一种玻璃传热测试仪的制作方法

本实用新型涉及一种热传导测试装置，特别的涉及一种玻璃传热测试仪。

背景技术：

热导系数u值是衡量玻璃导热性能的物理量，其表示玻璃在单位面积上允许热量通过的能力。目前玻璃热导系数测试方法主要有稳态法和非稳态法，其中稳态法是在加热和散热达到平衡状态，待测样品内部形成稳定温度分布的条件下进行测量，具体可参见jc/t1079-2008《真空玻璃》附录a真空玻璃保温性能测量方法，其采用稳态法测量时间长，且对环境温度要求严格，难以满足产业化大批量产品的测试需求；非稳态法是指在测量过程中样品内部的温度分布是变化的条件下进行测量，例如：一种玻璃热物性测试仪(cn203798759u)，该测试仪是采用恒温空气作为热源流体和玻璃表面接触，消除了玻璃热物性测试时存在接触热阻的影响，但是该方案需要通过恒温水浴锅加热产生一定温度的潮湿的空气，通过空气干燥室进行干燥处理后得到干燥恒温的空气，测试仪较大且比较笨重，无法便捷的搬运，难以满足企业销售人员外出拜访客户时，向客户展示产品热导系数，或者老师教学时在课堂上向学生展示玻璃等平板状固体材料热导系数的应用场景。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的问题，本实用新型提供一种玻璃传热测试仪。确保储能块和测温元件与玻璃上、下表面紧密贴合，屏蔽组件可以有效避免测量组件吸热升温，准确可靠的测量玻璃的传热系数。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种玻璃传热测试仪，其特征在于，包括:

底部带有工作口的上箱体；

设置在上箱体内的：用于在测试中加热玻璃板的储能组件、用于驱动所述储能组件往复运动的驱动组件和用于防止所述储能组件热量向下辐射的屏蔽组件；

设置在上箱体下面、并与上箱体间隔设定距离的下箱体；

设置在下箱体内、用于检测玻璃板温度变化的测量组件；

设置在上箱体和下箱体之间、用于连接所述上箱体和下箱体的连接组件。

进一步，所述储能组件包括：用于为待测玻璃加热的储能块，设置在储能组件内部用于为所述储能块加热的加热元件和用于测量储能块温度的第一测温元件。

进一步，所述储能组件还包括：用于将所述储能块设置到所述驱动组件上的连接板，为所述储能块的运动进行导向的导向板和用于包裹所述储能块以避免其热能损失的储能块外壳，所述储能块外壳设置在所述连接板上。

进一步，所述储能块下表面为工作表面，所述储能块外壳底部设置有能够供所述储能块通过并与所述待测玻璃接触的开口；所述储能块外壳的导热率小于0.3w/m²·k。

进一步，所述连接板与所述储能块外壳之间还设置有能够在测试时将储能块紧压在待测玻璃上的预压力装置。

进一步，所述屏蔽组件包括：用于在加热时保证储能块热量不散失的挡板和用于驱动挡板运动的配重块、转轴和挡轴。

进一步，所述上箱体外侧还设置有用于操控测量过程和显示测量结果的显示组件。

进一步，所述连接组件为一个或多个空心圆柱。

进一步，所述测量组件包括：用于测量待测玻璃板温度的第二测温元件；用于将所述第二测温元件固定在所述下箱体顶部的基板；用于将所述第二测温元件固定在所述基板上，并对其运动进行导向的导向轴；套设在所述导向轴上，用于驱动所述第二测温元件沿导向轴往复运动的弹簧。

本实用新型公开一种玻璃传热测试仪，其在待测玻璃的一侧使用高导热的储能组件对其进行加热，在待测玻璃的另一侧使用测温元件对其温度进行测量，大大的简化了测试步骤，缩短了测试时间，并具有下列技术效果：

1、玻璃传热测试仪具有体积小、重量轻、外形美观、易于搬运等特点，可在实验室、车间、办公室、教室等场所使用；

2、储能组件和测量组件上都装有弹簧，以确保储能块和第二测温元件与玻璃上、下表面紧密贴合，使测量结果更加准确可靠；

3、驱动组件采用设置于直线滑台顶端的驱动电机带动储能组件升降，可根据待测玻璃的厚度精准控制储能组件下降的位移量，保证每次测量时弹簧的压紧力恒定可靠；

4、上箱体内部设置的屏蔽组件的挡板处于常闭状态，当开始测试玻璃传热系数时才会被打开，此时下箱体的测量组件已被待测玻璃覆盖，有利于测量组件维持环境温度，避免因储能块的辐射造成测量组件升温，使测量结果产生偏差。屏蔽组件的挡板采用无动力开合的结构，简单轻便，可靠性高；

5、测试所需时间短，即使是最厚的真空复合中空玻璃也可以在30分钟以内可完成测量，可用于产业化大批量测试；

6、本测试仪也可以应用于能耐受储能块温度的其他平板状固体材料的传热系数测量。

附图说明：

图1为本实用新型玻璃传热测试仪结构示意图；

图2为本实用新型玻璃传热测试仪内部结构示意图(右视图)；

图3为本实用新型玻璃传热测试仪内部结构示意图(主视图)；

图4为图2中i处放大图；

图5为图2中ii处放大图；

图6为图3中iii处放大图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所公开的玻璃传热测试仪包括上箱体1和下箱体2，两个箱体通过连接组件3相互连接固定。上箱体1和下箱体2间隔设置，两者间具有设定距离，以便于待测玻璃(图中未显示)插入到其中。

如图1-3所示，在上箱体1内部装有驱动组件、储能组件5和屏蔽组件7，上箱体1为底部带有工作口的封闭箱体，其外部还设置有操作输入和显示测量结果功能的显示组件11。下箱体2为顶部设置有开口的封闭箱体，其内部设置有测量组件6，底部安装有用于调节仪器水平的调平支座21。连接组件3优选的为一个或若干个空心圆筒，其除用于连接上箱体1和下箱体2外，同时具有为上箱体1和下箱体2中各个元件供电的电缆穿线功能，使设备外观更加美观并对电缆进行有效保护，以免在测试过程中断裂漏电。驱动组件，优选的为设置有驱动电机的直线滑台4，储能组件5可沿着直线滑台4进行升降，当然也可以根据需求选用其他驱动装置。

如图2-4所示，储能组件5包含连接板51、导向板52、储能块53、加热棒54、第一测温元件55、储能块外壳56和预压力装置57。

如图2-4所示，连接板51用于储能组件5整体固定在直线滑台4上，具体连接方式为，连接板51与储能块外壳55相连，导向板52固定在储能块外壳56上，随储能块53一起升降；导向板52用于为储能块53的往复运动进行导向，此外导向板52在储能块53下降后，起到保持挡板71一直处于撑开状态的作用，避免储能块53下降后挡板71会翻回去，待储能块53再上升时就会被卡住。预压力装置57用于为储能块53提供预压力，使其在测试时能够与待测玻璃的上表面紧密贴合，并避免储能块53下降距离过大对待测玻璃造成的损坏。预压力装置57优选的，可为套设在连接板51与储能块外壳55之间的螺栓上的一个或若干个弹簧，当然，也可以选用其他能够提供预压力的弹性装置。

如图2-4所示，储能块53为导热率较高的材料，其导热率的取值范围为200w/(m²·k)以上，优选的为紫铜(导热率386.4w/(m²·k))，储能块53下表面为工作表面，用于与待测玻璃板接触，加热待测玻璃板。在储能块53内部安装有一根或多根加热棒54和第一测温元件55，加热棒54用于加热储能块53，第一测温元件55用于测量储能块53的温度，并根据储能块53的温度对加热棒54输出功率进行调控，以使储能块53的温度能够快速达到并维持设定值。储能块外壳56套设在储能块53外侧，用于为储能块53保温，储能块外壳56所采用的材质的导热率小于0.3w/m²·k，由于储能块53的下表面为工作表面，所以除下表面外，储能块53的其他部位均被储能块外壳56包覆，以降低在工作期间产生的能量损失，确保测量结果精准可靠。优选的，为了更好的保持储能块53的温度，可在储能块53和储能块外壳56之间填充隔热材料。

如图2-4所示，直线滑台4固定设置在上箱体1内。直线滑台4顶端的驱动电机用于驱动储能组件5进行升降运动，储能组件5通过其中的连接板51与直线滑台4固定连接。当对待测玻璃进行测试时，储能组件5能够在直线滑台4顶端的驱动电机驱动下，下降，并穿过工作口12与待测玻璃的上表面贴合，且以预压力装置57的预压作用力的形式使储能组件5继续下压一定位移，在预压力装置57的作用下储能块53的下表面在测试过程中始终与待测玻璃上表面紧密贴合，保证测试结果误差小。测试结束后，储能组件5在直线滑台4顶端的驱动电机的驱动下返回到预定位置，即储能组件5往复运动的起始位置。优选的，可以通过在直线滑台4上部升降起始位置设置限位装置来实现，例如原点开关。

储能块53下降到待测玻璃表面时，应比储能块外壳56的底部外凸出1-2mm，使储能块53的下表面能够更好的贴和在待测玻璃的上表面上，并避免储能块外壳56压到待测玻璃上，且由于储能块53和储能块外壳56之间的隔热材料通常具有一定的弹性，储能块53下压到待测玻璃上后，在隔热材料弹性作用下储能块53外凸出部分四周的热量损失忽略不计。

如图3和图6所示，屏蔽组件7设置在储能组件5与测量组件6之间，优选的，设置在上箱体内，并位于储能组件5的下降路径上。屏蔽组件7包含挡板71、配重块72、转轴73和挡轴74。挡板71上焊接有一个钢管，套在转轴73上，结构类似于合页。结束测试后，储能组件5上升，挡板71在配重块72的作用下绕转轴73逆时针旋转至水平位置时被挡轴74阻挡，此时挡板71封闭，储能块53被屏蔽在上箱体1内，可阻隔热量向下辐射。

如图2与图5所示，测量组件6设置在下箱体2内，优选的，位于顶部。测量组件6包含基板61、导向轴62、弹簧63和第二测温元件64，基板61固定设置在下箱体的上表面，弹簧63套设在导向轴62上，导向轴62穿过基板61，第二测温元件64设置在导向轴62的顶部。自由状态时，第二测温元件64应高于基板61的上表面，并高于下箱体2的上表面。当测量时，需将待测玻璃平放至测量组件6上，此时，第二测温元件64在待测玻璃自重的作用下被压至与基板61等高，并在弹簧63的作用下，在测量过程中第二测温元件64始终与待测玻璃的下表面紧密贴合，可精确测量玻璃下表面的温度，并记录动态测量数据。测量结束后，第二测温元件64在弹簧63的作用下复位。

由于待测玻璃的种类和厚度差别很大，因此完成测试的时间也不同，例如：对于常见规格的真空玻璃8分钟内可完成测试；而对于真空复合中空玻璃，30分钟内可完成测试。

本实用新型的玻璃传热测试仪的测试原理为：通过直接测量待测玻璃中心部位的温差变化，然后通过公式换算出玻璃的保温性能。不同传热系数的玻璃经过储能块的热流传递后表面温差变化不同，传热系数越小，玻璃表面温差越小。具体关系通过以下步骤获得：

开始测试前，需将待测玻璃表面进行预先清洁，避免待测玻璃的表面灰尘影响测试效果，并将待测玻璃设置在传热测试仪上，并位于上下箱体之间，记录与玻璃下表面贴合的测量组件所测量到的初始温度设为t1；随后，开启加热棒54，当储能块53的温度上升到设定值，并维持恒定后，停止加热，此时储能块53所储存的热量值为恒定值；储能组件5下降，与待测玻璃的上表面紧密贴合，储能块53将热量传递给待测玻璃；经过设定时间ts的传热后，与待测玻璃的下表面贴合的测量组件6所测量到的温度值设为t2，计算温差值δt，其中δt＝t2-t1，将该温差值δt带入到传热系数的计算公式中即可得出待测玻璃的u值；测量结束后，储能组件5恢复至预定位置，即直线滑台4上部升降起始位置，之后加热棒54开始工作，对储能块53进行补温，直至储能块53的温度再次恒定维持在设定值时可开始下一次测量。本实用新型的玻璃传热测试仪以设定时间ts内待测玻璃下表面的升温量来衡量玻璃传热率。通过计算将待测玻璃的传热系数精准地显示在显示组件中的显示屏上。对于同一个样品如果需要多次测量取平均值，需要让待测玻璃在测试环境内放凉至测试环境温度以后开始再次测试。

对于复合玻璃，随着玻璃厚度的增加，以及空腔厚度的增加，按照以下公式来计算上述步骤中所述设定时间ts，即t2与t1的测量间隔时间ts＝(a1×k1+a2×k2)+t0

其中，a1为待测玻璃比基础样品的玻璃厚度增量，a2为待测玻璃比基础样品的空腔厚度增量；

k1为玻璃厚度增量参数，k2为空腔厚度增量参数，k1与k2的取值范围为20-45之间，且k1≠k2；

t0为基础样品测量时间；

经过前期的试验发现，基础样品测量时间t0过短、基础样品测量时间t0过长、以及储能块53温度过低均会导致基础样品的温差值δt比较小，对于同一批次生产的玻璃样品保温性能比对结果不明显，不利于将同一批次中保温性能较差的玻璃筛选出来，t0优选在200-500秒之间；储能块53温度设定值不小于80℃，优选的为80-130℃。

上述设定时间ts计算公式适用于测量真空玻璃和中空玻璃复合玻璃构件的测量时间计算；当测试中空玻璃传热系数时，取基础样品测量时间t0＝0；当测试单层玻璃或者其他材质的片材，则需要根据其材质设置适合的储能块测量温度和测量时间。

上述传热系数的计算公式通过以下步骤建立：

1、通过本测试仪测量获得玻璃下表面的温差值δt；

2、通过稳态热流法测得玻璃系统的u值；

3、换不同玻璃重复上述步骤分别测得玻璃的温差值δt1、δt2、δt3……，玻璃的u值u1、u2、u3……，建立一个关于玻璃温差值和u值的数据库；

4、拟合出u与δt的关系。公式如下：

注：a、b、c的取值与玻璃的结构及厚度有关，具体曲线拟合过程属现有技术的内容不在此赘述；

下面以复合真空玻璃为例，将采用本测试仪所得的测试结果与采用astmc518-2010使用热流计测定稳态热传导特性的标准试验方法的测试结果对比如下：

表1为真空玻璃、真空复合中空玻璃的u值测试结果，通过表1可以看出，本实用新型所公开的测量方法和测量装置可以在短时间内测量真空玻璃、真空复合中空玻璃的u值，并且误差小，实用性强。

表1

注：表1中t代表钢化玻璃，l代表low-e玻璃，v代表真空层，a:代表空气层，t、v、a前的系数代表厚度，单位为毫米；表1中基础样品的玻璃配置为4t+0.3v+4tl，代表真空玻璃上基板是4mm厚钢化玻璃，下基板是4mm厚low-e钢化玻璃，中间为0.3mm厚真空层。