用于辐射制冷膜的测量装置及测量系统的制作方法

本实用新型涉及一种用于辐射制冷膜的测量装置及测量系统。

背景技术：

辐射制冷材料具有不消耗能源而使得其降低至环境温度以下的能力，但是辐射制冷膜或装置并非所有地理条件、气候下都适用。辐射制冷功率受到海拔、地形、光照强度等地理条件以及气候、季节、温湿度、降雨等的影响。

辐射制冷材料的降温能力与实验装置的设计密切相关也与实时的所能达到的辐射制冷功率、太阳辐射功率等有关，以往仅给出降温数据来评价辐射制冷材料的能力是不准确的。

因此需要开发一种装置，能够获得实时的环境温度、湿度、太阳辐射强度、辐射制冷功率、膜降温度等数据，根据以上数据，可以对目标场地和气候条件下所开发的辐射制冷材料的制冷功率和降温能力进行测量。

测量出来的数据能够帮助开发和改进辐射制冷材料，进行技术可行性、经济性分析。

技术实现要素：

针对相关技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种能够测量辐射制冷材料的制冷功率和降温能力的测量装置。

为解决上述问题，本实用新型提供一种用于辐射制冷膜的测量装置，包括：隔热底座；设置在隔热底座上的环境温湿度传感器和至少一个测量单元；测量单元包括：贴靠在辐射制冷膜的下表面的加热膜；设置在辐射制冷膜的上表面的第一温度传感器；设置在加热膜的下表面的第二温度传感器；其中，加热膜以向辐射制冷膜提供热量的方式与辐射制冷膜接触。

根据本实用新型，测量单元还包括绝热壳体，辐射制冷膜、加热膜、第一温度传感器和第二温度传感器设置在绝热壳体中。

根据本实用新型，绝热壳体包括基座、外环和内环，外环固定在基座上，内环固定在基座上并且套设在外环中，辐射制冷膜和加热膜被夹紧在内环和外环之间。

根据本实用新型，基座的中心开设有通孔，通孔固定有顶丝，第二温度传感器设置在顶丝上，第二温度传感器与通孔之间设置有隔热塞。

根据本实用新型，测量装置还包括太阳辐照强度传感器和风速传感器，环境温湿度传感器、太阳辐照强度传感器和风速传感器设置在隔热底座的向阳侧。

根据本实用新型，隔热底座的上表面开设有多个凹槽，至少一个测量单元容纳在凹槽中。

根据本实用新型，多个凹槽之间的最小间距大于10mm，环境温湿度传感器、太阳辐照强度传感器和风速传感器设置在多个凹槽之间。

根据本实用新型，测量装置还包括沿着隔热底座的四周边缘设置的挡风膜，挡风膜的厚度小于1mm，高度小于500mm。

本实用新型还提供一种测量系统，包括：上述的测量装置；以及可编程逻辑控制器和计算机终端；其中，计算机终端与可编程逻辑控制器通信连接，可编程逻辑控制器与测量装置的第一温度传感器、第二温度传感器和环境温湿度传感器、太阳辐照强度传感器和风速传感器分别通信连接。

根据本实用新型，测量系统还包括加热器电源以及与加热器电源电连接的继电器，继电器与测量装置的加热膜电连接并与可编程逻辑控制器通信连接。

本实用新型的有益技术效果在于：

由于辐射制冷膜具有利用大气窗口向太空散热的能力，当辐射制冷功率大于周围环境以及太阳辐射功率时，则辐射制冷膜表面的温度会低于周围环境温度，产生净的热量输出。本申请的测量装置通过调整加热膜的功率来补偿辐射制冷膜的热量输出，使之与周围环境温度相等，通过记录加热膜的加热时间并测量其电阻和电压即可计算出辐射制冷膜制冷功率。当加热膜停止加热时，通过比较第一温度传感器测得的辐射制冷膜温度或第二温度传感器测得的加热膜温度与环境温湿度传感器测得的环境温度对比，即可获得辐射制冷膜的降温能力。

附图说明

图1是本实用新型的测量装置的立体示意图。

图2是本实用新型的测量单元的俯视示意图。

图3是沿图2中线A-A的截面示意图。

图4是本实用新型的测量单元的爆炸图。

图5是本实用新型的隔热底座的立体示意图。

图6是本实用新型的测量系统的连接示意图。

图7是本实用新型的测量系统的连接框图。

具体实施方式

现参照附图详细描述本实用新型的实施例。

技术术语解释：

辐射制冷：宇宙空间或高层大气作为冷源、地面上物体作为热源建立辐射传递通道，通过“大气窗口”就可以在不消耗或消耗少量能源的情况下，把地面物体的热量释放出去，达到制冷的目的。

大气窗口：大气层在8～13μm波段具有很高的透射率，中红外线可以通过该波段将热量传递给外大气层空间。

参照图1至图3，在一个实施例中，本实用新型提供一种用于辐射制冷膜的测量装置，包括：隔热底座11；设置在隔热底座11上的环境温湿度传感器15和至少一个测量单元1；测量单元包括1：贴靠在辐射制冷膜4的下表面的加热膜5；设置在辐射制冷膜4的上表面的第一温度传感器3；设置在加热膜5的下表面的第二温度传感器9；其中，加热膜5以向辐射制冷膜4提供热量的方式与辐射制冷膜4接触。由于辐射制冷膜4具有利用大气窗口向太空散热的能力，当辐射制冷功率大于周围环境以及太阳辐射功率时，则辐射制冷膜4表面的温度会低于周围环境温度，产生净的热量输出。本申请的测量装置通过调整加热膜5的功率来补偿辐射制冷膜4的热量输出，使之与周围环境温度相等，通过记录加热膜5的加热时间并测量其电阻和电压即可计算出辐射制冷膜4的制冷功率。当加热膜5停止加热时，通过比较第一温度传感器3测得的辐射制冷膜温度或第二温度传感器9测得的加热膜温度(此时由于隔热底座11的隔热作用，加热膜温度与第一温度传感器的测得的辐射制冷膜温度基本相等)与环境温湿度传感器的温度，即可获得辐射制冷膜4的降温能力(即温度差)。

参照图3和图4，在一个实施例中，测量单元1还包括绝热壳体20，辐射制冷膜4、加热膜5、第一温度传感器3和第二温度传感器9设置在绝热壳体20中。热壳体20起到保护、支撑辐射制冷膜4和加热膜5的作用，同时也起到将辐射制冷膜4和加热膜5与外部环境绝热的作用。具体地，绝热壳体20包括基座7、外环2和内环6，外环2固定在基座7上，内环6固定在基座7上并且套设在外环2中，辐射制冷膜4和加热膜5被夹紧在内环6和外环2之间。外环2和内环6与基座7之间分别通过紧固螺钉固定。加热膜5用于提供消除辐射制冷膜4与周围环境温度之间温差的热量；内环6用于作为加热膜5的底部支撑，并在加热膜5下方提供空气隔热层，防止热量直接传导至基座7，该空气隔热层的高度可以进行调节；外环2用于压紧辐射制冷膜4，并对周围进行隔热，辐射制冷膜4上部也可设置空气隔热层，其高度也可进行调节。在外环2的内侧设计有一定锥度的倒角，目的是减小外环内壁对辐射制冷的影响。基座7用于通过紧固螺钉固定内环6和外环2，结构上采用台阶布置。基座7、内环6和外环2可以采用电绝缘板、有机玻璃、玻璃钢等隔热耐热材料。测量时，辐射制冷膜4分别选择黑体辐射膜和待测的辐射制冷材料在两个单元中进行比较，也可选择两种不同的待测辐射制冷材料进行对比。加热膜5用于补偿辐射制冷膜4的制冷功率，可选择聚酰亚胺类型，加热功率密度应大于150W/m²。加热膜5可粘贴在辐射制冷膜4或金属板上，方便固定。金属板可选择5mm以下的铜板、铝板等导热良好的材料。

参照图3，在一个实施例中，基座7的中心开设有通孔，优选螺纹孔，通孔固定有顶丝10，第二温度传感器9设置在顶丝10上，第二温度传感器9与通孔之间设置有隔热塞8。第二温度传感器9通过顶丝10螺纹连接或机械压紧的方式固定；隔热塞8用于第二温度传感器9及加热膜5电源线时的密封，其可采用中空管结构，其材料也可采用电绝缘板、有机玻璃、玻璃钢等隔热耐热材料。也就是说，隔热塞8可以设置为管状，第二温度传感器上部分容纳在隔热塞8里，下部分固定或容纳在顶丝10上或中。顶丝10用于固定第二温度传感器9及加热膜5的电源线，并通过螺纹配合的方式固定在基座7的通孔中，使得第二温度传感器9与加热膜5贴合。第一温度传感器3用于测量辐射制冷膜4的上表面温度，作为加热膜5工作的反馈信号。第二温度传感器9用于测量加热膜5的下表面温度，也可作为加热膜5工作的反馈信号。第一温度传感器3和第二温度传感器9优选为热电阻或热电偶，也可以是其他类型的传感器。

继续参照图1，在一个实施例中，测量装置还包括太阳辐照强度传感器14和风速传感器16，环境温湿度传感器15、太阳辐照强度传感器14和风速传感器16设置在隔热底座的向阳侧。其中，太阳辐照度传感器14用于测量太阳辐照强度，其采用太阳总辐射强度传感器。环境温度湿度传感器15用于测量环境温度和相对湿度值，其可采用热电阻或热电偶。风速传感器16用于测量风速，采用热敏式风阻传感器。隔热底座11用于将测量单元1、环境温度湿度传感器15、风速传感器16、太阳辐照度传感器14的固定和输出信号的接线，其作为隔热层，将周围环境与测量单元1等之间进行隔热。隔热底座11的材料可选择泡沫塑料、软木、玻璃纤维板、泡沫玻璃等。

进一步，在一个实施例中，环境温湿度传感器15的感测点与隔热底座11的上表面的垂直距离为20mm至500mm，优选50mm。这样的距离设置有利于环境温湿度传感器15感测周围环境的温度和湿度，使得测量数据更准确。

继续参照图1，在一个实施例中，测量装置还包括沿着隔热底座11的四周边缘设置的挡风膜13，的厚度小于1mm，高度小于500mm。具体而言，挡风膜13通过挡风固定杆12固定在隔热底座11的四周边缘，固定杆12布置在隔热底座11的四周，与隔热底座11采用螺纹连接或胶粘连接等方式固定。固定杆12材料可选择有机玻璃，塑料等透明、透光材料。挡风膜13用于减小风对测量的影响，其高度根据实际需要调整，材料可选择聚乙烯等透光材料。

参照图5，在一个实施例中，隔热底座11的上表面开设有多个凹槽21，至少一个测量单元1容纳在凹槽21中。也就是说，在隔热底座11将各测量单元的位置加工为凹槽，与各测量单元配合。优选地，隔热底座11的厚度为50mm以上，多个凹槽之间的最小间距大于10mm，环境温湿度传感器、太阳辐照强度传感器和风速传感器设置在多个凹槽21之间。

参照图6和图7，本实用新型还提供一种测量系统，包括：以上各个实施例所述的测量装置30；以及可编程逻辑控制器40和计算机终端50；其中，计算机终端50与可编程逻辑控制器40通信连接，可编程逻辑控制器40与测量装置30的第一温度传感器3、第二温度传感器9和环境温湿度传感器15、太阳辐照强度传感器14和风速传感器16分别通信连接。测量系统还包括加热器电源60以及与加热器电源60电连接的继电器70，继电器70与测量装置的加热膜5电连接并与可编程逻辑控制器40通信连接。可编程逻辑控制器40和计算机50采集温度、湿度、风速、太阳辐照度数据信号。在一个测量装置中，实现环境温度、湿度、太阳辐照强度、风速影响辐射制冷功率和降温温差因素的测量。测量系统将环境温度、膜温度作为功率测量和控制的反馈信号，通过对环境温度和膜温度的对比，控制测量装置工作。

具体而言，在测量系统工作时，第一湿度传感器3测量辐射制冷膜4的表面温度,第二温度传感器9测量加热膜5的底面温度作为温度反馈信号，环境温湿度传感器15用来测量环境温度。加热膜5与电源和继电器相连接，可编程逻辑控制器40通过比较第一湿度传感器3(或第二温度传感器9)与环境温湿度传感器15之间的温差，控制继电器从而控制加热膜的工作时间和功率大小。测量系统比较第一湿度传感器3(或第二温度传感器9)与环境温湿度传感器15所测量的温度，如果温度差小于0.2℃(可改为其他目标值)时，加热膜5不工作；当温差大于0.2℃(可改为其他目标值)时，加热膜5工作。通过记录加热膜5的加热时间，测量其电阻和电压即可计算出辐射制冷膜制冷功率。制冷功率测量误差能够达到±5％以内。当加热膜5不通电时，即可实现降温温差的测量，从而测量出辐射制冷膜4的降温能力。

本实用新型的测量系统和测量装置能够同时实现辐射制冷材料功率和降温能力的测量。

通用和标准化的功率和降温测量模块，具有良好的互换性；每个模块可单独取出和调整，方便操作；在功率和温差测量单元中，通过螺纹连接将热电偶或热电阻与被测表面压紧，减小测量误差，方便更换；在功率和温差测量单元中，辐射制冷膜采用周围压紧的方式固定，减少测量误差，方便更换；

本实用新型的测量系统和测量装置可测量影响辐射制冷影响因素，可进行不同环境和应用下的辐射制冷材料适用性的评价。还可采用模块化设计，可提供不同辐射制冷材料的对比，从而有利于进行材料性能的优化。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。