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真空隔热板

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真空隔热板(真空绝热板)传热系数在线检测技术

发布时间:2018-10-22 17:33:37

文摘:常用的真空保温材料主要包括真空玻璃和真空保温板(VIP),为了在线测试真空保温材料的热性能,本文综述了国内外的研究现状。本文讨论了各种在线检测技术的特点和存在的问题,在国内外现有技术的基础上提出了一种新的动态热流测试技术,并介绍了一种便携式探头结构的快速在线检测方案。
关键词:真空玻璃、真空隔热板、传热系数、导热系数、U值、在线检测
真空绝热材料:真空玻璃与真空绝热板传热系数在线检测技术
 
工厂部分检验设备
工厂部分检验设备
 
不同芯材真空保温板导热系数随内压的变化
1。 引言
绝热材料(或绝热材料)的传热主要包括对流换热、接触传热和辐射传热,前两种方式需要传热介质。在真空环境中,由于压力的降低,气体的密度降低,气体分子的平均自由程增加,气体分子与真空容器壁之间的碰撞频率和强度减弱,从而真空环境阻止了对流和接触。T发生,从而实现隔热。效果。在真空环境内壁涂敷低辐射系数涂层,也可以防止辐射传热,达到隔热效果。
在传统的隔热材料中,热辐射占传热的20%,接触材料占传热的510%,气体在保温材料中的对流换热占馀热的65 75%左右。因此,减少绝缘材料中这些传热途径的最重要的方面之一是空气传热,这种传热是通过将隔热系统抽到真空中来减少的。目前,这种真空保温材料较为成熟的产品主要有真空玻璃和真空保温板两大类:
主要内容如下:(1)真空玻璃(真空玻璃)是一种基于调温瓶原理制造的玻璃深加工产品。真空玻璃的结构与中空玻璃相似。不同的是,真空玻璃腔中的气体非常薄,几乎接近0的真空。1帕真空玻璃是密封两个平板玻璃的侧面,间隙被抽进真空并密封排气孔,两片玻璃之间的间隙为0。1%02毫米,真空玻璃。一般情况下,这两块玻璃中至少有一种是低辐射玻璃(低E玻璃),涂有低辐射系数涂层,从而允许通过真空玻璃进行热传导。对流和辐射产生的热量被最小化。
(2)真空绝热板(VIP)由轻芯材料和特殊的复合气体阻隔膜通过真空封装技术制成。其内部真空度约为10Pa,可有效避免气体对流引起的传热,大大提高隔热效果。
真空绝缘材料可广泛应用于建筑节能墙和门窗,冷链冷藏设备、温室、太阳能和KongDiaoXing运输等领域。两个常用的工业真空保温技术的评价参数,一个是传热系数(Wm - 2 K - 1),另一个是导热系数(Wm - 1 K - 1),这个行业也将传热系数或U值来定义与K值。通常对于真空玻璃传热系数K值用于评估和评估真空绝缘板采用导热系数。
传热系数和导热系数的测试技术是真空绝缘材料的关键技术之一。相应的测试技术必须至少实现两个功能。首先对真空进行测试,证明真空保温材料具有隔热功能。二是真空空间中存在热传导和辐射传热,支撑体和残余气体的传热;有必要对真空绝热材料传热的理论模型进行验证,了解不同传热形式之间的相互作用。目前,传统的测试技术一般是比较成熟的稳态测试技术,主要包括保护热板法、保护热流计法和保护热箱法。虽然这三种传统方法允许在计量和质量水平上对真空绝缘材料进行准确的测试和评估,但它们的明显缺点是需要生产标准尺寸的样品和长的试验周期。它不能用于批量生产过程中产品质量的在线检测,因此有必要解决真空绝缘材料的在线检测技术问题。
在真空绝缘材料的生产制造过程中,每种真空绝缘材料的质量均在规定的范围内进行在线测试。在在线测试过程中,由于它可以与标准合格的产品或样品进行比较,在线测试不一定要绝对准确。重要的是确保测试过程能够在生产过程中快速执行。该仪器具有良好的重复性。在线测试技术的另一个目的是证明真空绝缘产品在实际安装过程和使用条件下能长时间保持相应的真空度。也就是说,在真空绝缘材料产品的生命周期内进行实时检测或监测.
摘要针对真空绝热材料热性能在线检测技术,综述了国内外研究现状,讨论了各种在线检测技术的特点和存在的问题,介绍了一种新型的便携式快速在线检测技术。基于现有技术的国内外技术方案研究。
2. 在线检测真空隔热材料热性能的技术挑战
真空保温材料最大的特点是具有极低的传热系数和导热系数。如果再考虑在线检测,将给真空绝缘材料的热性能测量带来以下严峻挑战:
(1)在线测试要求使用极小面积的探针对板状真空绝缘材料进行实时检测,同时由于真空绝缘材料的传热和导热系数极低,只能有少量的热流通过绝缘材料。这意味着在线检测只能检测极小面积的真空绝缘材料,而探测探头必须有很高的探测分辨率才能检测到这个小区域(毫瓦量级)的热流变化。
(2)真空绝热材料不是均质材料。真空绝缘部件通常由外部高导热材料(如玻璃或复合铝膜)夹在中间。由于真空绝热部件与外部高导热材料的导热系数相差5个数量级以上,因此在测试过程中很容易沿绝热材料生产板材。表面流的寄生热损失在测试表面形成面内温度梯度,对小面积在线监测提出了很高的技术要求。
(3)因为在线检测,需要作为一个线生产过程在线检测,可以在真空绝缘材料生产线快速实时检测每一个产品,单一产品测试时间小于1分钟,最好能达到10 ~ 30秒快速检测的这种能力。
由此可见,真空绝缘材料的热性能测试对在线测试提出了两个要求。一个层次是快速在线检测和判断产品质量是否达到标准的能力。这就要求具有高分辨率、快速检测能力和良好的测量重复性。另一个层次是实现了高精度的测量,准确地测量了产品的传热系数和导热系数,与标准方法的测试结果进行了比较,如保护热箱法在允许偏差范围内。
3. 国内外测试方法研究
面对真空绝缘材料热性能在线测试的技术挑战,国内外开展了大量的研究和探索。总结了国内外的研究报告,讨论了各种检测方法的优缺点。
3。1。 稳态法:小面积保护热板法
3。1。1澳大利亚柯林斯队的研究工作
保护热板法是一种经典的平板型试样热阻和导热系数的稳态测量方法。它对被测样品有严格的尺寸要求。样本量一般大于300×300 mm2试验面积,试验周期至少为4小时。同时,保温效果越好,试验时间越长。然而,由于保护热板法是一种高精度的绝对测量方法,常被用作标准的测试仪器和计量的可追溯性测试仪器。计量和测试认证机构通常配备这种防护热板设备和较大样本尺寸的热箱保护设备,以评价真空玻璃和真空保温板的质量。
澳大利亚柯林斯研究小组在经典保护热板法的基础上,开发了一种小面积保护热板法,对真空玻璃的热性能进行了测试和研究。测量原理如图3-1所示.一个小的热导体,这里称为测量块,放置在被测试样品的一侧,并且具有良好的热接触,测量块的所有其他侧面都被一个保持恒定温度的恒温保护装置所包围。热保护装置还与被测样品保持良好的热接触,测量块上的热量只能通过试样方向上传递,其周围的热损失几乎为零。被测样品的另一侧保持恒定的低温,热流从热保护装置流向相对的冷板,热量也从热保护装置流向测量块,测量块通过试样流向冷板。
真空绝热材料:真空玻璃与真空绝热板传热系数在线检测技术
图3 - 1小区结构保护热板法和测量装置示意图
由嵌入在这些元件中的温度传感器检测测量块与热保护装置之间的温差。测量块内的热量是由内部电加热器产生的,同时提高了测量块的温度。当测量块的温度与热保护装置的温度完全相等时,两部分之间就没有热流。在这个零温差下,测量块中产生的所有能量都流经样品,形成所谓的一维热流。根据稳态一维热流的傅立叶传热规律,利用测量块的已知面积,可以得到样品传热系数的绝对测量值。
澳大利亚柯林斯团队开发了一种小面积保护性热板测试仪器,用于测量真空玻璃中不同的传热过程。这些仪器可用于识别真空空间中辐射和气体传导对传热的个别贡献,包括通过支撑柱。为了做到这一点,测量块的尺寸非常小,块的截面积约为1cm2,其周围的保护装置的面积约为100 cm2。由于测量是小面积和真空绝热样品,仪器必须能够检测到非常小的热量变化。
与保护热板法一样,发展小面积保护热板法的关键技术是将测量块的热损失降低到可忽略的水平,并证明热损失得到有效消除。为了验证有效地消除了仪器的热损失,需要测量的少量热量要求测量块和热保护装置之间的最小温差。采用两片无内涂层的浮法玻璃(FL-FL)和一片内表面热分解的低辐射镀膜玻璃(FL-LE)两种真空玻璃。图3-2示出了小面积保存。从热板试验装置获得的典型实验数据。
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图3-2小型保护热板测试仪获得的典型数据
为了进行精确的绝对测量,必须使用具有已知传热系数的样品来校准测量块的有效面积。两个未涂覆的玻璃片之间的真空空间为这种校准测量提供了非常方便的样品,因为玻璃表面之间的辐射和热传递速率可由玻璃已知的红外光学元件以非常高的精度计算。
有限元模型分析可以用来确定玻璃板在等温表面热流引起的每一列支持横向扩散程度,这些数据可用于确定与一个海岸相关联的热流率,然后从中心线尺寸测量块的轴和海岸,相交的圆面积测量块和海岸。如果你想忽略流经海岸热的影响,从这些奖学金,结果可以计算与测量块列需要远离测量块的距离。的列扶持的正常大小的数组(约20 ~ 30毫米)支持列间距,如果测量块位于支持列数组单元的中心,热流测量的海岸仍有一个小但重要贡献。为了使热测量的影响忽略海岸,悉尼大学在真空玻璃项目采取了一些缺乏一个支持列或列面积约50 mm直径真空玻璃样本,这些样本的使用的测量辐射和真空玻璃传热提供了一个非常准确的信息。
对单个支撑柱热流扩散的建模和分析结果也可用于计算测量块直接在支撑柱上方时热流与实测热流的比例,从而减少辐射和气体传导引起的已知热流通量。确定了支撑柱本身的热流率,并利用这些测量结果验证了单个支撑柱热流流动的理论模型。在某些情况下,在真空玻璃中使用表面粗糙的支撑柱,而且由于支撑柱表面与玻璃板之间的热接触不完全,测量结果也可用于提供关于支撑柱热流降低的定量信息。
总之,澳大利亚柯林斯小组对用保护热板法测量真空玻璃的热流进行了详细的研究,并研究了影响小面积保护热板仪工作和校准的几个小的影响因素。实践证明,小面积保护热板装置是验证真空玻璃和支撑柱传热理论模型的有力工具。该仪器还用来证明两个热流过程之间的相互作用小到可以忽略的程度。同时,小面积保护热板法也可用于研究真空玻璃的真空稳定性和评价真空玻璃在其生命周期中的性能。
然而,由于这种小面积热板法通常需要一小时来完成测量,并且因为需要将热保护装置的温度保持在非常精确的恒定值,并且只能在室温或室温附近用于测量。样品采用该保护热板法对仪器进行测试。事实上,它仅限于实验室研究,不能应用于真空玻璃的在线监测。
3。1。2。 北京新立基公司研究工作
来自北京新力基公司的唐健正教师是澳大利亚柯林斯团队的前成员,他在回国后对真空玻璃传热系数的测试进行了大量的研究。根据小面积保护热板法原理,研制了精密导热仪和快速导热仪两种热导仪,建立了测定建筑材料行业真空玻璃传热系数的标准方法。该精密导热仪的测量范围为0~10 Wm-2K-1,标称精度可达0。1Wm-2K-1,测量时间30 min,体积小,重量小于15 kg。快速导热仪的测量范围为0~25 Wm-2K-1,标称精度为0。2Wm-2K-1,测量时间小于5 min。具有体积小、重量轻的特点。与精密导热仪不同,测量精度稍低,但测量时间短。
精密导热仪具有精度高的特点,它能区分真空是否达到标准,但必须有足够的热测量时间。快速热导仪降低了测量精度要求,使测量时间缩短了6倍。这样,当在线监测时,后一次首先检查,真空度必须满足标准而不能满足标准,剩余的少量难以用前者的精度判断,从而构成在线导热系数检测线。
通过对北京新同业公司相关报道的研究,发现北京新同业公司研制的导热仪仍存在以下不足:
(1)随着科学的发展,真空玻璃的传热系数没有Wm 0。3 - 2 k - 1,这么小的价值需要较高的热导率仪可以测量精度,这是需要进一步提高热导仪的准确性。
(2)真空玻璃的热导率由载体的导热系数、辐射热导率和内真空度共同作用而成。目前,新立基公司研制的热导率仪还不能单独测量这三种热导率。若能分别测量支架的热导率、辐射热导率和内真空,则可改善支架材料,改善玻璃表面的亮度,或增加内真空。
3。2。 非稳态法
3。2。1。 瞬态法
为了提高真空玻璃的在线测试能力,澳大利亚柯林斯团队提出了一种瞬态测试方法,如图3-3所示。温度传感器安装在真空玻璃样品的一侧,通常位于支撑柱阵列的中心。在真空玻璃板的另一侧放置一个小的(约10厘米)热传导板,与电加热器和温度传感器保持良好的热接触。
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图3-3 真空玻璃瞬态法测试原理图
整个样品的初始温度是恒定和均匀的,温度传感器的输出记录了几分钟,以确定温度确实是恒定的。然后将已知数量的电能加载到电热器中,使电热器快速升温,温升通常为2030℃。玻璃板内表面的温差导致热通过真空中间层,而与电加热器相对的试样侧的温度上升缓慢。温度的初始速率测量结合真空玻璃的热容量(由玻璃的厚度、比热和密度的乘积导出)和台阶温度的上升幅度,可以得到温度传感器周围样品的传热系数。
还使用了两种真空玻璃进行瞬态测量。一种是由两个没有内部涂层的浮法玻璃板(FL-FL)组成,另一种是内表面热分解沉积的低发射率镀膜玻璃片(FL-le),它们都很厚。图3-4的3毫米,显示了典型的实验数据得到的瞬态技术。
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图3-4 用瞬态技术获得的典型数据
如果温度在真空玻璃样品严峻传感器位于支持列数组单元的中心,在梯田升温开始几分钟后,测量的温度几乎慢慢改变由于热辐射和气体导电真空夹层内,流经海岸附近的热量需要很长时间到达温度传感器,因为它必须冷侧扩散到玻璃的样品。这使得该技术可以用来测量玻璃和气体的辐射传热系数,并认为热流通过列的贡献,即使是一个标准的支持列数组(约20 ~ 30毫米)支持列间距的真空玻璃。
瞬态技术也可以用来测量真空玻璃样品在高温下的传热系数,这对研究真空玻璃长期存放在室温以上时的真空退化机理具有重要意义。该技术用于检测真空玻璃在高温老化过程中释放出大量气体,冷却到室温时,玻璃表面发生气体再吸收。质谱实验表明,在这种条件下释放的气体几乎完全是水蒸气。研究表明,在真空抽真空过程中充分烘焙真空玻璃,可以消除真空玻璃在几十年的使用寿命中的任何重要的热放电现象。
瞬态技术不是真空玻璃传热系数的绝对测量方法。得到的数据必须与样品冷表面玻璃片的热容量和台阶温度的升高幅度相结合,才能获得真空玻璃的热流传热系数。理想情况下,这种计算应采用时变有限元模型分析过程,因为传热板需要很长时间才能在玻璃表面扩散,从而延缓了冷表面温度的初始上升。当采用瞬态有限元法时,用时间测量玻璃板冷表面的温度,得到了传热系数的数据,与其他方法吻合较好。这样,用已知的传热系数测量相同几何尺寸的样品,即在瞬态测量过程中,对瞬态法进行标定是非常简单的。在指定的时间(例如2分钟)后,测量的玻璃冷表面温度的总变化可以与从已知样品中得到的相似数据进行比较。
瞬态法得到的数据具有良好的重复性。此外,该技术易于使用、自动化和可校准。实际测量时间很短,通常是几分钟。因此,该方法非常适用于真空玻璃批量生产中的质量保证测试。瞬态法的缺点是样品温度在测量前必须非常稳定,因此在测量前需要将样品在稳定的环境中储存一段时间。
3.2.2. 动态冷却法
为了进一步提高真空玻璃在线检测的能力,澳大利亚Collins团队还提出了一种高温动态冷却试验方法,其测量原理如图3-5所示。在冷却过程中,整个真空玻璃样品最初处于高温状态,然后放置在被试样品的一侧,与已知传热系数的第二真空玻璃标准样品接触,形成绝热边界条件。标准样品的起始温度可以是高的,也可以是室温的,灯丝热电偶约为0。在两个真空玻璃样品的接触表面之间放置直径为1毫米。模块中的两个真空玻璃接触面之间的小间隙确保了它们之间良好的热接触,从而使它们的温度趋于相当快,并且室温空气通过模块中的两个真空玻璃的外部表面吹过。这种强制对流的换热系数较高,因此两种样品的外玻璃片的温度很快就会接近室温。从真空玻璃内的玻璃板中流出的热量通过两个样品的绝热真空空间向外玻璃片流动,然后通过外部玻璃片进入空气。因此,内玻璃的温度会随着样品和标准样品的传热系数以相应的速度缓慢降低。
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图3-5 瞬态法测试中所采用的仪器示意图
由于标准样品的传热系数是已知的,因此可以计算被测样品的传热系数。对于由3mm厚的玻璃板制成的真空玻璃样品和标准样品,图3-6显示了通过冷却获得的真空玻璃中心的试验结果。对于这些数据,两个样品在高温开始测量之前。外玻璃片温度的初始降低率可用于确定与这些玻璃片外表面上的传热有关的传热系数和流动空气之间的关系。接触式内玻璃板的热损失率受外传热系数的影响,但这种影响比试样本身的玻璃-玻璃传热系数小且长。两个外玻璃板之间的温差与流经样品的不同热流率有关。
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图3-6 动态冷却法测试得到的典型数据
与瞬态法一样,冷却法不是测量真空玻璃热流通量的绝对方法。然而,该方法的标定可以使用瞬态方法中的任何一种技术进行,而这种方法是用时间相关的有限元模型来分析的。或者更简单的说,就是用已知的传热系数来测量相同几何尺寸的标准样品。由于与两个真空玻璃组件内玻璃板指数冷却形式有关的时间常数可能相当大,通常约60分钟,这种相对较慢的冷却速度确保了通过支撑柱的热流足以沿玻璃板扩散,而内玻璃板的横向温度变化较小。因此,该冷却方法可用于测量真空玻璃的总传热系数(辐射+气体+支撑柱)。
可以看出,冷却工艺可应用于真空玻璃生产线,特别是真空工艺刚刚完成时,在高温下进行脱气处理,真空玻璃制品通常处于高温状态。与其他在线检测技术相比,将冷却监测集成到真空玻璃生产线的末端,可以节省大量的时间和人力。
3。3。 国内外相关在线测试仪器
3。3。1德国便携式复合玻璃UG测量仪
基于改进的动态热源法,研制了瞬态在线测试技术和便携式复合玻璃传热系数测试仪,如图3-7所示。利用一维传热差分模型和软件,用两个具有加热函数的温度传感器测量了真空玻璃的传热系数。这种测试技术是一种相对比较的方法,配备了标准的绝缘玻璃样品。由于该检测技术的探测器相对较小,可用于实验室检测和现场评价。对于普通真空玻璃,整个测试过程约为1015分钟,每次测量间隔约10分钟。
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图3-7便携式复合玻璃传热系数测量仪
如图3 - 8所示,在测试的过程中通过泵将测量两侧玻璃真空吸附在探测器。安装完成后,探测器的一个一边加热到温度高于另一侧的检测器温度7 ~ 8℃的范围,同时检测变化的另一边检测器温度ΔT。
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图3-8 传热系测量仪安装布置和测量示意图
通过分析不同温度下真空玻璃的瞬态变化过程,可以测量真空玻璃的传热系数。真空玻璃0.540 Wm-2K-1的传热系数测量范围为-1060℃,探测器为室温~150℃。
UGLASE用于测量仪Kim和其他常温常压下的人。如图3-9所示,获得了不同间距的中空玻璃内部和外部的传热系数。
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图3-9中空玻璃内、外传热系数的测量
从图3-9所示的试验结果可以看出,无论真空玻璃内部还是外部,内外双层中空玻璃板的传热系数均随间隔宽度的增加而线性减小。因此,双层中空玻璃的传热系数不受周围环境的影响,也就是说,没有框架的双层中空玻璃的绝缘性能可以被解释为即使在不同的环境中也具有相同的绝缘性能。
除了普通中空玻璃,金等人也内部中空玻璃表面涂布低辐射涂层比较影响隔热性能的测量,测量结果如图3 - 10所示。
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图3-10低E涂层与无中空间距低E涂层的隔热玻璃传热系数的比较
从图3-10所示的试验结果可以看出,低E涂层的中空玻璃的传热系数随着间距的增加而迅速减小。随着间距的增加,斜率减小,为-150.4*103Wm-3K-1,比没有低E涂层的-68.8*103Wm-3K-1的斜率快近两倍。在中空玻璃间距为15mm左右时,加入低E涂层后,传热系数降低近一半,说明低E涂层在中空玻璃和真空玻璃中起着重要作用。
从公司有关报告中可以看出,传热系数测量仪的总体尺寸过大,测量覆盖面积近400×400 mm2,能够满足保温玻璃传热系数的测试要求。虽然测量精度可以达到±0。1Wm-2K-1,没有关于小于1Wm-2K-1的真空玻璃传热系数的测量报告,也没有关于真空绝缘材料(VIP)导热系数测量结果的报道。同时,在真空绝缘材料的生产过程中,试验时间超过10分钟,试样两侧保持的方法不能满足在线质量监测的要求。
3。3。2。 日本EKO公司导热仪
为了真正实现真空绝缘材料的在线监测,日本EKO公司研制了HC-10型快速导热仪,如图3-11所示。考虑到在线测试,该仪器采用单端探头的最佳检测方式,将探头放置在被测材料上,可在一分钟内得到导热系数的测量结果。
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图3-11 HC - 10日本EKO贸易公司快速导热系数测试仪
该快速导热仪的测量原理如图3-12所示。首先,探头加热到室温以上的恒温,同时样品在室温下进行加热,达到热平衡。然后将探针放置在被测样品的表面。当样品热导率较低时,探针上的热Q会缓慢地流过并消散,相应的探针表面温度会迅速升高;当样品热导率较高时,探针上的热Q会迅速流过样品并消散,探针的表面温度会缓慢上升。
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图3-12 HC-10快速导热系数测试仪的基本原理
可以看出,在这种快速热导仪中,探头加热器的热损失与样品的热导率有关。如果用已知热导率的标准样品来标定样品的热导率,则可以实现样品热导率的自动测量。利用日本EKO公司研制的HC-10型快速导热仪对各种材料的导热性能进行了测试,包括真空绝缘板(VIP)的导热系数测试。该测试仪的主要技术规格如下:
(1)导热系数测量范围为1000 mW/MK。
(2)测量精度:+/- 5 %
(3)样品尺寸:边长150~760 mm,厚度5~50 mm。
(4)测试时间:60秒
专门为真空绝缘板(VIP),基于HC - 10快速导热系数测试仪日本EKO贸易公司还开发了一个探测器更多形式的HC - 121 VIP在线监测,如图3 - 13所示。
HC-121型VIP显示器主要用于监测真空保温板的质量是否达到标准,即真空保温板的(VIP)导热系数在一分钟内测量,真空保温板的导热系数小于规定值。在线监视可以通过一台主机同时连接多达5个探针来执行。
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图3-13日本EKO公司HC-121 VIP监控器
与HC-10快速导热仪不同,HC-121 VIP监测仪只能进行相对测量,探头需要由用户自己校准,用户需要根据VIP材料生产的实际特点使用。HC-121型VIP监测仪的技术指标与HC-10型快速导热仪基本相同,但导热系数的测试范围仅限于真空绝缘材料(1~15 mW/MK)。
关于日本EKO公司开发的两种在线监测仪器,我们还没有看到实际的应用报告和测试数据,更不用说真空玻璃的测试应用了。原则上,这两种仪器适用于均相材料的超低导热性测试,但对于真空绝缘材料等非均匀复合材料,可能存在以下问题:
(1)真空绝缘板(VIP)的表面通常涂覆有具有高导热率的金属保护热层。在测试过程的早期阶段,探头上的热量将迅速通过表面上的金属膜消散。所得到的温度变化曲线不一定代表低导热材料测试过程中的实际温度变化。类似地,在线质量监控发生在使用真空绝缘板的冰箱生产线上,真空绝缘板也由金属包裹在真空绝缘板中。
(2)以同样的方式,真空玻璃、玻璃和高导热复合结构的真空绝热层、玻璃的导热系数接近1 W /可大于真空隔热层的导热系数,测试过程中也会发生类似的问题。
3.3.3. 内部真空度测试仪器
真空绝缘材料的一个重要特点是材料内部是真空的,因此在线测试技术中的真空度实时监测也是一种在线监测技术手段。
随着各种真空绝缘材料真空测量技术的发展,大多采用谐振式真空传感器,即在真空绝缘材料中植入具有MEMS结构的预校准LC微传感器。通过对谐振传感器的外部激励,得到了谐振频率与内部真空度的关系。
内部真空测试技术的最大优点是真空绝缘材料内部的真空可以在几秒钟内被检测,但是最大的问题是将校准的传感器植入产品中。
4. 现有技术总结
目前,对真空隔热材料进行表征的标准方法,如保护热箱法和大面积保护热板法,主要用于测量真空保温材料的热流率。这两种技术为真空绝缘材料的整体热流过程提供了信息。然而,它们在测试过程中相对较慢,不可能分别评价不同传热机理引起的真空绝缘材料的热流成分。
为了测量真空绝缘材料的局部热流,满足工业生产和工程应用的需要,提出了国内外几种特殊设计的试验方法。
(1)小面积保护热板法能很精确地测量真空玻璃的局部热流。该装置可用于验证由辐射、气体导热和通过支撑柱导热引起的不同热流过程的理论模型。并证明了小面积保护热板法试验装置正在检测中。该方法也可用于真空绝热板的热性能测试和评价。小面积热板法是目前最精确的方法,但该方法是一种双面检测结构的被测样品。测试时间最快是几分钟。它适合于实验室研究,但不能很好地满足在线测试的需要。
(2)瞬态方法提供了传热系数和热导率的测量真空绝缘快速方法,这种方法可以通过测量传热系数和导热系数的标准样品校准测试设备。这种方法是快速和容易使用,并且具有较高的重复性,并且可以在高温条件下的气体释放过程研究的真空玻璃效果非常明显。目前国外相关测试设备基本上是基于这种方法,可见的方法已基本认可。尽管德国抵抗太极公司采用中空玻璃双面的方法测试结构的便携式测试仪器,EKO贸易公司日本真空绝缘板的单探针结构的便携式测试仪器,但目标是满足的传热系数和热导率真空绝缘在线测试需求,和我们认为,单一传感器结构更适合在线测试,这将是一个测试仪器的发展方向。
(3)冷却方法提供了真空玻璃整体传热系数的测量方法。虽然该方法在实际应用中可能不实用,但在今后的真空玻璃生产过程中可能会被集成,与其他方法相比,冷却过程的成本和时间都有了很大的节省。
5。 上海依阳公司在线快速检测技术
基于瞬态法,上海益阳工业有限公司提出了一种新的快速测试方法&动态热流法。动态热流方法与日本EKO公司相似,也采用单面探头结构,但不同于日本EKO公司,即测量加热器表面的温度变化。新的测量方法对热流密度的变化比对温度的变化更敏感。如图5-1所示,测量了正常和异常真空绝缘板的热流通量随时间变化的曲线。
在动态热流测量的初始阶段,热通量的测量值较低时,单面探针是在恒定的温度和探头不与样品接触(真空玻璃或真空绝热板)。然而,接触探针与待测样品表面后,探测器上的热量迅速通过真空隔热材料的表面(玻璃保护膜或金属),和行动的表面的材料具有高的热导率较大的H吃通量,即使测量值的初始热流迅速增加。
真空绝热材料:真空玻璃与真空绝热板传热系数在线检测技术
图5-1正常和异常真空绝热材料热流随时间变化的测量曲线
随着探针与样品表面接触时间的增加,通过表面材料的热流被内绝缘层阻塞,测得的热流逐渐减小,反映了绝缘层的低导热率。可以得出结论,热流密度曲线下降的速率可以用作样品的绝热性能的度量,即,如果被测试样品处于正常真空绝热状态,则热流下降曲线收敛到较低的热流值,如在图5-1中的“正常绝热状态”中,如果被测试样品处于正常真空绝热状态,则在异常真空绝热状态下,热通量递减曲线收敛到与图5-1中的异常绝热状态相同的高热通量值。
通过改变热流密度曲线可以看出,动态热流方法可以解决真空绝缘表面测试高导热层的影响,解决了日本EKO贸易公司在线监测仪器的高导热层表面的绝缘只会让热流密度在早期的崛起在很大程度上,并不影响热流密度下降的速度以及内部保温性能的变化。
动态热流法的整个测试时间主要由绝缘材料的材料和表面厚度决定。普通真空保温板的测试时间一般为10~15秒,普通真空玻璃试验的测试时间一般为20~30秒。这种测试速度已经能够完全满足在线测试的要求。
用动态热流法测得的热流不能直接得到被测样品的热导率,但由于热导率与热通量呈线性关系,所以可以通过测量已知导热系数的几个标准样品建立热导率和热通量的标定曲线,如图5-2所示。将标定曲线存储在测试仪器中,通过测量热流率,得到导热系数和传热系数。
真空绝热材料:真空玻璃与真空绝热板传热系数在线检测技术
图5-2 校准测试曲线
标准样品的制作是基于真空绝缘材料的真空度与传热系数和导热系数之间的关系。标准样品可以是固定厚度的真空绝缘材料。通过精确控制材料的真空度,用保护热板法或保护热箱法测定材料在不同真空度下的传热系数和导热系数的关系曲线。用标准样品标定动态热流探头时,通过调整真空度,可以得到不同的传热系数和导热系数。
动态热流法作为一种高灵敏度的测试方法,可以用来检测和判断真空绝缘材料在正常范围内是否具有传热系数和导热系数。真空绝缘材料可在30秒内检查,以确定它们是否正常工作。另外,由于动态热流法测量装置是一种小型的单边探针结构,在测量操作完成后,只需将探头与被测绝热材料的表面接触,测试完成后,探头就与绝热材料分离。利用机械结构实现自动检测,可应用于真空绝缘材料生产线的自动实时监测。同时,动态热流法探测探头很小,可以在一台多探头的主机上实现对多个绝热材料的同时监测,也可以实现不同方向、不同位置的测量。如果探头放置在冰箱的顶部和侧面,以监测冰箱不同部分的真空绝缘板是否正常工作,以及安装在冰箱上的真空玻璃是否正常工作。由于标准绝热材料样品是通过对真空度的精确控制来确定的,这就保证了动态热流探针的标定是有规律的。
 

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