一种太阳能重力热管红外温差测量装置及测量方法

1.本发明涉及太阳能重力热管检测技术领域，具体而言，涉及一种太阳能重力热管红外温差测量装置及测量方法。


背景技术：

2.太阳能重力热管由于热传导能力强、热损耗小、防冷冻、不炸管等优点，在太阳能热利用方面越来越普遍。为了确保太阳能重力热管传导热量效率，需要对太阳能重力热管温差这项技术要求进行检测。现阶段太阳能重力热管的生产厂家大都是通过人工来完成温差检测的，由于人工检测存在人为因素大、经验误差大、劳动强度大，误差难以避免。现阶段成套太阳能重力热管温差测量系统目前市面上尚未存在，而目前太阳能重力热管温差测量方法采用单支非接触测量和接触式测量，其测量效率极低，因此亟需一种能成批自动测量太阳能重力热管温差的方式。
3.针对现有技术的不足，提供一种能解决上述背景技术中提出的问题的一种弄太阳能重力热管红外温差测量装置及测量方法是很有必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种太阳能重力热管红外温差测量装置及测量方法，其能够针对现有技术中的不足之处，提出解决方案，解决在不影响流水线运行的情况下，实现一次能自动测量多支太阳能重力热管，获取各自太阳能重力热管冷凝端温度值，从而减少人为误差，提高了太阳能重力热管测量准确性和太阳能重力热管的生产和温差测量效率。
5.本发明的实施例提供一种太阳能重力热管红外温差测量装置，包括支撑架、恒温水槽、旋转机构、装载机构和红外测温机构，所述恒温水槽设于所述支撑架上，所述恒温水槽的顶部开口；
6.所述旋转机构包括蜗轮蜗杆步进电机、直线光轴和轴承座，所述蜗轮蜗杆步进电机和所述轴承座分别设于所述恒温水槽上方两侧，并固定于所述支撑架上，所述直线光轴的两端分别与所述蜗轮蜗杆和所述轴承座连接；
7.所述装载机构上设有多个重力热管插孔，所述装载机构通过支撑块与所述直线光轴垂直连接，所述装载机构的下端位于所述恒温水槽的内部，所述装载机构的上端高于所述恒温水槽；
8.所述红外测温机构支撑臂、直线滑台和红外测温设备，所述支撑臂与所述支撑块可拆卸连接，所述直线滑台设于所述支撑臂的顶部，所述红外测温设备滑动设置于所述直线滑台上，其中，所述红外测温设备始终正对所述装载机构上装载的太阳能重力热管的冷凝端中部；
9.还包括电气控制箱和计算机，所述电气控制箱与所述计算机安装于所述恒温水槽的外侧。
10.在本发明的一些实施例中，所述恒温水槽的开口一侧设有水槽控制器，所述水槽
控制器上设有水温显示屏，所述恒温水槽内设有加热器，所述加热器和所述水温显示屏分别与所述水槽控制器连接；所述恒温水槽的一侧下方设有进水口和出水口，所述恒温水槽内水液面高度是所述太阳能重力热管长度的2/3～3/5。
11.在本发明的一些实施例中，所述支撑架包括底板和设于底板相对两侧的侧架，所述恒温水槽安装于所述底板上，两个所述侧架位于所述恒温水槽的两侧，所述底板的底部四角设有万向轮。
12.在本发明的一些实施例中，所述蜗轮蜗杆步进电机固定于其中一个所述侧架顶部，所述轴承座固定于另一个所述侧架顶部，所述直线光轴的一端与所述蜗轮蜗杆步进电机的输出轴连接，所述直线光轴的另一端与所述轴承座转动连接。
13.在本发明的一些实施例中，所述装载机构包括两个相对设置的竖轴和两个间隔横向设置于所述竖轴之间的安装板，两个所述安装板上对应开设有所述重力热管插孔，一个所述安装板位于所述竖轴的顶部，另一个所述安装板设于所述竖轴的中部。
14.在本发明的一些实施例中，所述支撑块设置为三个，其中一个所述支撑块固定于所述直线光轴的中部，另外两个所述支撑块对称设置于中间支撑块的两侧；两个所述竖轴分别与两端的所述支撑块连接，所述支撑臂与中间的所述支撑块可拆卸连接。
15.在本发明的一些实施例中，所述支撑臂包括水平臂和竖直臂，所述水平臂的一端与所述支撑块通过螺栓连接，所述水平臂的另一端与所述竖直臂的底部固定连接，所述竖直臂的顶部连接所述直线滑台。
16.在本发明的一些实施例中，所述蜗轮蜗杆步进电机步距角为1.8
°
，减速比为30:1。
17.本发明的实施例还提供一种太阳能重力热管红外温差测量方法，包括如下步骤：
18.开启恒温水槽，设置预设温度值；
19.待所述恒温水槽内水温稳定在所述预设温度值时，将装好太阳能重力热管的装载机构固定在直线光轴上，并启动蜗轮蜗杆步进电机使所述装载机构旋转旋入恒温水槽；
20.待静置预设时间后，通过红外测温设备获取每一支太阳能重力热管冷凝端测量温度值ti，求取所述温度值ti与所述恒温水槽的实时水温tr的差值，获得太阳能重力热管的温差
△
ti。
21.在本发明的一些实施例中，所述预设温度值为90℃，所述预设时间为30s～60s。
22.相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
23.本发明通过支撑架、恒温水槽、旋转机构、装载机构和红外测温机构，所述恒温水槽设于所述支撑架上，所述恒温水槽的顶部开口；所述旋转机构包括蜗轮蜗杆步进电机、直线光轴和轴承座，所述蜗轮蜗杆步进电机和所述轴承座分别设于所述恒温水槽上方两侧，并固定于所述支撑架上，所述直线光轴的两端分别与所述蜗轮蜗杆和所述轴承座连接；所述装载机构上设有多个重力热管插孔，所述装载机构通过支撑块与所述直线光轴垂直连接，所述装载机构的下端位于所述恒温水槽的内部，所述装载机构的上端高于所述恒温水槽；所述红外测温机构支撑臂、直线滑台和红外测温设备，所述支撑臂与所述支撑块可拆卸连接，所述直线滑台设于所述支撑臂的顶部，所述红外测温设备滑动设置于所述直线滑台上，其中，所述红外测温设备始终正对所述装载机构上装载的太阳能重力热管的冷凝端中部；还包括电气控制箱和计算机，所述电气控制箱与所述计算机安装于所述恒温水槽的外侧。通过旋转机构带动装有太阳能重力热管的装载机构进行旋转，将太阳能重力热管冷凝
端下部浸入恒温水槽中一定时间，红外测温设备跟随装载机构旋转，始终正对太阳能重力热管的冷凝端，固定时间后即可进行测温，从而求取太阳能重力热管冷凝端与恒温水槽的差值，进而能够计算得出太阳能重力热管的热传导率；本发明能够一次测量多支太阳能重力热管冷凝端温度值、从而获取各自太阳能重力热管温差，且太阳能重力热管温差在线测量方法可减小测量的误差，从而提高了太阳能重力热管测量准确性；太阳能重力热管红外温差检测为实现成批测量自动化提供了切实可行的方法，从而提高了太阳能重力热管的测量效率。本发明通过装载机构、旋转机构、红外测温机构和软件的结合，为研究太阳能重力热管温差随重力热管与水平面夹角关系提供了硬件基础，为实现太阳能重力热管温差在线测量提供了切实可行的方法，从而提高了太阳能重力热管温差测量效率和自动化程度。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
25.图1为本发明实施例中太阳能重力热管红外温差测量装置的整体结构示意图；
26.图2为本发明实施例中太阳能重力热管红外温差测量装置装载有太阳能重力热管时的结构示意图；
27.图3为本发明实施例中装载机构的结构示意图；
28.图4为本发明实施例中太阳能重力热管红外温差测量方法的步骤流程图。
29.附图标记：1、红外测温设备；2、直线滑台；3、竖直臂；4、装载机构；5、直线光轴；6、水平臂；7、支撑块；8、轴承座；9、支撑架；10、恒温水槽；11、底盘；12、万向轮；13、进水口；14、出水口；15、水槽控制器；16、电气控制箱；17、上位计算机；18、侧架；19、蜗轮蜗杆步进电机；20、电动滑块；21、太阳能重力热管；22、竖轴；23、安装板；24、重力热管插孔。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和
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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“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，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.实施例
36.参照图1-图4，图1为本发明实施例中太阳能重力热管红外温差测量装置的整体结构示意图；图2为本发明实施例中太阳能重力热管红外温差测量装置装载有太阳能重力热管时的结构示意图；图3为本发明实施例中装载机构的结构示意图；图4为本发明实施例中太阳能重力热管红外温差测量方法的步骤流程图；
37.具体包括：支撑架9、恒温水槽10、旋转机构、装载机构4和红外测温机构，恒温水槽10设于支撑架9上，恒温水槽10的顶部开口；
38.旋转机构包括蜗轮蜗杆步进电机19、直线光轴5和轴承座8，蜗轮蜗杆步进电机19和轴承座8分别设于恒温水槽10上方两侧，并固定于支撑架9上，直线光轴5的两端分别与蜗轮蜗杆和轴承座8连接；
39.装载机构4上设有多个重力热管插孔24，装载机构4通过支撑块7与直线光轴5垂直连接，装载机构4的下端位于恒温水槽10的内部，装载机构4的上端高于恒温水槽10；
40.红外测温机构支撑臂、直线滑台2和红外测温设备1，支撑臂与支撑块7可拆卸连接，直线滑台2设于支撑臂的顶部，红外测温设备1滑动设置于直线滑台2上，其中，红外测温设备1始终正对装载机构4上装载的太阳能重力热管21的冷凝端中部；
41.还包括电气控制箱16和计算机，电气控制箱16与计算机安装于恒温水槽10的外侧。
42.本发明通过支撑架9、恒温水槽10、旋转机构、装载机构4和红外测温机构，恒温水槽10设于支撑架9上，恒温水槽10的顶部开口；旋转机构包括蜗轮蜗杆步进电机19、直线光轴5和轴承座8，蜗轮蜗杆步进电机19和轴承座8分别设于恒温水槽10上方两侧，并固定于支撑架9上，直线光轴5的两端分别与蜗轮蜗杆和轴承座8连接；装载机构4上设有多个重力热管插孔24，装载机构4通过支撑块7与直线光轴5垂直连接，装载机构4的下端位于恒温水槽10的内部，装载机构4的上端高于恒温水槽10；红外测温机构支撑臂、直线滑台2和红外测温设备1，支撑臂与支撑块7可拆卸连接，直线滑台2设于支撑臂的顶部，红外测温设备1滑动设置于直线滑台2上，其中，红外测温设备1始终正对装载机构4上装载的太阳能重力热管21的冷凝端中部；还包括电气控制箱16和计算机，电气控制箱16与计算机安装于恒温水槽10的外侧。通过旋转机构带动装有太阳能重力热管21的装载机构4进行旋转，将太阳能重力热管21冷凝端下部浸入恒温水槽10中一定时间，红外测温设备1跟随装载机构4旋转，始终正对太阳能重力热管21的冷凝端，固定时间后即可进行测温，从而求取太阳能重力热管21冷凝端与恒温水槽10的差值，进而能够计算得出太阳能重力热管21的热传导率；本发明能够一次测量多支太阳能重力热管21冷凝端温度值、从而获取各自太阳能重力热管21温差，且太
阳能重力热管21温差在线测量方法可减小测量的误差，从而提高了太阳能重力热管21测量准确性；太阳能重力热管21红外温差检测为实现成批测量自动化提供了切实可行的方法，从而提高了太阳能重力热管21的测量效率。
43.下面，将对本示例性实施例中一种太阳能重力热管红外温差测量装置及测量方法作进一步地说明。
44.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述支撑架9包括底板和设于底板相对两侧的侧架18，上述恒温水槽10安装于底板上，两个侧架18位于恒温水槽10的两侧，上述恒温水槽10的顶部开口，便于太阳能重力热管21旋转浸入水中，恒温水槽10的一侧下方设有进水口13和出水口14，用于更换恒温水槽10内部的液体，上述恒温水槽10的开口一侧设有水槽控制器15，上述水槽控制器15上设有水温显示屏，恒温水槽10内还设有加热器，商户加热器和水温显示屏分别与水槽控制器15连接，通过水槽控制器15对内部的液体进行加热预设温度，水温显示屏用于实时显示水槽内的水温，具体地，上述恒温水槽10内可以设置温度传感器，温度传感器用于实时监测恒温水槽10内的温度，传送给水槽控制器15用于显示；上述其中一个侧架18的外侧还设有电气控制箱16，电气控制箱16的顶部安装有计算机，上述计算机为上位计算机17。
45.在一具体实施例中，上述底板的底部四角设有万向轮12。通过在底板的底部设置万向轮12，使得装置整体为可移动性，便于根据适用场所进行移动。
46.在一具体实施例中，上述恒温水槽10内水液面高度是太阳能重力热管21长度的2/3～3/5，以使太阳能重力热管21的下部旋转后能够进入恒温水槽10内，同时也避免上端的冷凝端部分浸入到恒温水槽10内。恒温水槽10的温控精度在
±
0.5℃范围内，尺寸需与底板配合且在装载机构4旋转过程中不能与恒温水槽10壁面有摩擦。
47.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述旋转机构包括蜗轮蜗杆步进电机19、直线光轴5和轴承座8，上述蜗轮蜗杆步进电机19和轴承座8分别设于恒温水槽10上方两侧，并固定于支撑架9上，直线光轴5的两端分别与蜗轮蜗杆和轴承座8连接。具体地，上述蜗轮蜗杆步进电机19固定于其中一个侧架18顶部，并与电气控制箱16连接，具体地，蜗轮蜗杆步进电机19由电气控制箱16内部的可编程控制器plc控制，上述轴承座8固定于另一个侧架18顶部，上述直线光轴5的一端与蜗轮蜗杆步进电机19的输出轴连接，直线光轴5的另一端与轴承座8转动连接，蜗轮蜗杆步进电机19能够驱动直线光轴5旋转从而带动装载机构4进行旋转，其中，上述蜗轮蜗杆步进电机19步距角为1.8
°
，减速比为30:1，型号为86系列步进电机。
48.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述装载机构4上设有多个重力热管插孔24，上述装载机构4通过支撑块7与直线光轴5垂直连接，装载机构4的下端位于恒温水槽10的内部，装载机构4的上端高于恒温水槽10。
49.在一具体实施例中，上述装载机构4包括两个相对设置的竖轴22和两个间隔横向设置于竖轴22之间的安装板23，两个安装板23上对应开设有重力热管插孔24，一个安装板23位于竖轴22的顶部，另一个安装板23设于竖轴22的中部，多根太阳能重力热管21分别插入多个插孔内，从而固定于装载机构4上。本实施例中测试使用的太阳能重力热管21长度为1.7米，冷凝端外径18毫米，环境温度为24℃，盛有太阳能重力热管21的装载机构4垂直放置在恒温水槽10水域中。
50.在一具体实施例中，上述支撑块7设置为三个，其中一个支撑块7固定于直线光轴5的中部，另外两个支撑块7对称设置于中间支撑块7的两侧，两个竖轴22分别与两端的支撑块7连接。
51.在一具体实施例中，上述装载机构4采用有机玻璃或聚丙烯等热导率低的材料加工而成，使其对恒温水槽10的温场和对太阳能重力热管21热传递影响应很小，且其形状可由弧形或三角形装置替代。
52.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述红外测温机构支撑臂、直线滑台2和红外测温设备1，上述支撑臂与支撑块7可拆卸连接，上述直线滑台2设于支撑臂的顶部，上述红外测温设备1滑动设置于直线滑台2上，具体地，上述红外测温设备1可通过电动滑块20滑动设置于直线滑台2上，上述电动滑块20由电气控制箱16控制，其中，红外测温设备1始终正对装载机构4上装载的太阳能重力热管21的冷凝端中部，使其能够准确测量冷凝端的温度值。
53.在一具体实施例中，上述支撑臂包括水平臂6和竖直臂3，上述水平臂6的一端与支撑块7通过螺栓连接，采用螺栓连接的方式使得红外测温机构能够与装载机构4进行拆卸，可更换太阳能重力热管21的批次；上述水平臂6的另一端与竖直臂3的底部固定连接，竖直臂3的顶部连接直线滑台2，水平臂6长度由红外测温设备1光学分辨率决定，竖直臂3长度保证红外测温设备1正对太阳能重力热管21冷凝端中部。
54.作为一种示例，上述红外测温设备1可以是红外测温仪，上述红外测温仪依次在直线滑台2上移动，从而能够测量装载机构4上装载的多根太阳能重力热管21的温度值，且红外测温仪准确度应为
±
0.5℃，在本实施中可以使用红外测温仪型号为mik-al-10。
55.作为一种示例，上述红外测温设备1可以是红外成像仪，红外成像仪与上位计算机17连接，红外成像仪一次性拍摄多个太阳能重力热管21的温度图像，从而获得每一根太阳能重力热管21的温度值，能够提高测温效率。
56.作为一种示例，启动恒温水槽10，承装有太阳能重力热管21的装载机构4通过支撑块7固定在旋转机构上，待恒温水槽10中水温达到预设温度值时，旋转机构驱动装载机构4浸在水域中，装载机构4可与水平面呈任意角度，静置一段时间后，由直线滑台2驱动红外测温仪移动依次正对每支太阳能重力热管21的冷凝端，测得每一支承装在装载机构4中太阳能重力热管21冷凝端温度值，从而与实时水温比较得出每一支太阳能重力热管21合格与否，接着旋转机构驱动装载机构4回至原位，卸载装载机构4并重新安装另一装载机构4进行下一批次测量。
57.本技术实施例还提供一种太阳能重力热管红外温差测量方法，包括如下步骤：
58.s110、开启恒温水槽10，设置预设温度值；其中，预设温度值为90℃；
59.s120、待恒温水槽10内水温稳定在预设温度值时，将装好太阳能重力热管21的装载机构4固定在直线光轴5上，并启动蜗轮蜗杆步进电机19使装载机构4旋转旋入恒温水槽10；
60.s130、待静置预设时间后，通过红外测温设备1获取每一支太阳能重力热管21冷凝端测量温度值ti，求取温度值ti与恒温水槽10的实时水温tr的差值，获得太阳能重力热管21的温差
△
ti；其中，预设时间为30s～60s，在本技术实施例中，优选为60s。
61.本发明测量方法的实施例及其实施工作过程如下：
62.本实施例中测试使用的太阳能重力热管21长度为1.7米，冷凝端外径18毫米，环境温度为24℃，盛有太阳能重力热管21的装载机构4垂直放置在恒温水槽10水域中。使用的红外测温仪型号为mik-al-10。
63.步骤一、开启恒温水槽10，设置预设温度值90℃，将水800l加入到恒温水槽10内，使水深达到1.1米。通过水温控制器15控制水温达到90℃并稳定，此时水潜热总量约为221mj。
64.步骤二、待恒温水槽10水温稳定在90℃时，将装好太阳能重力热管21的装载机构4固定在直线光轴5，然后通过蜗轮蜗杆步进电机19旋入恒温水槽10；
65.步骤三、静置60s后，固定在直线滑台2上的红外测温仪移动依次获取每一支太阳能重力热管21冷凝端测量温度值ti，再与恒温水槽10的实时水温tr相减得到温差
△
ti。温差的具体公式为：
△
ti＝tr-ti；
66.其中，
△
ti为第i支太阳能重力热管21蒸发段与冷凝端温差，tr为恒温水槽10实时水温，ti为接触式温度传感器测得第i支太阳能重力热管21冷凝端温度值。
67.具体地，将装有16支太阳能重力热管21的装载机构4旋入恒温水槽1060s后，用已经接好线的红外测温仪进行测温得到各个太阳能重力热管21冷凝端温度值，其分别为80.8、84.6、84.2、86.1、87.2、87.3、86.1、85.5、86.3、87.1、86.8、85.1、86.1、84.7、83.6、84.6℃，而测量时恒温水槽10实时水温tr为89.9℃。得出太阳能重力热管21温差试验中温差
△
ti＝tr-ti(i取1-16)分别为9.1、5.3、5.7、3.8、2.7、2.6、3.8、4.4、3.6、2.8、3.1、4.8、3.8、5.2、6.3、5.3℃。最后将装载机构4移回至原位。
68.通过以上方法得到的数据表明：被测16支太阳能重力热管21全部合格，所以本方法温差测量作为判断太阳能重力热管21合格性，结果可靠。
69.本发明将红外测温技术运用到太阳能重力热管21温差检测中，批量在线对太阳能重力热管21温差进行检测，提高了生产效率和自动化程度。
70.本发明承载太阳能重力热管21的装置和测量温差方法，应符合gb/t24767-2009《太阳能重力热管》要求。
71.由此可见，本发明能够成批测量太阳能重力热管21并获取其冷凝端温度值，提高了太阳能重力热管21测量准确性，并且提高了太阳能重力热管21的测量效率，居于突出显著的技术效果。
72.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。