一種真空絕熱板導熱系數在線測量裝置及其測量方法
【專利摘要】一種真空絕熱板導熱系數在線測量裝置及其測量方法，涉及一種真空絕熱板。提供具有檢測速度快、操作簡單、成本低、測量結果便于管理等特點，從而滿足真空絕熱板大批量生產的質量檢測需求的一種真空絕熱板導熱系數在線測量裝置及其測量方法。裝置設有內部測量模塊和外部測量模塊；所述內部測量模塊設有接收線圈、無線充電接收電路、加熱控制電路、溫度檢測電路、RC振蕩電路和信號發射探頭；所述外部測量模塊設有無線充電發射電路、發射線圈、信號接收探頭、放大電路、濾波電路和信號處理模塊。使冰箱等領域的真空絕熱板導熱系數的快速測量成為了可能，并且滿足了真空絕熱板導熱系數現場在線測量的要求，推動了真空絕熱板的廣泛且安全的應用。
【專利說明】一種真空絕熱板導熱系數在線測量裝置及其測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種真空絕熱板，尤其是涉及一種真空絕熱板導熱系數在線測量裝置及其測量方法。
【背景技術】
[0002]真空絕熱板(Vacuum Insulation Panel簡稱VIP)是一種先進的高效節能產品，它通過最大限度提高板內真空度并充填以芯層絕熱材料而實現隔絕熱傳導，從而達到保溫、節能的目的，因此被廣泛應用于冰箱、冰柜、冷藏車、冷庫、冷凍冷藏集裝箱等領域。另外，在航空航天、食品工業、墻體保溫等領域也開始使用。目前，歐美國家、日本等先進國家已經開始應用“絕熱板”于節電、節能技術，真空隔熱板產品的應用響應了世界家電產品高效節能化趨勢的要求。
[0003]我國上海海事大學闞安康等人提出真空絕熱板導熱系數測量方案(闞安康，韓厚德，王忠誠.雙室熱保護法測定真空絕熱板導熱系數的研究[J].低溫與超導，2011，(2):53-58.)，其測量裝置基于一維穩態導熱下，采用熱流量的方式計算出VIP的導熱系數。另外一種測量方案(闞安康，韓厚德，王友聰.真空絕熱板導熱系數測量裝置的設計[J].上海海事大學學報，2006，(3):9-11)，其測量裝置基于穩態平板法計算出VIP的導熱系數。雖然以上兩種測量測量方案的測量精度高，但是其測量方法慢，而且真空絕熱板的厚度越高，其測量時間越長。因此，采用傳統的檢測技術方法效率低，需要消耗大量的時間，嚴重影響生產效率。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于針對現有的真空絕熱板導熱系數測量技術存在的上述不足，提供具有檢測速度快、操作簡單、成本低、測量結果便于管理等特點，從而滿足真空絕熱板大批量生產的質量檢測需求的一種真空絕熱板導熱系數在線測量裝置及其測量方法。
[0005]所述一種真空絕熱板導熱系數在線測量裝置設有內部測量模塊和外部測量模塊；
[0006]所述內部測量模塊設有接收線圈、無線充電接收電路、加熱控制電路、溫度檢測電路、RC振蕩電路和信號發射探頭，接收線圈與無線充電接收電路的輸入端連接，無線充電接收電路分別與加熱控制電路、溫度檢測電路、RC振蕩電路連接，加熱控制電路的輸出端接溫度檢測電路的輸入端，溫度檢測電路的輸出端接RC振蕩電路的輸入端，RC振蕩電路的輸出端接信號發射探頭；
[0007]所述外部測量模塊設有無線充電發射電路、發射線圈、信號接收探頭、放大電路、濾波電路和信號處理模塊；所述無線充電發射電路的輸出端接發射線圈，發射線圈置于設在隔氣膜上的供電標記和測量標記的正上方，信號接收探頭的信號輸出端接放大電路的輸入端，放大電路的輸出端接濾波電路的輸入端，濾波電路的輸出端接信號處理模塊的A/D輸入口，信號處理模塊通過Α/D輸入口采集數據，并通過傅里葉變換(FFT)計算出信號發射探頭兩端信號頻率的大小。
[0008]所述信號接收探頭可采用壓電陶瓷片，壓電陶瓷片將機械振動轉變為電信號。在測量時需要將信號接收探頭與真空絕熱板外壁的測量標記對準并無間隙接觸，方位與信號發射探頭的安裝位置盡量一致，以便傳輸信號。
[0009]所述發射線圈置于供電標記正上方的方位最好與接收線圈的安裝位置一致，并通過磁耦合共振方式將能量從發射裝置傳遞給接收裝置，從而為整個內部測量模塊供電。信號接收探頭用于接收信號發射探頭兩端的信號，該信號經放大電路放大，再經過濾波電路濾波后，連接到信號處理模塊的Α/D輸入口。信號處理模塊通過Α/D輸入口采集數據，然后通過快速傅里葉變換(FFT)，計算出信號發射探頭兩端信號頻率的大小。信號接收探頭由壓電陶瓷片組成，壓電陶瓷片將機械振動轉變為電信號。在測量時需要將信號接收探頭與真空絕熱板外壁的測量標記對準并無間隙接觸，方位與信號發射探頭的安裝位置盡量一致，以便傳輸信號。
[0010]所述真空絕熱板導熱系數在線測量方法，采用真空絕熱板導熱系數在線測量裝置，包括以下步驟:
[0011]I)將外部測量模塊的信號接收探頭緊靠在測量標記處，信號接收探頭在測量時與真空隔熱板外壁無間隙接觸，信號接收探頭的方位與測量標記盡量吻合以保證與內部發射探頭的安裝方位一致，測量標記是在真空絕熱板制造中在封閉的隔氣膜上做出的放置外部接收探頭的標記，以保證信號準確傳輸；
[0012]2)將無線充電發射電路連接的發射線圈緊靠在供電標記處，外部測量模塊在供電時，發射線圈與真空絕熱板外壁無間隙接觸，發射線圈的方位與供電標記盡量吻合以保證與內部接收線圈的安裝方位一致，供電標記是在真空絕熱板制造過程中在封閉的隔氣膜上做出的放置發射線圈的標記，以保證內部測量模塊正常通電；
[0013]3)當外部測量模塊通電時，內部測量模塊即通電，內部測量模塊中的加熱電阻便開始加熱，當溫度檢測電路檢測到加熱電阻達到預設的溫度值時，加熱控制電路即自動控制加熱電阻停止加熱，在整個加熱和停止加熱的過程中，熱敏電阻時刻在檢測真空絕熱板內部的溫度變化，信號發射探頭兩端的信號頻率大小反映了真空絕熱板內部的溫度變化情況；
[0014]4)外部測量模塊的信號接收探頭接收到信號發射探頭兩端的信號后，通過放大器、濾波電路、信號處理模塊，無失真地檢測到內部信號發射探頭兩端的信號頻率變化情況；
[0015]5)對同一塊真空絕熱板進行測量實驗，記錄下選定時間點的頻率值進行運算，求出真空絕熱板內的熱敏電阻由于測量實驗的加熱環節造成的頻率變化；
[0016]6)重復步驟5) 6次，然后取6次頻率變化值的算術平均值，當確定此算術平均值足夠穩定，即方差足夠小時，則將此算術平均值作為這個特定導熱系數下的真空絕熱板在本測量實驗中的頻率變化特征值；
[0017]7)再取至少10種具有不同導熱系數的真空絕熱板作為實驗標定板，通過上述的步驟I)?6)進行測量，分別求出每種真空絕熱板在本測量實驗中的頻率變化特征值；
[0018]8)統計上述各種導熱系數真空絕熱板的頻率變化特征值，制成頻率變化特征表，然后基于最小二乘法進行直線擬合，畫出頻率變化特征值與真空絕熱板導熱系數之間的擬合直線，算出最終需要的參數k和回歸系數b，其中，參數k反映了真空絕熱板的導熱系數與其對應的頻率變化特征值之間的線性關系。
[0019]通過上述實驗步驟進行測量，得到實驗板內部測量模塊的頻率變化特征值和導熱系數的關系圖，將這組真空絕熱板實驗標準板的擬合關系圖作為參考圖表，以后測量真空絕熱板的導熱系數可以參考這組實驗數據，從而達到快速測量的效果。
[0020]本發明使冰箱等領域的真空絕熱板導熱系數的快速測量成為了可能，并且滿足了真空絕熱板導熱系數現場在線測量的要求，推動了真空絕熱板的廣泛且安全的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明所述真空絕熱板導熱系數快速在線測量裝置實施例的整體結構組成框圖。
[0022]圖2為本發明所述內部測量模塊的電路組成原理圖。
[0023]圖3為本發明所述真空絕熱板導熱系數快速在線測量裝置及測量方法的安裝示意圖。
[0024]圖4為本發明實施例的散點圖和回歸直線。在圖4中,標記?為實際測量值,一為擬合直線。
【具體實施方式】
[0025]如圖1~3所示，本發明所述一種真空絕熱板導熱系數在線測量裝置實施例設有內部測量模塊3和外部測量模塊4。
[0026]所述內部測量模塊3設有接收線圈9、無線充電接收電路5、加熱控制電路6、溫度檢測電路7、RC振蕩電路8和信號發射探頭10，接收線圈9與無線充電接收電路5的輸入端連接，無線充電接收電路5分別與加熱控制電路6、溫度檢測電路7、RC振蕩電路8連接，加熱控制電路6的輸出端接溫度檢測電路7的輸入端，溫度檢測電路7的輸出端接RC振蕩電路8的輸入端，RC振蕩電路8的輸出端接信號發射探頭10。
[0027]所述外部測量模塊4設有無線充電發射電路15、發射線圈13、信號接收探頭14、放大電路16、濾波電路17和信號處理模塊18 ;所述無線充電發射電路15的輸出端接發射線圈13，發射線圈13置于設在隔氣膜2上的供電標記11和測量標記12的正上方，信號接收探頭14的信號輸出端接放大電路16的輸入端，放大電路16的輸出端接濾波電路17的輸入端，濾波電路17的輸出端接信號處理模塊18的Α/D輸入口，信號處理模塊18通過A/D輸入口采集數據，并通過傅里葉變換(FFT)計算出信號發射探頭10兩端信號頻率的大小。
[0028]所述信號接收探頭可采用壓電陶瓷片，壓電陶瓷片將機械振動轉變為電信號。在測量時需要將信號接收探頭與真空絕熱板外壁的測量標記對準并無間隙接觸，方位與信號發射探頭的安裝位置盡量一致，以便傳輸信號。
[0029]所述發射線圈13置于供電標記正上方的方位最好與接收線圈9的安裝位置一致，并通過磁耦合共振方式將能量從發射裝置傳遞給接收裝置，從而為整個內部測量模塊供電。信號接收探頭14用于接收信號發射探頭兩端的信號，該信號經放大電路放大，再經過濾波電路17濾波后，連接到信號處理模塊18的Α/D輸入口。信號處理模塊18通過Α/D輸入口采集數據，然后 通過快速傅里葉變換(FFT)，計算出信號發射探頭10兩端信號頻率的大小。信號接收探頭由壓電陶瓷片組成，壓電陶瓷片將機械振動轉變為電信號。在測量時需要將信號接收探頭與真空絕熱板外壁的測量標記對準并無間隙接觸，方位與信號發射探頭的安裝位置盡量一致，以便傳輸信號。
[0030]使用時，內部測量模塊由封閉的隔氣膜封裝在隔熱材料中，所述接收線圈9和信號發射探頭10安裝在真空絕熱板I內壁，與封閉的隔氣膜2無間隙接觸并封裝在真空絕熱板的隔熱材料中，在封閉的隔氣膜上設有用于外部測量模塊進行測量的標記和利用無線充電發射電路進行供電的標記。
[0031]無線充電接收電路可設有整流電路、濾波電路和穩壓電路。當外部測量模塊中的無線充電發射電路通電后，無線充電接收電路通過接收線圈接收到能量后，則會產生+5V電源為整個內部測量模塊供電。接收線圈安裝在真空絕熱板內壁，與封閉的隔氣膜無間隙接觸，以便傳輸能量。當內部測量模塊一通電，加熱控制電路中的加熱電阻便開始加熱，溫度檢測電路用于檢測加熱電阻的溫度。當溫度檢測電路檢測到加熱電阻達到預設的溫度值時，加熱控制電路便后自動控制加熱電阻停止加熱。
[0032]RC振蕩電路可設有熱敏電阻、瓷片電容和運算放大器，RC振蕩電路產生的矩形波信號的頻率取決于熱敏電阻和瓷片電容的大小。RC振蕩電路的輸出端連接到信號發射探頭。信號發射探頭由壓電陶瓷片(也稱為蜂鳴片)組成，壓電陶瓷片將電信號轉變為機械振動，信號發射探頭安裝在真空絕熱板內壁，與封閉的隔氣膜無間隙接觸，以便傳輸電信號。在整個加熱和停止加熱的過程中，熱敏電阻時刻在檢測真空絕熱板內部的溫度變化。當加熱時溫度升高，熱敏電阻的電阻大小減小，信號發射探頭兩端的信號頻率增大。反之，當停止加熱時溫度降低，熱敏電阻的電阻大小增大，信號發射探頭兩端的信號頻率減小。
[0033]本發明所述真空絕熱板I主要由封閉的隔氣膜2和在封閉隔氣膜2內的隔熱材料組成。
[0034]所述內部測量模塊3設有無線充電接收電路5、加熱控制電路6、溫度檢測電路7、RC振蕩電路8、接收線圈9和信號發射探頭10。無線充電接收電路5設有接收線圈、整流電路、濾波電路和穩壓電路，具體電路參見圖2。當外部測量模塊4中的無線充電發射電路15通電后，無線充電接收電路5接收到能量后，則會產生+5V電源為整個內部測量模塊3供電。接收線圈9安裝在真空絕熱板內壁，與封閉的隔氣膜2無間隙接觸，以便傳輸能量。當內部測量模塊3通電，加熱控制電路6中的加熱電阻便開始加熱，溫度檢測電路7用于檢測加熱電阻的溫度。當溫度檢測電路7檢測到加熱電阻達到預設的溫度值時，加熱控制電路6便后自動控制加熱電阻停止加熱。RC振蕩電路8設有熱敏電阻、瓷片電容、普通電阻和運算放大器。RC振蕩電路8產生的矩形波信號的頻率取決于熱敏電阻和瓷片電容的大小。RC振蕩電路8的輸出端連接到信號發射探頭10。信號發射探頭10由壓電陶瓷片(也稱為蜂鳴片)組成，壓電陶瓷片將電信號轉變為機械振動，信號發射探頭10安裝在真空絕熱板內壁，與封閉的隔氣膜2無間隙接觸，以便傳輸電信號。在整個加熱和停止加熱的過程中，熱敏電阻時刻在檢測真空絕熱板內部的溫度變化。當加熱時溫度升高，熱敏電阻的電阻大小減小，信號發射探頭10兩端的信號頻率增大。反之，當停止加熱時溫度降低，熱敏電阻的電阻大小增大，信號發射探頭10兩端的信號頻率減小。
[0035]所述外部測量模塊4設有無線充電發射電路15、發射線圈13、信號接收探頭14、放大電路16、濾波電路17和信號處理模塊18。無線充電發射電路15連接的發射線圈13置于供電標記11的正上方，方位與接收線圈9的安裝位置盡量一致，通過磁耦合共振方式將能量從發射電路傳遞給接收電路，從而為整個內部測量模塊3供電。信號接收探頭14用于接收信號發射探頭10兩端的信號，該信號經放大電路16放大，再經過濾波電路濾波17后，連接到信號處理模塊18的Α/D輸入口。信號處理模塊通過Α/D輸入口采集數據，然后通過快速傅里葉變換(FFT)，計算出信號發射探頭10兩端信號頻率的大小。信號接收探頭14由壓電陶瓷片組成，壓電陶瓷片將機械振動轉變為電信號。在測量時需要將信號接收探頭14與真空絕熱板外壁的測量標記12對準并無間隙接觸，方位與信號發射探頭10的安裝位置盡量一致，以便傳輸信號。
[0036]所述真空絕熱板導熱系數在線測量方法，包括以下步驟:
[0037]I)將外部測量模塊4的信號接收探頭緊靠在測量標記處。外部信號接收探頭14在測量時需要與真空隔熱板外壁無間隙接觸，方位與測量標記12盡量吻合以保證與內部發射探頭10的安裝方位一致。測量標記12是在真空絕熱板制造中在封閉的隔氣膜2上做出的放置外部接收探頭14的標記，以保證信號準確傳輸。
[0038]2)將無線充電發射電路15連接的發射線圈13緊靠在供電標記處。外部測量模塊4在供電時，發射線圈13需要與真空絕熱板外壁無間隙接觸，方位與供電標記11盡量吻合以保證與內部接收線圈9的安裝方位一致。供電標記11是在真空絕熱板制造過程中在封閉的隔氣膜2上做出的放置發射線圈13的標記，以保證內部測量模塊正常通電。
[0039]3)當外部測量模塊4 一通電，內部測量模塊3即通電。內部測量模塊3中的加熱電阻便開始加熱。當溫度檢測電路7檢測到加熱電阻達到預設的溫度值時，加熱控制電路6便后自動控制加熱電阻停止加熱。在整個加熱和停止加熱的過程中，熱敏電阻時刻在檢測真空絕熱板內部的溫度變化。信號發射探頭10兩端的信號頻率大小反映了真空絕熱板內部的溫度變化情況。
[0040]4)外部測量模塊4的信號接收探頭14接收到信號發射探頭10兩端的信號后，通過放大器16、濾波電路17、信號處理模塊18，無失真地檢測到內部信號發射探頭兩端10的信號頻率變化情況。
[0041]5)對同一塊真空絕熱板進行測量實驗，記錄下特定時間點的頻率值進行運算，求出真空絕熱板內的熱敏電阻由于測量實驗的加熱環節造成的頻率變化。
[0042]6)重復步驟5) 6次，然后取6次的計算的頻率變化值的算術平均值，當確定此算術平均值足夠穩定，即方差足夠小時，則將此算術平均值作為這個特定導熱系數下的真空絕熱板在本測量實驗中的頻率變化特征值。
[0043]7)再取20種具有不同導熱系數的真空絕熱板作為實驗標定板，通過上述步驟I)?6)進行測量，分別求出每種真空絕熱板在本測量實驗中的頻率變化特征值。
[0044]8)統計上述各種導熱系數真空絕熱板的頻率變化特征值制成頻率變化特征表，然后基于最小二乘法進行直線擬合，畫出頻率變化特征值與真空絕熱板導熱系數之間的擬合直線，算出最終需要的擬合直線斜率k和回歸系數b，其中，k反映了真空絕熱板的導熱系數與其對應的頻率變化特征值之間的線性關系。經計算，k=0.1411，b=0.0377。
[0045]通過上述實驗步驟進行測量，得到實驗板內部測量模塊的頻率變化特征值和導熱系數的關系圖，將這組真空絕熱板實驗標準板的擬合關系圖作為參考圖表，以后測量真空絕熱板的導熱系數可以參考這組實驗數據，從而達到快速測量的效果。[0046]所述20塊實驗標定板在出廠前已通過日本EKO公司的HC-074-300導熱系數測定儀標定其導熱系數。然后通過上述實驗步驟進行測試，得到實驗標定板內部測量組件的頻率變化特征值和其導熱系數的關系表如表1所示。
[0047]表1
【權利要求】
1.一種真空絕熱板導熱系數在線測量裝置，其特征在于設有內部測量模塊和外部測量模塊； 所述內部測量模塊設有接收線圈、無線充電接收電路、加熱控制電路、溫度檢測電路、RC振蕩電路和信號發射探頭，接收線圈與無線充電接收電路的輸入端連接，無線充電接收電路分別與加熱控制電路、溫度檢測電路、RC振蕩電路連接，加熱控制電路的輸出端接溫度檢測電路的輸入端，溫度檢測電路的輸出端接RC振蕩電路的輸入端,RC振蕩電路的輸出端接信號發射探頭； 所述外部測量模塊設有無線充電發射電路、發射線圈、信號接收探頭、放大電路、濾波電路和信號處理模塊；所述無線充電發射電路的輸出端接發射線圈，發射線圈置于設在隔氣膜上的供電標記和測量標記的正上方，信號接收探頭的信號輸出端接放大電路的輸入端，放大電路的輸出端接濾波電路的輸入端，濾波電路的輸出端接信號處理模塊的Α/D輸入口，信號處理模塊通過Α/D輸入口采集數據，并通過傅里葉變換(FFT)計算出信號發射探頭兩端信號頻率的大小。
2.如權利要求1所述一種真空絕熱板導熱系數在線測量裝置，其特征在于所述信號接收探頭采用壓電陶瓷片。
3.如權利要求1所述一種真空絕熱板導熱系數在線測量裝置，其特征在于所述發射線圈置于供電標記正上方的方位與接收線圈的安裝位置一致。
4.一種真空絕熱板導熱系數在線測量方法，其特征在于采用如權利要求1所述一種真空絕熱板導熱系數在線測量裝置，包括以下步驟: 1)將外部測量模塊的信號接收探頭緊靠在測量標記處，信號接收探頭在測量時與真空隔熱板外壁無間隙接觸，信號接收探頭的方位與測量標記盡量吻合以保證與內部發射探頭的安裝方位一致，測量標記是在真空絕熱板制造中在封閉的隔氣膜上做出的放置外部接收探頭的標記，以保證信號準確傳輸； 2)將無線充電發射電路連接的發射線圈緊靠在供電標記處，外部測量模塊在供電時，發射線圈與真空絕熱板外壁無間隙接觸，發射線圈的方位與供電標記盡量吻合以保證與內部接收線圈的安裝方位一致，供電標記是在真空絕熱板制造過程中在封閉的隔氣膜上做出的放置發射線圈的標記，以保證內部測量模塊正常通電； 3)當外部測量模塊通電時，內部測量模塊即通電，內部測量模塊中的加熱電阻便開始加熱，當溫度檢測電路檢測到加熱電阻達到預設的溫度值時，加熱控制電路即自動控制加熱電阻停止加熱，在整個加熱和停止加熱的過程中，熱敏電阻時刻在檢測真空絕熱板內部的溫度變化，信號發射探頭兩端的信號頻率大小反映了真空絕熱板內部的溫度變化情況； 4)外部測量模塊的信號接收探頭接收到信號發射探頭兩端的信號后，通過放大器、濾波電路、信號處理模塊，無失真地檢測到內部信號發射探頭兩端的信號頻率變化情況； 5)對同一塊真空絕熱板進行測量實驗，記錄下選定時間點的頻率值進行運算，求出真空絕熱板內的熱敏電阻由于測量實驗的加熱環節造成的頻率變化； 6)重復步驟5)6次，然后取6次頻率變化值的算術平均值，當確定此算術平均值足夠穩定，即方差足夠小時，則將此算術平均值作為這個特定導熱系數下的真空絕熱板在本測量實驗中的頻率變化特征值； 7)再取至少10種具有不同導熱系數的真空絕熱板作為實驗標定板，通過上述的步驟I)~6)進行測量，分別求出每種真空絕熱板在本測量實驗中的頻率變化特征值； 8)統計上述各種導熱系數真空絕熱板的頻率變化特征值，制成頻率變化特征表，然后基于最小二乘法進行直線擬合，畫出頻率變化特征值與真空絕熱板導熱系數之間的擬合直線，算出最終需要的參數k和回歸系數b，其中，參數k反映了真空絕熱板的導熱系數與其對應的頻率變化特征值之間的線性關系。
【文檔編號】G01N25/20GK103926272SQ201410160016
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月21日 優先權日:2014年4月21日
【發明者】黃 俊, 馮勇建 申請人:廈門大學