沥青路面高温传热性能测定仪器的制作方法

本发明属于导热系数测定领域，具体涉及一种沥青路面高温传热性能测定仪器。

背景技术：

导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一，道路交通沥青混凝土路面传热，楼房外墙保温贴板，冷库保温隔层，以及日常生活中笔记本散热铜管、水壶等设备都要考虑其中材料的导热能力。所以，准确测定该参数显得尤为重要。

传统导热系数测定仪通常是通过移动冷板对试样件进行夹紧，并且由于操作人员感觉的不同往往不能精确控制夹紧力的大小，也就不能精确的进行参数的测量。此外，传统的导热系数测定仪对温度往往不能进行精确的控制，导致测量结果误差较大。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种能够对试样件夹紧力进行精确控制，保证热流均匀的由试件上表面向下传递，对温度能够进行精确的控制，同时试验时试件取放方便的沥青路面高温传热性能测定仪器。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括中空的整体外框架，整体外框架内自上而下依次设置有热板和冷板，热板和冷板之间为试样件放置空间，热板的上端固连有螺旋进给机构，冷板的下端设置有夹紧力测量机构，所述热板包括与螺旋进给机构固连的固定框架，固定框架上设置有加热片，加热片下端设置有均热铜板，均热铜板上设置有温度传感器，均热铜板包括护热均热铜板，护热均热铜板的中心开有通孔，所述通孔内设置有中心量热均热铜板，中心量热均热铜板与护热均热铜板的通孔侧边间设有隔缝；所述冷板内设置有槽道，槽道设有进水口和出水口；所述加热片连接有温度控制装置，温度控制装置包括依次连接的PC、电压输出模块、信号放大器、继电器、保险丝和与加热片连接的直流电源。

所述加热片上端设置有石棉保温层。

所述热板的下端设置有防止热板向四周散热的保温结构，试验时试样件放置到冷板上，保温结构能够罩在试样件上。

所述保温结构的外侧设置有绝热材料外围板。

所述冷板内的槽道采用双螺旋槽道，双螺旋槽道采用逆流式螺旋通道，包括两个螺旋方向和水流方向均相反的冷板螺旋水槽。

所述整体外框架上设置有导柱，热板的上端两侧设置有第一导向槽件，冷板的下端两侧设置有第二导向槽件，第一导向槽件和第二导向槽件均与导柱滑动连接。

所述夹紧力测量机构为S型拉压力传感器。

所述螺旋进给机构包括沿竖直向设置在整体外框架上的丝杠，丝杆一端通过轴承与热板固定连接，另一端固定设置有手轮。

与现有技术相比，本发明在整体外框架内设置热板和冷板，热板位于冷板上端，试验时试样件位于冷板上，通过螺旋进给机构带动热板向下位移，并将试样件压紧在热板和冷板之间，试样件压力传递给夹紧力测量机构，得到压力信息并调节合适的夹紧力，设定好热板和冷板的温度，测量通过加热片对试样件进行加热，将热量传递给试样件，待导热过程处于稳定状态时，通过温度传感器检测的沥青块的上表面和下表面的温度差，以及检测的电源加热功率等数据进行处理，即求得沥青块的导热系数。本发明通过夹紧力测量机构能够对试样件夹紧力进行精确控制，保证了热流均匀的由试件上表面向下传递，试样件位于冷板上，热板通过螺旋进给机构竖直位移，方便取放试样件。

进一步，热板通过均热铜板向下传递热量，采用中心量热均热铜板和护热均热铜板对试样件分别进行主加热和辅助加热作用，保证了热板的热量均匀的传递给试样件的上表面，并且能与试样件表面保持良好接触。

更进一步，加热片上端设置石棉保温层，石棉保温层紧贴加热片，能够有效阻止热量向上传递。

更进一步，均热铜板表面布有温度传感器，能够检测热板的表面温度，并能对护热均热铜板温度进行反馈，进而实现热板的温度控制。

更进一步，热板的下端设置有防止热板向四周散热的保温结构，试验时试样件放置到冷板上，保温结构能够罩在试样件上，能够有效减少热板和试样件向四周散失热量。

进一步，冷板内的槽道采用双螺旋槽道，双螺旋槽道采用逆流式螺旋通道，包括两个螺旋方向和水流方向均相反的冷板螺旋水槽，恒温水由进水口流入，经过冷板的螺旋水槽由出水口流回，这种结构使得相邻水槽水流方向相反，大大减小了冷板表面的温度不均匀性。

进一步，导向槽件的作用类似导套，当热板上下移动时，带动热板两侧的导向槽件沿整体框架上的导柱上下滑动，起到导向和增加热板结构刚性的作用，结构简单，加工方便。冷板两侧亦各有一个导向槽件，其作用主要是保证夹紧力测量装置的刚性，并对冷板的小位移移动起到一定导向作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为热板的结构示意图；

图3为冷板的结构示意图；

图4为导向槽件的结构示意图；

图5为冷板和热板的装配结构示意图；

其中，1.整体外框架、2.第一导向槽件、3.热板、4.保温结构、5.冷板、6.螺旋进给机构、7.轴承、8.试样件放置空间、9.绝热材料外围板、10.夹紧力测量机构、11.护热均热铜板、12.隔缝、13.中心量热均热铜板、14.进水口、15.出水口、16.冷板螺旋水槽、17.第二导向槽件。

具体实施方式

下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

参见图1，本发明主要包括整体外框架1、热板3、保温结构4、冷板5、螺旋进给机构6、夹紧力测量机构10，本发明保温结构4为石棉外防护保温层，夹紧力测量机构10为S型拉压力传感器，热板3位于仪器上方，冷板5位于下方，热板3和冷板5之间形成试样件放置空间8，热板3的上方与螺旋进给机构6连接，并可以沿整体外框架1上下移动，冷板5的下方与拉压力传感器连接。螺旋进给机构6包括沿竖直向设置在整体外框架1上的丝杠，丝杆一端通过轴承7与热板3固定连接，另一端固定设置有手轮。当放入试样件后，通过旋转顶部手轮使热板结构向下移动，继续旋转手轮，对试样件施加压力，通过电脑显示界面显示压力数据，同时通过手轮调节夹紧力的大小，精确控制试样件所受夹紧力。

整体外框架1上设置有导柱，热板3的上端两侧设置有第一导向槽件2，冷板5的下端两侧设置有第二导向槽件17，第一导向槽件2和第二导向槽件17均与导柱滑动连接。

参见图2，热板3包括与螺旋进给机构6固连的固定框架，固定框架上设置有加热片，加热片上端设置有石棉保温层，加热片下端设置有均热铜板，均热铜板包括护热均热铜板11，护热均热铜板11的中心开有通孔，通孔内设置有中心量热均热铜板13，中心量热均热铜板13与护热均热铜板11的通孔侧边间设有隔缝12，热板3的下端设置有防止热板3向四周散热的保温结构4，试验时试样件放置到冷板5上，保温结构4能够罩在试样件上，保温结构4的外侧设置有绝热材料外围板9，均热铜板上设置有温度传感器。加热片连接有温度控制装置，温度控制装置包括依次连接的PC、电压输出模块、信号放大器、继电器、保险丝和与加热片连接的直流电源，通过装有Labview软件的PC、温度传感器、电压输出模块、放大器、继电器、保险丝和开关电源进行温度控制。具体步骤为，通过Labview软件采用脉宽调制(PWM)控制电路的方法，通过电压输出模块、继电器进而控制开关电源的开启与关闭，调节加热片的功率，使热板接触的沥青上表面的温度达到设定的温度。温度控制采用的算法：为提高沥青路面高温传热性能测定仪器的工作效率，该仪器采用如下的控制算法：令均热铜板上采集的温度为t1,冷板上采集的温度为t2，当t1-t2>5℃时，采用全功率加热，即将直流电源的功率调制最大，当t1-t2≤5℃时，采用PID进行对热板进行温度控制。

参见图3，冷板5内设置有槽道，槽道设有进水口14和出水口15，冷板5内的槽道采用双螺旋槽道，双螺旋槽道采用逆流式螺旋通道，包括两个螺旋方向和水流方向均相反的冷板螺旋水槽16。

参见图1，本发明的工作过程：通过旋转连接在整体外框架1上的螺旋进给机构6可以实现热板结构的升降，当热板3升到合适位置时，将试样件放入热板3和冷板5形成的试样件放置空间8中，然后反方向旋动螺旋进给机构6压紧试样件，在压紧过程中，试样件将压力传递给连接在冷板5下方的夹紧力测量机构10，通过显示界面可以观察并调节到合适的夹紧力，给热板3和冷板5设定好温度，等温度达到稳定状态，就可以通过计算得到试样件的导热系数。

参见图2，热板由加热片、固定框架、中心量热均热铜板13和护热均热铜板11组成，中心量热均热铜板13为150mmx150mm的矩形结构，护热均热铜板11为300mmx300mm的回字形结构，中心量热均热铜板13和护热均热铜板11之间设有隔缝12。热板3的下端四周设有保温结构4，能够有效减少热板3向四周散失热量，热板3内部有加热片和石棉保温层，石棉保温层紧贴加热片，能够有效阻止热量向上传递。温度传感器布置在加热片下面的均热铜板上，用以测量主加热板和护热板的温度，反馈到主机，完成对护热板温度的控制。热板3上方连接一个带有手轮的丝杠，可以通过旋转手轮调节热板3的升降，并且热板3两侧各有一个起导向作用的第一导向槽件2，能够对热板3上下移动起到导向作用，同时也可以提高热板结构的整体刚性。

参见图3，冷板5位于整体结构的下方，左右两侧各设有一个恒温水进出口14，冷板5内部结构为双螺旋槽道，包括两个冷板螺旋水槽16，冷板螺旋水槽16采用逆流式螺旋通道，恒温水由进水口14流入，经过冷板螺旋水槽16由出水口15流回，这种设计使得相邻水槽水流方向相反，使得进出流紧邻，方向相反，大大减小了冷板5表面的温度不均匀性，能够使冷板5温度更均匀。冷板5两侧同样各设有一个第二导向槽件17，增加刚度的同时也能够起到微导向作用，冷板5底部连接一个S型拉压力传感器，试样件受到热板3施加的压力时，就会传递到冷板5下部的拉压力传感器上，从而能够读取试样件所受压力的大小。

参见图4，导向槽件其作用类似导套，当热板3上下移动时，带动热板3两侧的第一导向槽件2沿整体外框架1上的导柱上下滑动，起到导向和增加热板结构刚性的作用，但其结构简单，加工方便。冷板5两侧亦各有一个第二导向槽件17，其作用主要是保证夹紧力测量机构10的刚性，并对冷板5的小位移移动起到一定导向作用。

参见图5，热板3位于上方，冷板5位于下方，试验测量时，将试样件放置到冷板5上，通过螺旋进给机构6使热板3向下移动，试样件周围被保温结构4围绕，起到保温隔热作用。当要取出试样件时，反向旋转螺旋进给机构6，热板3上升，此结构既能起到绝热保温作用，又能方便试样件的放取，保温效果好、结构简单。

本发明通过旋转仪器顶部手轮调节热板结构的升降，当热板接触到试样件后，继续施加压力，通过数据显示界面调节压力值的大小，此方法能够精确控制夹紧力大小，操作简单、可靠。此外，仪器结构采用热板在上冷板在下结构，而且试样件放入和取出方便，不会因为保温隔热结构的存在，而出现试样件卡住取不出的现象。