[發明專利]一種纖維集合體蓄熱性能的測試裝置及其測試方法

在審

• 申請號: 201810021411.7
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108088871A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 辛斌杰;李瑪莎;鄭元生;陳卓明;劉巖
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01D21/02
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 吳澤群

本發明公開了一種纖維集合體蓄熱性能的測試裝置及其測試方法，包括金屬箱體，其特征在于，所述金屬箱體具有金屬內腔，箱體與內腔間具有保溫層，加熱模塊固定在所述內腔側部；裝置設有兩套溫濕度傳感器，第一套溫濕度傳感器設置于所述內腔中，固定在內腔杯蓋底部，可探入金屬內腔中的纖維集合體中；第二套溫度傳感器貼附于所述加熱模塊；金屬內腔的側壁、底部分別與真空泵、半導體制冷裝置相連；溫度控制模塊分別通過導線連接加熱模塊及半導體制冷裝置；數據采集模塊分別通過導線連接真空泵、加熱模塊、半導體制冷裝置及溫濕度傳感器；溫度控制模塊及數據采集模塊能夠與上位機通信。采用半導體制冷片來代替液氮制冷機以及用真空泵裝置來代替氮氣瓶的測試裝置，以達到結構的精簡化并節約能源。

技術領域

本發明涉及熱分析領域，涉及一種測定相變材料蓄熱能力，即材料在相變區域內保持一定溫度時，吸收或者放出熱量的分析設備以及其使用方法。

背景技術

在材料熱分析領域，目前常用的量熱分析方法是差示掃描量熱法(differentialscanning calorimeter)簡稱DSC。是指在程序控制溫度下，測量輸入到物質和參比物的功率差與溫度關系的一種技術，可以用來測定熱焓和比熱容。其檢測原理是，將參照物和測試樣放入一個箱體中緩慢升溫或降溫，升、降溫過程中，記錄測試樣與參照物吸收或放出熱量的差值，再繪制出這個熱量差值與溫度的關系曲線，即DSC曲線。通過分析DSC曲線，可以了解到樣品在升、降溫過程中是否產生吸熱或者放熱現象，而且可以定量地測定出吸收或放出的熱量多少。根據測量方法的不同可分為熱流型和功率補償型兩種。

熱流式是給定樣品和參比物相同的功率下，測定樣品和參比物兩端的溫差△T,根據熱流方程，將溫差換算成熱量差作為信號輸出。功率補償型是指使式樣和參比物始終保持相同的溫度時樣品和參比物兩端所需的能量差，即通過功率補償使式樣和參比物的溫度保持相同。

采用DSC的方法對材料進行熱分析的儀器稱為差示掃描量熱儀，傳統的差示掃描量熱儀，在箱體內設置有兩個樣品單元，一個用于放置被測樣品，另一個用于放置參照樣品，兩個單元均設置有溫度探測部件。利用氮氣鋼瓶給樣品提供環境保護，防止在加熱過程當中樣品發生氧化，并通過液氮制冷機來達到制冷效果。

由于傳統的差示掃描量熱儀的樣品單元和參照單元的熱交互作用，導致測量的熱流并不能真正地反應樣品的物性變化，且結構設置復雜；并且由于氣體的流動對傳熱造成的影響會導致測量的結果有失精準，此外，依靠液氮制冷機對環境溫度進行影響，無法實現降溫過程中的精準測試，且降溫效率低。

目前，除了DSC測量方法，參比溫度法與卡計法也被應用于蓄熱材料的熱性能測試。其中參比溫度法是將相變材料和水分別放置相同規格的試管內，并將試管放置于恒溫水浴中進行升降溫處理，并記錄升溫降溫曲線，通過水和相變材料的升降溫曲線

建立熱力學方程得到材料的熱物性。而卡計法是用卡計接受待測的熱量，根據卡計的狀態變化量及對已知電能或標準物質熱的標定結果，確定待測物質釋放或吸收熱量。

但參比溫度法需要對材料進行破碎，破壞了被試材料的完整性，并且試樣受熱不均勻會對實驗結果造成一定的影響。而采用卡計法測量時，測試結果不夠精確，材料的相變過程不易被觀察，且卡計的設計主要是熱設計，需要考慮到熱損對實驗結果的影響。

發明內容

本發明的目的是為克服上述問題，提出一種體積小巧、只設置一個樣品單元的纖維集合體蓄熱性能的測試裝置，采用半導體制冷片來代替液氮制冷機以及用真空泵裝置來代替氮氣瓶的測試裝置，以達到結構的精簡化并節約能源。