一种新型导热系数测试装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型导热系数测试装置及方法，包括测试装置、制冷系统、加热系统、水循环系统和数据采集与控制系统；测试装置内设有封堵设施，使试件内部与测试箱处于隔离状态，模拟试件在实际中的使用环境，测试试验装置内部不同部位的平均温度和加热系统在传热稳定后一定时间内所消耗的电功率，通过对带保温材料的试件和不带保温材料的试件进行两次试验参数相同、试验方法相同的对比试验，利用电功率进行差运算，消除试验误差，能准确的计算出保温材料的导热系数。同时，本发明直接对管状试件进行导热系数的测试，测试过程简单方便易操作，且准确度高，大大提高了本发明装置的实用性。
【专利说明】
一种新型导热系数测试装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种新型导热系数测试装置，特别涉及直接对管道的保温层材料进行 导热系数的测试装置。
【背景技术】
[0002] 保温材料是管道保温的主要方法，而保温材料的导热性能是其性能中重要参数指 标之一，因此保温材料导热系数更准确的测试，对新材料的研发和参数性能的检测都有重 要的意义。目前，对管道的保温层材料导热系数的测量，是通过对板状试件进行测量，能够 准确测量出稳态传热性能。然而，板状试件相对复杂的测试工序是保温材料导热性能测试 中面临的主要问题。所以研究一种测试工序简便，且测量结果准确的试验装置，更具有实际 意义。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中存在的问题，提出了一种基于稳态法的新型导热系数测试装置， 此装置直接对管道的保温层材料进行导热系数的测量，克服了现有导热系数测量方法中工 序相对复杂的问题，使测试过程简便，准确，更符合实际要求。
[0004] 为了实现上述要求，本发明所采用的技术方案为： 一种新型导热系数测试方法及仪器，该装置包括:设备测试箱、制冷设备、加热设备、水 循环设备、采集与控制系统、电源。将试件放入设备测试箱中，通过加热设备加热水箱，用水 循环设备使水在试件管道的内部流动，通过制冷设备使设备试验箱中保持低温环境，由采 集和控制设备对加热和制冷设备分别进行恒温控制，在相同的试验参数下，当加热水箱和 制冷箱内的温度均达到稳定后，对试件管道在带有保温材料和去除保温材料的情况下，分 别测量其相同时间下所消耗的电功率，两次测得的电功率进行差运算，消除试验误差，将所 得的数据用于后续导热系数的计算中。
[0005] 本设备测试箱的壳体设计为保温壳，通过制冷装置，以维持箱体内温度的均衡。
[0006] 本设备测试箱内部与试件上下端口进行封堵的部位安装橡胶层，箱体上部外壳安 装锁闭装置，以使被测管在试验过程中保持管内密封状态。
[0007]试验箱、热水箱和被测管的内外壁安装多个温度传感器，通过计算测量其各部位 平均温度，以满足控制和后续计算的需要。
[0008]本设备设计有保护装置，在水箱中通过水位限位器和排水阀来保护试验中出现的 意外状况时，能及时停止试验和进行处理。
[0009]利用上述基于稳态法的新型导热系数测试装置测量保温材料的传热系数的方法 包括如下步骤： 将带保温层的保温管放入设备箱体内，使试验箱温度和热水箱温度各自达到均匀;待 传热稳定后，通过功率表测量一定时间内热水箱所消耗的功率?：，通过温度传感器测量被 测管的内外壁的平均温度tl、 t2、t3;将去除保温层的保温管放入设备中，用相同的试验条件 下，待传热稳定后，测量相同时间内热水箱所消耗的功率p2。
[0010]根据傅里叶定律式（n)，无保温层时得出的热流量如式⑴所述：
有保温层时得出的热流量如式(2)所述：
(2) 由能量守恒定律，所消耗的电功率为被测试件所传导的热流量与试验过程中所损失的 热流量之和，即：片A仏、巧=仏+ Ag2。而两次试验在相同试验参数、相同试验方法下 进行，因此所损失的热量相同，即，对两次测得的功率进行差值运算得到公式(3) 如下所述：
再由公式(2)带入公式(3)得到公式(4)如下所述：
(4) 式(4)中，A为被测管的导热系数;Q为热流量，由电功率之差求得为被测保温层内表 面的平均表面温度，由温度传感器得到；t3为被测保温层外表面的平均表面温度，由温度传 感器得到;n为被测管道内表面的平均内圆半径;r 2为被测保温层的平均内圆半径;r3为被 测保温层的平均外圆半径。
[0011]本发明的有益效果是，通过进行先后两次试验方法相同、试验参数相同的对比试 验，再将两次试验求得的电功率数值进行差值运算，消除由于试验损耗所造成的试验误差， 更进一步准确的测量了保温材料的导热系数。
[0012]下面结合附图对本发明的保温材料导热系数的装置与方法作进一步说明。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的导热系数装置的正面剖视图。
[0014] 图2是本发明的导热系数装置的俯视图。
[0015] 其中，附图标记，1设备测试箱，2橡胶封堵端盖，3保温管道，4保温管保温层，5温度 传感器，6热水管道，7水栗，8加热设备，9热水箱，10功率表，11注水口，12排水阀，13水位限 位器，14制冷设备，15采集和控制系统，16排气阀。
【具体实施方式】
[0016] 在图1中，设备测试箱1模拟保温管道的实际应用环境，对试件的导热系数进行测 量。试件放入设备测试箱1中的橡胶封堵端盖的中央，由设备测试箱1的上箱体盖对试件进 行固定封堵，设备测试箱1的温度由多个温度传感器5测量，并传递数据到采集和控制系统 15,由采集和控制系统15控制制冷设备14,以维持设备测试箱1的温度达到平衡。热水箱9模 拟了保温管道内部的实际温度，由加热设备8对热水箱9进行加热，由多个温度传感器5进行 温度测量，并传递数据到采集和控制系统15,由采集和控制系统15控制加热设备8,以维持 试件管道内部的温度达到平衡，同时由功率表10测量加热设备8所消耗的电功率。试件的内 表面和外表面上放置有多个温度传感器5,传递温度数据到采集和控制系统15,计算内表面 和外表面的平均温度，用于导热系数的计算中。
[0017] 本发明为基于稳态法的新型导热系数测试装置，测试装置应符合以下要求： 设备试验箱温度:设备试验箱内部空气温度应均衡，温度的调节范围为(-15~室温） °C;被测管内部的水温恒定，能充满、无空气，水温调节范围为(室温~80)°C。
[0018] 测试方法要求:设备的各部位的温度共由10个温度传感器测得，其中设备测试箱 内部2个、热水箱2个、试件的内表面和外表面各3个，待传热过程稳定后，每隔lOmin测量一 次参数ti、t2、t 3、Pi、P2，共测6次，试验时间为lh。
【主权项】
1. 一种新型导热系数测试装置，其特征在于：该装置包括设备测试箱（I)、加热设备 (8)、制冷设备（14)、采集与控制系统（15 )、热水箱(9);设备测试箱(1)内设有封堵端盖(2 )， 使试件内部与测试箱处于隔离状态，模拟试件在实际中的使用环境，通过温度传感器(5)和 功率表(10)测得的数据传递到采集与控制系统（15)内，用于后续保温材料的导热系数的计 算。2. 根据权利要求1所述的一种新型导热系统测试装置，测试对带保温材料的试件和不 带保温材料的试件进行两次试验参数相同、试验方法相同的对比试验，通过测量两次试验 在传热稳定后一定时间内加热系统所消耗的电功率，并对求得的电功率进行差运算，消除 试验误差，准确的计算出保温材料的导热系数。
【文档编号】G01N25/20GK105911090SQ201610246143
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】孙洪生, 徐少宁, 秦程, 郝志华, 王宇光, 崔建立, 孙祥祥, 杨铭
【申请人】河北世纪建筑材料设备检验有限公司