷板本体2-3上的冷板温度传感器5-3。

安装在热板本体3-3上的热板温度传感器5-4。

安装在螺杆4-4底部的压力传感器5-5。

具体测试时，热流传感器5-2位于试件6与热板本体3-3之间。

测量单元5中位移传感器5-1和压力传感器5-5的电信号由控制器的信号采集单元收集后储存在电脑末端。

位移传感器5-1采用滑动变阻器式位移传感器。

位移传感器5-1输出信号与位移量成正比，试件放置并压紧后位移传感器的位移量即为试件厚度，通过对位移传感器5-1电信号的收集和传输可实现对试件厚度的测量。

导轨4-2安装在支撑板4-1上，支撑板4-1与防护壳体1-3进行刚性连接。

本实施例的方案能够自动精准的测量材料承压前后的高度，确定建筑保温材料导热系数与所受应力大小之间的关系，试验装置简单，易操作，精度高，测试速度快。

作为本实施例的一种优选：

所述的冷板固定座2-1、冷板加热膜2-2和冷板本体2-3由冷板支座螺杆2-4固定，所述的冷板支座螺杆2-4由冷板本体2-3向冷板加热膜2-2方向贯穿冷板本体2-3、冷板固定座2-1和冷板加热膜2-2并穿出顶板1-1，冷板支座螺杆2-4穿出顶板1-1的一端套接有支座螺母2-5。

作为本实施例的一种优选：

所述的热板固定座3-1、热板加热膜3-2和热板本体3-3由热板支座螺杆3-4固定，所述的热板支座螺杆3-4由热板本体3-3向热板加热膜3-2方向贯穿热板固定座3-1、热板加热膜3-2和热板本体3-3并固定在固定支架1-2上。

作为本实施例的一种优选：

所述的防护壳体1-3通过沿防护壳体1-3自身轴线方向贯穿防护壳体1-3壁的支架螺杆1-4与固定支架1-2连接。

支架螺杆1-4穿出防护壳体1-3顶部的一端安装有支架螺母1-5。

支架螺杆1-4，支架螺母1-5，冷板支座螺杆2-4、座螺母2-5热板支座螺杆3-4，支架螺母1-5母各有四个。

作为本实施例的一种优选：

所述的驱动单元4-6包括安装在支撑板4-1上的伺服电机4-6-1和安装在伺服电机4-6-1输出轴上的皮带轮4-6-2，所述的皮带轮4-6-2上还绕接有皮带4-6-3，所述的皮带4-6-3也绕接在旋转式螺母4-5上。

控制器控制伺服电机4-6-1，通过皮带轮4-6-2带动旋转式螺母4-5的旋转，控制螺杆4-4的升降，从而可以对试件6施加不同的应力。

作为本实施例的一种优选：

所述的防护壳体1-3内部安装有壳体加热膜1-5。通过防护壳体内壁的加热膜可以有效地确保测试环境的稳定性，防护壳体1-3内富余的空隙小，测量精度高。

所述的导轨4-2上安装有卡位扣。卡位扣起限位作用。

本实施例具体工作过程如下：

本发明采用稳态的防护热流计法，根据傅里叶一维稳态导热模型，稳态传热过程中传热速率等于散热速率，通过对试件热流密度、试件两侧温差和试件不同承压状态下厚度的测量计算材料的导热系数。计算公式如下：

式中：λ为材料导热系数，W/(m·K)；q为热流密度，W/m

测量单元5中位移传感器5-1和压力传感器5-5的电信号由控制器的信号采集单元收集后储存在电脑末端。

控制器由信号采集单元、温度调控单元、通信单元组成，信号采集单元主要由温度采集卡和信号采集卡组成，实现对温度传感器、热流传感器和位移传感器输出的电信号的采集。

温度调控单元由通用的温控仪表及电压控制仪器组成，用于控制加热膜的加热温度。温度调控单元和信号采集单元与计算机终端的数据传输由通信单元进行连接。所述的控制器主要负责整个仪器的电气化控制、测量传感、信号采集处理和数据通信，是仪器的重要组成部分，控制器与机械执行系统紧密配合，顺利实现仪器的智能测量控制过程。

将待测建筑保温材料试件6放入实验腔内，通过伺服电机4-6-1和旋转式螺母4-5控制螺杆4-4的升降，螺杆4-4与顶板1-1相连接，并安装有压力传感器5-5，当顶板1-1接触到试件6顶部时，通过位移传感器5-1的读数可以测量出试件的厚度，顶板1-1继续下降被测试件6会处于不同的承压状态，通过位移传感器5-1和压力传感器5-5可以获得试件所承受压力的大小和被压缩后的厚度。

此时，通过热流传感器5-2、冷板温度传感器5-3和热板温度传感器5-4中的温度传感器可以获得试件6的热流密度和上下表面的温度，通过傅里叶公式计算得到不同承压状态下建筑保温材料的导热系数。

以上技术方案仅是本发明的较优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，不经创造性劳动想到的变化或替换，都涵盖在本发明的保护范围之内。