專利名稱：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測試技術(shù)，尤其是涉及一種可實現(xiàn)流體的無介入式表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置。
背景技術(shù)：
自然界和工程中，因流體宏觀運動造成內(nèi)部冷、熱組成相互摻混，從而產(chǎn)生熱量傳遞的現(xiàn)象稱為對流。對流傳熱有著重要的實際應(yīng)用和理論背景，涉及地球物理、能源利用、工業(yè)安全等諸多領(lǐng)域。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是表征對流傳熱效果的重要參數(shù)之一。現(xiàn)有表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的獲得大致有分析法、實驗法、比擬法和數(shù)值法，其中實驗法獲得較廣泛的應(yīng)用。不過，實驗法往往需要相似理論的指導(dǎo)，最終獲得的是與表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相關(guān)的特征數(shù)，實際計算時還需要預(yù)知流體的導(dǎo)熱系數(shù)，所得結(jié)果的誤差常?？蛇_±20%，甚至±25%。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種測量精度得到提高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置及方法。為了達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:本實用新型流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置包括一個以上流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)感受裝置、一個以上非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器、熱電偶和數(shù)據(jù)處理器；每個所述流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)感受裝置包括紅外加熱器、置于所述紅外加熱器的光路上的熱敏體和用于支撐所述熱敏體的絕熱支座，每個非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器一一對應(yīng)地置于相應(yīng)的熱敏體的最大紅外波段光散射區(qū)域內(nèi)；所述熱電偶、各所述紅外加熱器、各非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器的信號輸出端分別與所述數(shù)據(jù)處理器電連接。進一步地，本實用新型還包括計時器，所述計時器與所述數(shù)據(jù)處理器電連接。進一步地，本實用新型所述熱電偶、各所述熱敏體和用于支撐所述熱敏體的絕熱支座均置于流體空間內(nèi)。進一步地，本實用新型所述流體空間的壁上設(shè)有光學(xué)窗口，所述光學(xué)窗口位于各紅外加熱器的光路和各所述熱敏體因熱原因釋放的光路上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是:在所需測量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的流體系統(tǒng)外，設(shè)置非介入式的熱敏體溫度監(jiān)測器和紅外加熱器，利用紅外光可透射流體介質(zhì)并傳熱的特性，首先加熱流體系統(tǒng)內(nèi)預(yù)置之熱敏體至一定溫度，待穩(wěn)定后，停止加熱，此時，熱敏體溫度的改變將依賴其自身的導(dǎo)熱和外部流體的對流傳熱，借助熱敏體溫度監(jiān)測器接收熱敏體釋放的紅外波段光線，記錄此過程溫度變化，并用計時器記錄時長，熱電偶記錄流體未受測量元件干擾部分的溫度，獲得熱敏體因流體對流而發(fā)生的熱量變化信息，從而得到對應(yīng)流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)值。本實用新型結(jié)構(gòu)合理，測量便捷，組成元件對流體的干擾少，可一定程度提聞現(xiàn)有技術(shù)的測量精度。
圖1是本實用新型表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中:1、流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)感受裝置，2、非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器，3、計時器，4、熱電偶，5、數(shù)據(jù)處理器，6、流體空間，7、光學(xué)窗口，11、紅外加熱器，12、熱敏體，13、絕熱支座。
具體實施方式
圖1所示為本實用新型一種表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，本實用新型表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置主要包括流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)感受裝置1、非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器2、計時器3、熱電偶4和數(shù)據(jù)處理器5。流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)感受裝置I至少有一個，所需使用的流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)感受裝置的具體數(shù)量可根據(jù)測量空間和對流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)變化考察的范圍而定，流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)感受裝置I的數(shù)量越多則對于測量空間表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)變化的考察范圍越大。一般，每個流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)感受裝置I包括紅外加熱器11、置于該紅外加熱器的光路上的熱敏體12和用于支撐熱敏體12的絕熱支座13。各流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)感受裝置I之間的間距可根據(jù)所需表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的精度確定，間距越小，則所測表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越接近真實值。熱敏體12是指由導(dǎo)熱系數(shù)較大材料制成，同時具有較小幾何尺寸的規(guī)則形狀物體，例如可以是球形或圓柱形。非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器2為一個以上，每個非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器2對應(yīng)一個熱敏體12，并且，每個非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器2 —一對應(yīng)地置于相應(yīng)的熱敏體12的最大紅外波段光散射區(qū)域內(nèi)。各非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器2的信號輸出端分別與數(shù)據(jù)處理器5的輸入端電連接。各熱電偶4、各紅外加熱器11也分別與數(shù)據(jù)處理器5電連接。非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器2是不與所測流體直接接觸的溫度測量設(shè)備，例如可以是Flir A320紅外熱像儀或紅外溫度計。數(shù)據(jù)處理器5用于收集測試數(shù)據(jù)并進行計算，例如可以是Agilent 34970A數(shù)據(jù)米集儀。使用本實用新型表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置時，通常將熱電偶4、各熱敏體12和用于支撐熱敏體的絕熱支座13均置于流體空間6內(nèi)。并且，在流體空間6的壁上安裝有光學(xué)窗口 7，光學(xué)窗口 7位于各紅外加熱器11發(fā)出的紅外光光路和各熱敏體12因熱原因釋放的紅外光光路上，使得各紅外加熱器11所發(fā)出的紅外波段光線的軸心能夠穿過光學(xué)窗口 7，從而與對應(yīng)的熱敏體12的中心對齊。絕熱支座13通常由導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料制成，可保持熱敏體12在流體空間6內(nèi)保持靜止。鑒于熱敏體所發(fā)射的紅外波段光波長與其溫度的正比例關(guān)系，以及熱敏體在流體內(nèi)的熱傳遞過程僅基于自身導(dǎo)熱和表面流體的對流傳熱，由能量守恒原理，本實用新型表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置可以實現(xiàn)流體內(nèi)定點位置表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的實時監(jiān)測，能更直接和準(zhǔn)確地獲得所需流體空間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)值。本實用新型流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置的工作原理是:鑒于熱敏體由具有較高導(dǎo)熱系數(shù)的材料制成，且?guī)缀纬叽巛^小，其所發(fā)生的溫度變化過程近似于零維導(dǎo)熱，即熱敏體內(nèi)近似有相同溫度值。故此，熱敏體的溫度隨時間的改變僅取決于自身導(dǎo)熱系數(shù)及外部流體的表面換熱系數(shù)。在一定時間間隔T內(nèi)，獲得熱敏體溫度的初始值h和終了值t，流體未受干擾處的溫度100以及熱敏體的體積V、表面積A、導(dǎo)熱系數(shù)入、比熱容c、密度p等信息后，流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h可利用下式得出:
權(quán)利要求1.一種流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置，其特征在于:它包括一個以上流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)感受裝置(I)、一個以上非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器(2)、熱電偶(4)和數(shù)據(jù)處理器(5);每個所述流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)感受裝置(I)包括紅外加熱器(11)、置于所述紅外加熱器(11)的光路上的熱敏體(12)和用于支撐所述熱敏體(12)的絕熱支座(13)，每個非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器(2)—一對應(yīng)地置于相應(yīng)的熱敏體(12)的最大紅外波段光散射區(qū)域內(nèi)；所述熱電偶(4)、各所述紅外加熱器(11)、各非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器(2)的信號輸出端分別與所述數(shù)據(jù)處理器(5)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置，其特征在于:還包括計時器(3)，所述計時器(3)與所述數(shù)據(jù)處理器(5)電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置，其特征在于:所述熱電偶(4)、各所述熱敏體(12)和用于支撐所述熱敏體的絕熱支座(13)均置于流體空間(6)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置，其特征在于:所述流體空間(6)的壁上設(shè)有光學(xué)窗口(7),所述光學(xué)窗口(7)位于各紅外加熱器(11)的光路和各所述熱敏體(12)因熱原因釋放的光路上。
專利摘要本實用新型公開了一種流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測量裝置，它包括一個以上流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)感受裝置、一個以上非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器、熱電偶和數(shù)據(jù)處理器；每個所述流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)感受裝置包括紅外加熱器、置于該紅外加熱器光路上的熱敏體和用于支撐所述熱敏體的絕熱支座，每個非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器一一對應(yīng)地置于相應(yīng)的熱敏體的最大紅外波段光散射區(qū)域內(nèi)；所述熱電偶、各所述紅外加熱器、各非介入式熱敏體溫度監(jiān)測器分別與所述數(shù)據(jù)處理器電連接。本實用新型較現(xiàn)有對流傳熱系數(shù)測量方法結(jié)構(gòu)合理，測量便捷，精度高。
文檔編號G01N25/20GK202947983SQ20122063549
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者董若凌, 施紅輝, 陳偉, 張曉東, 沈偉杰, 劉嵐菲, 謝凱 申請人:浙江理工大學(xué)