一种全自动多通道相变材料循环寿命测试装置及方法与流程

本发明涉及相变材料循环寿命检测，具体的说是一种全自动多通道相变材料循环寿命测试装置及方法。

背景技术：

相变材料作为热能储存的媒介，通过相变过程对热能的吸收或释放对热能进行管理和利用，随着能源问题的日益严峻，相变材料越来越受到人们的重视，尤其是相变性能优秀的相变材料，而循环寿命又是衡量相变材料性能的重要参数。

相变材料的一次循环是指一个熔化–凝固或凝固–熔化过程，目前测试其循环寿命主要有如下两种方法：一、dsc法，dsc作为一种常规热分析仪器是评价相变材料性能所不可或缺的，可通过程序设置自动实现相变材料循环寿命测试，其优点是升降温速率可控，但其缺点是测试样品量小且设备价格昂贵；二、冷热源法，根据相变材料的性能预先设置一冷源和热源，然后再将相变材料依次循环侵入冷热源中，其优点是所需设备简单且操作方便，但其缺点是升降温速率不可控制。

因此，迫切需要开发一种性能优异、操作简单、成本低廉的相变材料循环寿命测试装置，以满足相变材料性能评价的迫切需求。

技术实现要素：

针对现有相变材料循环寿命测试装置的不足之处，本发明提出一种多通道(≥4)、升降温速率可控的全自动相变材料循环寿命测试装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全自动多通道相变材料循环寿命测试装置，包括：测试装置主体、样品池、温度控制系统、数据采集控制系统；

所述测试装置主体为带有上盖的密封罐体，在上盖的下表面设有伸入主体内的容器，所述样品池的上端安装在上盖上，所述样品池的下端容置于所述容器内，该容器与测试装置主体内壁之间的空间中填充有液体；所述空间通过冷却管路与冷却单元相连，该冷却管路上设有冷却阀门；

所述样品池为圆柱形筒体，用于内部盛装待测试样品；

所述温度控制系统包括温控仪表和与其分别连接的加热器、冷却单元、测温热电偶；所述加热器安插在所述测试装置主体的所述容器内，所述测温热电偶插设在任一个样品池内；

数据采集控制系统用于输出控制指令给温度控制系统、检测样品池温度，从而实现对样品池中的相变材料的循环实时监测。

所述测试装置主体的罐体材质为304不锈钢。

所述样品池为多个，材质为镀镍的紫铜。

所述温控仪表带有rs485接口，与数据采集控制系统之间采用modbus通讯协议进行通信。

所述冷却单元通过内部的压缩机制冷，通过内部的泵带动冷却管路内的冷却液体循环流动。

所述数据采集控制系统为计算机。

一种全自动多通道相变材料循环寿命测试方法，包括以下步骤：

步骤1：通过数据采集控制系统设置目标温度上限、下限和循环次数；

步骤2：温控仪表输出升温控制信号给加热器，加热器对样品池周围环境进行加热，温控仪表通过测温热电偶实时检测样品温度是否达到上限，若达到则实时检测样品温度是否达到恒温时间，完成一次对相变材料样品的升温控制；

步骤3：温控仪表输出降温控制信号给冷却阀门，冷却管路内的冷却水对样品池周围环境进行冷却，温控仪表通过测温热电偶实时检测样品温度是否达到下限，若达到则实时检测样品温度是否达到恒温时间，完成一次对相变材料样品的降温控制；

步骤4：数据采集控制系统判断是否达到预设的循环次数，若是则结束程序，否则返回步骤2继续循环执行。

所述方法采用labwindows/cvi编写程序。

在所述步骤1之前需要进行以下步骤：

a.用无水乙醇清洗样品池各个部件三次，再用去离子水洗涤三次；将样品池各个部件干燥、烘干，冷却至室温；取适量的样品装入样品池中；在样品池外部涂适量导热脂，然后将样品池装入测试装置主体的所述容器内；

b.将加热器插入测试装置主体的所述容器内；

c.连接冷却管路。

本发明的优点在于：

(1)可同时进行多个样品的测试(≥4)；(2)升降温速率可控；(3)整个装置操作简单、成本低廉；(4)样品池可轻易取出，操作者可以方便的更换样品，且测试过程无需值守。

附图说明

图1为本发明相变材料循环寿命测试装置结构示意图；

图2为本发明相变材料循环寿命测试装置主体示意图；

图3为本发明相变材料循环寿命测试装置样品池示意图；

图4为本发明相变材料循环寿命测试装置程序流程图；

其中，1为测试装置主体、2为样品池、3为温度控制系统、4为数据采集控制系统、11为上盖、12为容器、13为空间、14为冷却管路、15为冷却阀门、31为温控仪表、32为加热器、33为冷却单元、34为测温热电偶。

具体实施方式

相变材料的一次循环是指一个熔化–凝固或凝固–熔化过程，故相变材料循环寿命测试装置就是循环加热冷却使相变材料循环熔化–凝固。

如图1-3所示，本发明所述的一种多通道全自动相变材料循环寿命测试装置，既操作简单、成本低廉，又能实现升降温速率可控、多通道同时测量。具体包括：测试装置主体1、样品池2、温度控制系统3、数据采集控制系统4。

本发明中，测试装置主体1由下部罐体、上盖11及样品区域组成。下部罐体材质为304不锈钢外径80-100mm，厚度0.5-3mm，高度70-100mm，上部带有密封法兰其尺寸为外径100-120mm，高度3-10mm，在罐体底部及上部焊接外径6-10mm的冷却液进出管；上盖11材质为304不锈钢其尺寸为外径100-120mm，高度3-10mm，中间开孔与样品区域焊接；样品区材质为紫铜镀镍，其尺寸为外径40-60mm、高度60-70mm的圆柱体，正中心留有加热器安装孔，其尺寸为直径8-15mm，深度45-55mm，加热器安装孔周围均匀布置四个样品池安装孔，其尺寸为直径8-15mm，深度45-55mm。

本发明中，样品池2材质为紫铜镀镍，其外径8-15mm，厚度0.5-1mm，高度45-55mm，其上盖外径7-14mm，厚度0.5-1mm。

本发明中，温度控制系统3由带有485接口modbus通讯协议及加热、冷却控制功能的温控仪表31、加热器32、冷却单元33、测温热电偶34组成。其中，冷却单元33是通过内部的压缩机制冷，通过内部的泵带动冷却管路14内的冷却液体循环流动，冷却单元33为装有冷却液体的低温冷却循环装置，型号为上海凌标仪器有限公司的冷却循环水装置ltc-5/25。温控仪表31采用的型号为omegacn16pt，加热器32为圆柱形加热器，r＝80～120ω。

本发明中，数据采集控制系统5采用labwindows/cvi编写，负责整个装置控制参数设置及数采集和控制。

如图4所示，本发明一种多通道全自动相变材料循环寿命测试方法，采用以下步骤装卸样品以测量相变材料循环寿命：(1)用无水乙醇清洗样品池各个部件三次，再用去离子水洗涤三次；(2)将样品池各个部件干燥、烘干，冷却至室温后；(3)取一定量的样品装入样品池中；(4)在样品池外部涂适量导热脂然后将样品池装入测试装置主体中；(5)将加热器插入装置主体安装孔内；(6)连接好冷却水循环装置；(7)打开测试程序，设置相关参数然后开始循环测试，其测试过程如图4所示。

第(7)步骤包括：

步骤1：通过数据采集控制系统4设置目标温度上限、下限和循环次数；

步骤2：温控仪表31输出升温控制信号给加热器32，加热器32对样品池2周围环境进行加热，温控仪表31通过测温热电偶34实时检测样品温度是否达到上限，若达到则实时检测样品温度是否达到恒温时间，完成一次对相变材料样品的升温控制；

步骤3：温控仪表31输出降温控制信号给加冷却单元33的阀门332，冷却管路331内的冷却水对样品池2周围环境进行冷却，温控仪表31通过测温热电偶34实时检测样品温度是否达到下限，若达到则实时检测样品温度是否达到恒温时间，完成一次对相变材料样品的降温控制；

步骤4：数据采集控制系统4判断是否达到预设的循环次数，若是则结束程序，否则返回步骤2继续循环执行。

所述方法采用labwindows/cvi编写程序。