一种温度分布监测装置及其监测方法

本发明涉及畜禽养殖技术领域，尤其涉及一种温度分布监测装置及其监测方法。

背景技术：

热环境的合适程度是判断畜禽养殖质量好坏的一个较为重要的参考因素，尤其是猪、鸡以及牛等动物，在温度偏差情况严重时甚至导致其死亡，因此在获取畜禽舍内的环境数据时，温度数据也是极其重要的，在现有技术中通常是通过在畜禽舍内的墙体或特定位置悬挂温度传感器，从而获知舍内温度。

经研究发现，获取舍内空气温度的分布情况有助于实现畜禽舍热环境的精准调控，单一的温度传感器所获取的舍内温度只是温度传感器所在位置的局部温度，因畜禽舍的结构复杂，当温度传感器所在位置的温度合适时，其他位置或许偏高或偏低，因此需要获知舍内的温度分布情况，需要根据温度分布情况进行适当的温度补偿措施，若需掌握舍内多个位置的温度，以传统的测温方式需要在舍内多个位置摆放温度传感器，对各个温度传感器的温度数据依次进行采集并且对比分析后再作判断，可见，传统的测温方法不能直观地把畜禽舍内的温度分布情况直观地展现出来，同时，温度传感器的安装过程较为繁琐，且价格昂贵、维护困难。

技术实现要素：

本发明提供一种温度分布监测装置及其监测方法，以解决传统的测温方法不能直观地把畜禽舍内的空气温度分布情况展现出来，同时安装过程较为繁琐、价格昂贵、维护困难的技术问题。

本发明的第一方面是提供一种温度分布监测装置，包括支撑组件、热成像仪和多个热交换体；所述支撑组件用于支撑所述热交换体，所述热交换体连接于所述支撑组件；所述热成像仪用于拍摄所述热交换体。

根据本发明的温度分布监测装置，所述热交换体为球体。

根据本发明的温度分布监测装置，所述热交换体的材料为毕渥数满足“bi＜0.1m”的材料，其中，m是与物体几何形状有关的无量纲数，bi＝h(v/a)/λ，h为空气的对流换热系数，单位为w/(m²·k)，v为所述热交换体的体积，单位为m³，a为所述热交换体的表面积，单位为m²，λ为所述热交换体的导热系数，单位为w/(m·k)。

根据本发明的温度分布监测装置，所述支撑组件包括绳体，所述热交换体固定于绳体，所述绳体的两端可固定于外部支撑物。

根据本发明的温度分布监测装置，所述绳体有多条，多条所述绳体平行配合并位于同一水平面，多条所述绳体通过连接件连接。

根据本发明的温度分布监测装置，所述热交换体设有可供所述绳体贯穿的通孔，所述绳体设有第一限位件和第二限位件，所述绳体与所述热交换体串接，所述热交换体位于所述第一限位件和所述第二限位件之间。

根据本发明的温度分布监测装置，所述第一限位件和/或第二限位件为通过捆绑所述绳体的方式所获得的绳结。

根据本发明的温度分布监测装置，所述绳体的两端设有用于固定外部支撑物的挂钩或挂环。

根据本发明的温度分布监测装置，还包括定时器、响应单元和控制器：所述定时器用于录入测试时间；所述控制器的输入端与所述定时器的输出端电性连接，输出端与所述定时器、所述响应单元的输入端及所述热成像仪的输入端电性连接。

根据本发明的温度分布监测装置，所述响应单元包括图像获取单元和存储单元，所述图像获取单元与所述热成像仪双向电性连接，所述图像获取单元的输入端与所述控制器的输出端电性连接。

本发明的第一方面提供的温度分布监测装置的有益效果：将多个热交换体通过支撑组件固定于舍内需要获取温度信息的位置上，同时，支撑组件可将热交换体支撑在适当高度，将热成像仪放置于合适机位，使其能同时拍摄每个热交换体，并将各个热交换体的温度以图像形式显现，因热交换体能随室内温度的变化而变化，因此所得的图像即可直观地体现出各个热交换体所在位置的温度差异，从而更直观反映舍内的温度分布情况，且相对于通过多个温度传感器测量温度的方式，本装置成本更低，且易于维护，且安装方式较为简单，将热交换通过支撑组件固定即可，无需在固定前对热交换体本身进行进一步调整，提高了安装效率。

本发明的第二方面是提供一种温度分布监测方法，该方法使用本发明所提供的温度分布监测装置来完成，包括以下步骤：

步骤1：将多个所述热交换体通过所述支撑组件固定于舍内需要获取温度信息的位置上；

步骤2：将所述热成像仪放置于合适机位，使每个所述热交换体都位于所述热成像仪的拍摄范围内；

步骤3：等待适当时间，所述适当时间用于供所述热交换体与空气进行热交换，需大于或等于时间常数tc，其中，tc＝ρcv/(ha)，ρ为所述热交换体的密度，单位为kg/m³，c为比定压热热容，单位为j/(kg·k)，v为所述热交换体的体积，单位为m³，h为空气的对流换热系数，单位为w/(m²·k)，a为所述热交换体的表面积，单位为m²。

步骤4：观察所述热成像仪的图像信息，该图像信息即为舍内温度分布情况。

本发明的第二方面所提供的一种温度分布监测方法的有益效果：热交换器需要通过自身与外部环境进行热交换的方式，使其本身温度和外部环境温度空气温度趋向相同，该过程需要时间，在将热交换体安装至需要测温的位置后，在大于或等于时间常数tc＝ρcv/(ha)时，热交换体的自身温度与外部环境空气温度的差异较小，位于可允许的误差范围内，此时热交换体的温度可直接反应出环境温度，热成像仪上的图像信息更为准确，该热交换时间的确定避免了因热交换体在监测前热交换不充分导致监测误差过大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一个实施例的温度分布监测装置的结构示意图；

图2是本发明提供的另一个实施例的温度分布监测装置的控制逻辑示意图。

附图标记说明：

1、支撑组件；11、绳体；111、连接件；112、第一限位件；113、第二限位件；114、挂钩；2、热成像仪；21、拍摄范围；3、热交换体；31、通孔。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“第一方面实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图2描述本发明提供的一种温度分布监测装置。

如图1所示，本发明提供的一个实施例提供一种温度分布监测装置，包括支撑组件1、热成像仪2和多个热交换体3；所述支撑组件1用于支撑所述热交换体3，所述热交换体3连接于所述支撑组件1；所述热成像仪2用于拍摄所述热交换体3，热交换体3位于拍摄范围21内。

因热成像仪2所拍摄的图像为平面图像，若热交换体3为长方体且某一平面正对取像镜时，那么热交换体3只能获取正对取像镜的这一面的受热情况，其他五面都不在拍摄范围21内，因此令热交换体3为球体，因球体没有棱角，热成像仪2能拍摄热交换体3较大的范围，尤其位于热成像仪2的取像镜正下方的球体结构的热交换体3，其正上方和侧面的受热情况能同时被热成像仪2拍摄，进一步提高了监测的准确度，且球体易于携带。

根据本实施例，所述热交换体3的材料为毕渥数满足“bi＜0.1m”的材料，其中，m是与物体几何形状有关的无量纲数，对于无限大平板，m＝1，对于无限长圆柱，m＝1/2，对于球体，m＝1/3，bi＝h(v/a)/λ，h为空气的对流换热系数，单位为w/(m²·k)，v为所述热交换体3的体积，单位为m³，a为所述热交换体3的表面积，单位为m²，λ为热交换体3的导热系数，单位为w/(mk)。毕渥数在该范围内的材料热传导能力强，可提高监测的效率和准确度。

根据本实施例，所述支撑组件1包括绳体11，所述热交换体3固定于绳体11，所述绳体11的两端可固定于外部支撑物。以绳体11作为支撑组件1，结构简单，便于收纳和携带，且如果支撑组件1面积过大，舍内的部分位置会受支撑组件1遮挡而导致温度降低，采用面积小的绳体11可避免上述问题，提高监测准确度。

根据本实施例，所述绳体11有多条，多条所述绳体11平行配合并位于同一水平面，使多个热交换体3可通过线性阵列的方式平铺于某一水平面上，测量点更均匀，因多条所述绳体11通过连接件111连接为一体，可同时固定，提高了安装便捷度。

根据本实施例，所述热交换体3设有可供所述绳体11贯穿的通孔31，所述绳体11设有第一限位件112和第二限位件113，所述绳体11与所述热交换体3串接，所述热交换体3位于所述第一限位件112和所述第二限位件113之间。通过串接的方式将热交换体3与绳体11连接，热交换体3能沿绳体11滑动，以便于对热交换体3的所在位置进行调节，所述第一限位件112和所述第二限位件113对串接于绳体11的热交换体3起限位作用，使位置得到调节后的热交换体3得到固定。

根据本实施例，所述第一限位件112和/或第二限位件113为通过捆绑所述绳体11的方式所获得的绳结，通过绳体11自身捆绑所得的两个绳结对串接于绳体11的热交换体3进行限位，无需采用其他零部件，降低了成本。

根据本实施例，所述绳体11的两端设有用于固定外部支撑物的挂钩114，通过结构简单的挂钩114即可将装置直接挂于天花板、墙体或其他可固定装置的重物，若外部的支撑物表面过于平整且没有凸起，只需在外部支撑物安装于与可供挂钩114穿过并与挂钩114配合的挂环即可，通过该方式对热交换体3进行固定，进一步提高了安装效率。

如图2所示，本发明提供另一实施例，还包括定时器、响应单元和控制器：所述定时器用于录入测试时间；控制器，其输入端与所述定时器的输出端电性连接，其输出端与所述定时器、所述响应单元的输入端及所述热成像仪2的输入端电性连接。由于热交换器自身与外部环境进行热交换，使其本身温度和外部环境温度趋向相同需要时间，在将热交换体3安装至合适位置后，在定时器中输入所需的等待时间，控制器对热交换体3发送信号使其开启，当等待时间完成后，此时热交换体3的热交换工作完成，热成像仪2上的图像信息更为准确，定时器此时将信号发送给控制器，控制器将信号发送给响应单元以作出响应，该响应可以是提醒工作人员的提醒信息，以提醒工作人员获取此时的图像信息，也可以通过向其他单元发送信号以作出其他合适的行为。

根据本实施例，所述响应单元包括图像获取单元和存储单元，所述图像获取单元与所述热成像仪2双向电性连接，所述图像获取单元的输入端与所述控制器的输出端电性连接。当定时器中输入的所需的等待时间完成时，控制器控制图像获取单元发送信号，图像获取单元对热成像仪2的图像信息获取后传输至存储单元进行存储，在合适的时间完成自动取像和存储。

本发明的又一实施例提供一种温度分布监测方法，该方法使用图1所示的一个实施例所提供的温度分布监测装置来完成，包括以下步骤：

步骤1、将多个热交换体3通过支撑组件1固定于舍内需要获取温度信息的位置上；

步骤2、将热成像仪2放置于合适机位，使每个热交换体3都位于所述热成像仪2的拍摄范围21内；

步骤3、等待适当时间，所述适当时间用于供热交换体3与空气进行热交换，需大于或等于时间常数tc，其中，tc＝ρcv/(ha)，ρ为热交换体3的密度，单位为kg/m³，c为比定压热热容，单位为j/(kg·k)，v为热交换体3的体积，单位为m³，h为空气的对流换热系数，单位为w/(m²·k)，a为热交换体3的表面积，单位为m²。

步骤4、观察热成像仪2的图像信息，该图像信息即为舍内温度分布情况。

根据本实施例，热交换体3采用锡球，锡球的直径为0.005m，锡球的密度ρ为7310kg/m³，导热系数λ为67w/(m·k)，按照以上条件可计算得出锡球的体积v和面积a，并将其代入bi的计算公式中得bi为6.2·10^-5，该值远小于0.03，符合bi＜0.1m的要求。

锡球的比定压热热容c为228j/(kg·k)，在空气的自然对流时，对流换热系数h为1-10w/(m²·k)，因此h取值为5w/(m²·k)，将用温度计测得锡球附近的空气温度为25℃，根据时间常数的计算方法可得，tc为278s。

根据集总参数法计算锡球的方法可知：

其中，fo为傅里叶数，r为锡球半径，单位为m，a为热扩散率，t为锡球放置一段时间后的温度，t0为锡球的初始温度，t∞为空气的温度。

根据以上公式可以知，本实施例中fo为1.73·10⁴，最后把所有参数代入可得t为23.28℃，而实际空气温度为25℃，两者之间仅相差1.72℃，同理，在热成像仪3和温度计对温度的监测精度足够准确的情况下，将锡球通过支撑组件1固定于外部环境，同时在锡球附近固定有温度计，在278s后，通过热成像仪3对锡球进行拍摄所得图像中锡球位置的温度与温度计所测温度的温度差也是接近于上述推论所得的1.72℃，此误差不会对畜禽所需温度的判断造成实质性不良影响，属于允许范围内的误差，如需获取更精确数据，让热交换体放置久一点即可，由此可知，该方法可以在短时间内获取空气温度数据，进而判断舍内的温度分布情况。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。