一種相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)儀器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)儀器。包括用于支撐導(dǎo)軌和充當(dāng)樣品室軌道的支架，用于帶動(dòng)樣品室運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌，用于控制導(dǎo)軌并將樣品數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)的單片機(jī)，用于監(jiān)控、計(jì)數(shù)和判斷實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的計(jì)算機(jī)。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn):本實(shí)驗(yàn)儀器創(chuàng)造性的增加了固定相變材料相變時(shí)間惡化程度的情況下進(jìn)行循環(huán)實(shí)驗(yàn)的模式，能耗低，全程自動(dòng)化，且完成一定循環(huán)次數(shù)速度快，溫度測(cè)定精確，各部分模塊化易于維修。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)儀器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于相變材料熱耐久性測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]相變材料廣義的來(lái)說(shuō)是在特定溫度時(shí)會(huì)發(fā)生物態(tài)變化的材料的總稱(chēng)。實(shí)際情況中，目前能應(yīng)用到實(shí)際中的相變材料需要滿(mǎn)足以下幾點(diǎn):
[0003]I)蓄熱量大。相變潛熱高，在相變過(guò)程中能儲(chǔ)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(yīng)用的要求。
[0005]3)形核率高，凝固時(shí)無(wú)過(guò)冷現(xiàn)象，熔化和凝固基本在同一溫度區(qū)間。
[0006]4)適宜的導(dǎo)熱系數(shù)。大多數(shù)場(chǎng)合要求相變材料具有較高的導(dǎo)熱率，以使熱量可以快速地儲(chǔ)存和釋放。
[0007]5)穩(wěn)定性好，相變過(guò)程必須完全可逆，在多組分時(shí)，各組分間的結(jié)合要牢固，不能發(fā)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(wú)毒、無(wú)腐蝕,不易燃易爆,對(duì)建筑物或包裹材料無(wú)破壞作用。
[0010]8)在冷、熱狀態(tài)下或固、液狀態(tài)下，材料的體積變化小，不發(fā)生過(guò)冷(或過(guò)冷度很小)現(xiàn)象。
[0011]9)來(lái)源豐富、價(jià)格便宜，方便回收再利用，生態(tài)友好、使用壽命長(zhǎng)。
[0012]耐久性是相變材料一項(xiàng)非常重要的性能。相變材料在相變時(shí)還可能發(fā)生體積變化、相分離等現(xiàn)象。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的相變材料，特別是復(fù)合相變材料，因?yàn)閮?nèi)部相變材料的體積變化會(huì)對(duì)外層的包裹層產(chǎn)生循環(huán)的往復(fù)應(yīng)力，久而久之，外層的包裹材料就會(huì)產(chǎn)生疲勞、裂縫，導(dǎo)致內(nèi)層的相變材料泄漏，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(duì)于相變材料的推廣、應(yīng)用有著重要的意義。
[0013]傳統(tǒng)手工操作時(shí)，一般通過(guò)將相變材料循環(huán)置于冷熱介質(zhì)中達(dá)到冷熱循環(huán)的目的。這樣的實(shí)驗(yàn)方式不夠精確，誤差大，耗時(shí)長(zhǎng)。目前相關(guān)研究的實(shí)驗(yàn)裝置存在設(shè)計(jì)較復(fù)雜，集成度高但沒(méi)有使用模塊化理念，維修難度大的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明目的:為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能自動(dòng)地完成材料熱循環(huán)的相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)儀器。并且此儀器采用模塊化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單易維護(hù)。
[0015]技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)儀器，包括絲桿滑臺(tái)、支撐絲桿滑臺(tái)的架臺(tái)、位于絲桿滑臺(tái)中的滑塊、分別位于滑塊兩側(cè)的第一紅外傳感器和第二紅外傳感器、位于絲桿滑臺(tái)上驅(qū)動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)的電機(jī)、與電機(jī)相連的單片機(jī)、與單片機(jī)通過(guò)信號(hào)傳輸線連接的計(jì)算機(jī)，所述架臺(tái)上設(shè)有軌道，軌道上設(shè)有樣品室，所述滑塊上掛載溫度探頭，所述溫度探頭插于所述樣品室中；所述第一紅外傳感器和第二紅外傳感器輸出檢測(cè)信號(hào)至單片機(jī)；所述溫度探頭輸出檢測(cè)信號(hào)至單片機(jī)；所述單片機(jī)輸出控制信號(hào)至電機(jī)。
[0016]進(jìn)一步地，所述架臺(tái)兩側(cè)分別設(shè)有第一斜面和第二斜面。
[0017]進(jìn)一步地，所述第一斜面置于熱水浴槽中，所述第二斜面置于冷水浴槽中。
[0018]進(jìn)一步地，所述樣品室可以是一個(gè)或者多個(gè)。
[0019]其中，第一紅外傳感器檢測(cè)滑塊在右邊的行進(jìn)距離，第二紅外傳感器檢測(cè)滑塊在左邊的行進(jìn)距離，溫度探頭探測(cè)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(cè)信號(hào)至單片機(jī)；溫度探頭輸出檢測(cè)信號(hào)至單片機(jī)，單片機(jī)將滑塊位置、狀態(tài)、溫度探頭的檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)通過(guò)程序綜合處理之后做出判斷，電機(jī)的運(yùn)動(dòng)指令由單片機(jī)下發(fā)。
[0020]一種相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)控制方法，包括以下兩種模式:
[0021]模式一:
[0022]步驟一，設(shè)定冷水浴限溫、熱水浴限溫、循環(huán)次數(shù)；
[0023]步驟二，判定循環(huán)次數(shù)是否達(dá)標(biāo)，是則終止實(shí)驗(yàn)，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(cè)樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動(dòng)至冷水浴槽中并檢測(cè)樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否低于冷水浴限溫，是則樣品室移動(dòng)到熱水浴槽中并至步驟四，否則繼續(xù)判定樣品室中樣品溫度是否低于冷水浴限溫；
[0025]步驟四，判定樣品室是否在熱水浴槽中，是則檢測(cè)樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動(dòng)至熱水浴槽中并檢測(cè)樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否高于熱水浴限溫，是則至步驟二，否則繼續(xù)判定樣品室中樣品溫度是否高于熱水浴限溫；
[0026]模式二:
[0027]步驟一，設(shè)定冷水浴限溫、熱水浴限溫、惡化程度；
[0028]步驟二，判定相變時(shí)間是否達(dá)標(biāo)，是則終止實(shí)驗(yàn)，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(kāi)始測(cè)溫并計(jì)時(shí)，否則移動(dòng)樣品室位置至冷水浴槽中并檢測(cè)樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否低于冷水浴限溫，是則樣品室移動(dòng)到熱水浴槽中并至步驟四，否則繼續(xù)判定樣品室中樣品溫度是否低于冷水浴限溫；
[0030]步驟四，判定樣品室是否在熱水浴槽中，是則檢測(cè)樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動(dòng)至熱水浴槽中并檢測(cè)樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否高于熱水浴限溫，是則至步驟二，否則繼續(xù)判定樣品室中樣品溫度是否高于熱水浴限溫。
[0031]其中，上述冷水浴限溫低于相變材料相變點(diǎn)2?5°C，所述熱水浴限溫高于相變材料的相變點(diǎn)2?5°C。
[0032]其中，上述惡化程度是指某一次相變時(shí)間占第一次相變時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。
[0033]有益效果:相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0034]1、本發(fā)明實(shí)驗(yàn)儀器可以在設(shè)定上下限溫度、循環(huán)次數(shù)或者惡化程度的情況下，自動(dòng)快速的進(jìn)行熱循環(huán)，極大的提聞實(shí)驗(yàn)效率；
[0035]2、本實(shí)驗(yàn)儀器的實(shí)驗(yàn)溫度范圍為-20攝氏度到100攝氏度、溫度測(cè)試精度為0.1攝氏度；
[0036]3、本實(shí)驗(yàn)可設(shè)定在固定相變時(shí)間衰減程度的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造性的得出相變材料相變能力衰減到一定程度的循環(huán)次數(shù)，為相變材料的實(shí)際應(yīng)用提供了重要的參考數(shù)據(jù)；
[0037]4本實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，采用模塊化設(shè)計(jì)，本實(shí)驗(yàn)儀器創(chuàng)造性的增加了固定相變材料相變時(shí)間惡化程度的情況下進(jìn)行循環(huán)實(shí)驗(yàn)的模式，能耗低，全程自動(dòng)化，且完成一定循環(huán)次數(shù)速度快，溫度測(cè)定精確，各部分模塊化易于維修。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中:1.電動(dòng)機(jī)，2.架臺(tái)，3.滑塊，4-1.第一紅外傳感器，4-2.第二紅外傳感器，5.絲桿滑臺(tái)，6.溫度探頭，7.樣品室，8.計(jì)算機(jī)，9.單片機(jī)，10-1第一斜面，10-2第二斜面；
[0039]圖2是本發(fā)明計(jì)算機(jī)相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)控制方法模式一流程圖；
[0040]圖3是本發(fā)明計(jì)算機(jī)相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)控制方法模式二流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說(shuō)明。
[0042]實(shí)施例1
[0043]本相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)儀器，包括絲桿滑臺(tái)5、支撐絲桿滑臺(tái)5的架臺(tái)2、位于絲桿滑臺(tái)5中的滑塊3、分別位于滑塊3兩側(cè)的第一紅外傳感器4-1和第二紅外傳感器4-2、位于絲桿滑臺(tái)5上驅(qū)動(dòng)滑塊3運(yùn)動(dòng)的電機(jī)1、與電機(jī)I相連的單片機(jī)9、與單片機(jī)9通過(guò)信號(hào)傳輸線連接的計(jì)算機(jī)8，架臺(tái)2上設(shè)有軌道，軌道上設(shè)有樣品室7，滑塊3上掛載溫度探頭
6,溫度探頭6插于樣品室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(cè)信號(hào)至單片機(jī)9 ;溫度探頭6輸出檢測(cè)信號(hào)至單片機(jī)9 ;單片機(jī)9輸出控制信號(hào)至電機(jī)1，架臺(tái)2兩側(cè)分別設(shè)有第一斜面10-1和第二斜面10-2 ;第一斜面10-1置于熱水浴槽中，所述第二斜面10-2置于冷水浴槽中。
[0044]上述相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)儀器的控制方法，包括以下兩種模式:
[0045]模式一:
[0046]步驟一，設(shè)定冷水浴限溫、熱水浴限溫、循環(huán)次數(shù)；
[0047]步驟二，判定循環(huán)次數(shù)是否達(dá)標(biāo)，是則終止實(shí)驗(yàn)，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(cè)樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動(dòng)至冷水浴槽中并檢測(cè)樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否低于冷水浴限溫，是則樣品室移動(dòng)到熱水浴槽中并至步驟四，否則繼續(xù)判定樣品室中樣品溫度是否低于冷水浴限溫；
[0049]步驟四，判定樣品室是否在熱水浴槽中，是則檢測(cè)樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動(dòng)至熱水浴槽中并檢測(cè)樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否高于熱水浴限溫，是則至步驟二，否則繼續(xù)判定樣品室中樣品溫度是否高于熱水浴限溫；
[0050]模式二:
[0051]步驟一，設(shè)定冷水浴限溫、熱水浴限溫、惡化程度；
[0052]步驟二，判定相變時(shí)間是否達(dá)標(biāo)，是則終止實(shí)驗(yàn)，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(kāi)始測(cè)溫并計(jì)時(shí)，否則移動(dòng)樣品室位置至冷水浴槽中并檢測(cè)樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否低于冷水浴限溫，是則樣品室移動(dòng)到熱水浴槽中并至步驟四，否則繼續(xù)判定樣品室中樣品溫度是否低于冷水浴限溫；
[0054]步驟四，判定樣品室是否在熱水浴槽中，是則檢測(cè)樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動(dòng)至熱水浴槽中并檢測(cè)樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否高于熱水浴限溫，是則至步驟二，否則繼續(xù)判定樣品室中樣品溫度是否高于熱水浴限溫。
[0055]惡化程度:某一次相變時(shí)間占第一次相變時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。
[0056]本儀器具體實(shí)驗(yàn)控制方法:
[0057]運(yùn)行恒溫水浴槽，一個(gè)設(shè)定在冷水浴槽，一個(gè)設(shè)定在熱水浴槽。冷水浴槽的溫度低于相變材料的相變點(diǎn)，熱水浴槽高于相變材料的相變點(diǎn)。將儀器架臺(tái)2的第一斜面10-1置于熱水浴槽中，第二斜面10-2置于冷水浴槽中。打開(kāi)串口，確認(rèn)單片機(jī)9與計(jì)算機(jī)8的通信成功。選擇使用的儀器模式，若選擇模式一則設(shè)置相變次數(shù)，若選擇模式二則設(shè)置相變時(shí)間惡化程度。設(shè)置熱水浴限溫，略高于相變材料的相變點(diǎn)2攝氏度左右，設(shè)置冷水浴限溫，略低于相變材料相變點(diǎn)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(méi)在樣品中。點(diǎn)擊程序中的開(kāi)始測(cè)試，儀器自動(dòng)運(yùn)行。聽(tīng)到程序提示音，完成實(shí)驗(yàn)，記錄初試相變時(shí)間、最終相變時(shí)間、最終循環(huán)次數(shù)等數(shù)據(jù)。收好樣品儀器等。
[0058]實(shí)驗(yàn)例:脲醛樹(shù)脂石蠟微膠囊相變材料的熱耐久性實(shí)驗(yàn)
[0059]相變材料的相變范圍為27攝氏度左右，潛熱值為130kJ/kg。設(shè)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(shè)置模式二:惡化程度60%。設(shè)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(jì)算機(jī)9程序上的開(kāi)始按鈕，儀器開(kāi)始工作。程序發(fā)出提示音，實(shí)驗(yàn)完成，得出初試相變時(shí)間86秒，最終相變時(shí)間42秒，最終循環(huán)次數(shù)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(shí)例中，完成一次循環(huán)大概需要4分鐘,完成352次循環(huán)大約需要24小時(shí),一天不到可完成實(shí)驗(yàn)。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(dòng)，且更加精確，并可得到惡化程度一定的條件下的循環(huán)次數(shù)，這一人工操作很難得到的數(shù)據(jù)。
[0061]以上說(shuō)明僅用于說(shuō)明本發(fā)明，各部件的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方式都是可以改變的，任何本專(zhuān)業(yè)內(nèi)的人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上進(jìn)行的變換和改進(jìn)，均不排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)儀器，其特征在于:包括絲桿滑臺(tái)(5)、支撐絲桿滑臺(tái)(5)的架臺(tái)(2)、位于絲桿滑臺(tái)(5)中的滑塊(3)、分別位于滑塊(3)兩側(cè)的第一紅外傳感器(4-1)和第二紅外傳感器(4-2)、位于絲桿滑臺(tái)(5)上驅(qū)動(dòng)滑塊(3)運(yùn)動(dòng)的電機(jī)(I)、與電機(jī)(I)相連的單片機(jī)(9)、與單片機(jī)(9)通過(guò)信號(hào)傳輸線連接的計(jì)算機(jī)(8)，所述架臺(tái)(2)上設(shè)有軌道，軌道上設(shè)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)插于所述樣品室(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(cè)信號(hào)至單片機(jī)(9);所述溫度探頭(6)輸出檢測(cè)信號(hào)至單片機(jī)(9);所述單片機(jī)(9)輸出控制信號(hào)至電機(jī)(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)儀器，其特征在于:所述架臺(tái)(2)兩側(cè)分別設(shè)有第一斜面(10-1)和第二斜面(10-2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)儀器，其特征在于:所述第一斜面(10-1)置于熱水浴槽中，所述第二斜面(10-2)置于冷水浴槽中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)儀器，其特征在于:所述樣品室(7)可以是一個(gè)或者多個(gè)。
5.一種相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)控制方法，其特征在于:包括以下兩種模式: 模式一: 步驟一，設(shè)定冷水浴限溫、熱水浴限溫、循環(huán)次數(shù)； 步驟二，判定循環(huán)次數(shù)是否達(dá)標(biāo)，是則終止實(shí)驗(yàn)，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(cè)樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動(dòng)至冷水浴槽中并檢測(cè)樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否低于冷水浴限溫，是則樣品室移動(dòng)到熱水浴槽中并至步驟四，否則繼續(xù)判定樣品室中樣品溫度是否低于冷水浴限溫； 步驟四，判定樣品室是否在熱水浴槽中，是則檢測(cè)樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動(dòng)至熱水浴槽中并檢測(cè)樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否高于熱水浴限溫，是則至步驟二，否則繼續(xù)判定樣品室中樣品溫度是否高于熱水浴限溫； 模式二: 步驟一，設(shè)定冷水浴限溫、熱水浴限溫、惡化程度； 步驟二，判定相變時(shí)間是否達(dá)標(biāo)，是則終止實(shí)驗(yàn)，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(kāi)始測(cè)溫并計(jì)時(shí)，否則移動(dòng)樣品室位置至冷水浴槽中并檢測(cè)樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否低于冷水浴限溫，是則樣品室移動(dòng)到熱水浴槽中并至步驟四，否則繼續(xù)判定樣品室中樣品溫度是否低于冷水浴限溫； 步驟四，判定樣品室是否在熱水浴槽中，是則檢測(cè)樣品室中樣品溫度，否則將樣品室移動(dòng)至熱水浴槽中并檢測(cè)樣品室中樣品溫度；不斷判定樣品室中樣品溫度是否高于熱水浴限溫，是則至步驟二，否則繼續(xù)判定樣品室中樣品溫度是否高于熱水浴限溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種相變材料冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)控制方法，其特征在于:所述冷水浴限溫低于相變材料相變點(diǎn)2?5°C，所述熱水浴限溫高于相變材料的相變點(diǎn)2?5°C。
【文檔編號(hào)】G01N25/02GK103940691SQ201410134545
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】李敏, 劉健鵬, 吳智深, 陳錦祥 申請(qǐng)人:東南大學(xué)