一种取暖器热辐射自动测试系统

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一种取暖器热辐射自动测试系统
申请号	CN201110427419.1	申请日	2011-12-16	公开(公告)号	CN102564608A	公开(公告)日	2012-07-11
申请人	姚克农; 杨曦; 张明伟;			发明人	姚克农; 杨曦; 张明伟; 关健成; 史炬; 张师林;
摘要	本发明涉及一种取暖器热辐射自动测试系统，其特点在于该测试系统由圆环弧测量架、若干个半导体热电堆式热流量传感器、移动机车、机车支承座、测量架固定座、测量承放盘及计算机处理控制装置等构成。本发明将测试取暖器所需的球形包络面，通过由一个布置有一定数量的热流量传感器的圆环弧测量架、和采用在固定的圆环弧测量架下方旋转被测试的取暖器的方式来实现。使本系统与以往的采用网络球面作为球形包络面的测试装置相比，将测试所需的球形包络面转化成球面上的一条圆环弧来完成，因而构造更为简单，实现起来更为容易，可以最大限度的减小整个测试系统体积，占用空间更少，整个系统的造价更低。
权利要求	1.一种取暖器热辐射自动测试系统，其特征在于：包括圆环弧测量架(1)、若干个半导体热电堆式热流量传感器(2)、移动机车(3)、机车支承座(4)、测量架固定座(5)、测量承放盘(6)及计算机处理控制装置(7)，其中所述计算机处理控制装置(7)为安装有具有数据采集、分析、处理程序软件的计算机设备；所述各热流量传感器(2)分别均匀排布固定在圆环弧测量架(1)上，并且各热流量传感器(2)的电连接端分别通过电缆与计算机处理控制装置(7)的数据信号采集器相连接；所述圆环弧测量架(1)二端分别对应地安装于二个测量架固定座(5)上，所述机车支承座(4)设置在位于二个测量架固定座(5)之间的圆环弧测量架(1)下方；所述移动机车(3)包括机箱(31)、三台步进电机、螺杆(32)，其中所述三台步进电机分别安装于机箱(31)中，所述螺杆(32)竖向安装于机箱(31)中，且其上部穿出于机箱(31)外，并且该螺杆(32)通过与其中二台步进电机相传动连接而实现上、下升降运动和360度旋转运动；所述测量承放盘(6)固定安装于螺杆(32)顶部上；所述机箱(31)底部还设有四个滑轮，该四个滑轮与第三台步进电机相传动连接；所述机车支承座(4)的顶部还相对应地设有一对滑轨(41)，所述四个滑轮与该对滑轨(41)相滑动安装一起，以实现移动机车(3)在步地电机驱动下沿滑轨(41)来回运动。 2.根据权利要求1所述取暖器热辐射自动测试系统，其特征在于：上述机车支承座(4)、测量架固定座(5)的底部还分别设有行走轮(8)，且在机车支承座(4)与测量架固定座(5)之间还设有用于将机车支承座(4)与测量架固定座(5)连接一起底架(9)。
说明书全文	一种取暖器热辐射自动测试系统技术领域 [0001] 本发明涉及一种用于取暖器产品进行热辐射检测与测试的设备或者系统。背景技术 [0002] 热辐射在日常的取暖器产品中已经得到广泛的应用。但要对取暖器产品进行检测或测试其通过热辐射发出的能量，是否达到概定的能效标准，一直是一个难题，主要体现在以下两个方面：一、取暖器产品发出的热辐射波长范围较广，而一般的热辐射测量系统对波长均有选择性要求；因此，一般的热辐射测量系统仅能测量取暖器发出的一定波长范围内的热辐射，无法准确测出取暖器通过热辐射发出的全部能量。二、测量被测产品在一定时间内的所有热辐射量，意味着需测量出被测产品穿过某一球形包络面的所有热辐射量。通常的做法是做一个网络球面作为包络面。但这对于取暖器产品未必是合适的，首先是取暖器几何尺寸较大，而网络球面尺寸要求更大，半径一般达到取暖器产品尺寸的2到3倍，这样的网络球面无论是使用或放置均不方便；其次网络球面需安装大量的测量探头，如果按照美国标准ANSI Z83.19的要求甚至达到了504个，这个成本是巨大的。因此，目前一般的热辐射测量装置仅能测量空间某点的热辐射，而无法测量整个网络球面上的热辐射。发明内容 [0003] 本发明的目的在于提供一种可以客观、准确地测量出取暖器通过热辐射发出的能量和得出该取暖器是否国家能效标准的，且构造简单、实现容易、造价低、自动化程度高的取暖器热辐射自动测试系统。 [0004] 本发明的技术方案是这样实现的： [0005] 一种取暖器热辐射自动测试系统，其特点在于包括圆环弧测量架、若干个半导体热电堆式热流量传感器、移动机车、机车支承座、测量架固定座、测量承放盘及计算机处理控制装置，其中所述计算机处理控制装置为安装有具有数据采集、分析、处理程序软件的计算机设备；所述各热流量传感器分别均匀排布固定在圆环弧测量架上，并且各热流量传感器的电连接端分别通过电缆与计算机处理控制装置的数据信号采集器相连接；所述圆环弧测量架二端分别对应地安装于二个测量架固定座上，所述机车支承座设置在位于二个测量架固定座之间的圆环弧测量架下方；所述移动机车包括机箱、三台步进电机、螺杆，其中所述三台步进电机分别安装于机箱中，所述螺杆竖向安装于机箱中，且其上部穿出于机箱外，并且该螺杆通过与其中二台步进电机相传动连接而实现上、下升降运动和360度旋转运动；所述测量承放盘固定安装于螺杆顶部上；所述机箱底部还设有四个滑轮，该四个滑轮与第三台步进电机相传动连接；所述机车支承座的顶部还相对应地设有一对滑轨，所述四个滑轮与该对滑轨相滑动安装一起，以实现移动机车在步地电机驱动下沿滑轨来回运动。 [0006] 为了使本发明便于移动，上述机车支承座、测量架固定座的底部还分别设有行走轮，且在机车支承座与测量架固定座之间还设有用于将机车支承座与测量架固定座连接一起底架。 [0007] 本发明通过采用上述技术方案，使其能获得的如下技术效果： [0008] (1)将测试取暖器所需的球形包络面，通过由一个布置有一定数量的热流量传感器的圆环弧测量架、和采用在固定的圆环弧测量架下方旋转被测试的取暖器的方式来实现。使本系统与以往的采用网络球面作为球形包络面的测试装置相比，将测试所需的球形包络面转化成球面上的一条圆环弧来完成，因而构造更为简单，实现起来更为容易，可以最大限度的减小整个测试系统体积，占用空间更少；而且，由于不用在整个球形包络面上布置传感器，因而使传感器采用数量大幅度减少，使整个系统的造价更低。 [0009] (2)通过采用在圆环弧测量架上按一定角度布置一定数量的半导体热电堆式热流量传感器，使本系统对热辐射的波长没有选择性，所有通过热流量传感器所在位置的热辐射都被吸收，因而，本系统能测量全波段的热辐射能量，适宜测试各种规格的取暖器产品。 [0010] (3)通过固定圆环弧测量架、旋转被测的取暖器的方式，建立起一个空间变换模型，通过有限个数的测量点(热流量传感器)来还原出实际所需的球形包络测量面。 [0011] (4)通过利用计算机设备，结合计算机编程方式，来建立自动控制整个测试过程，使得对取暖器热辐射测量的整个过程，均通过计算机进行控制和完成，不存在人为因素。因而，本系统可以客观、准确地测量出取暖器通过热辐射发出的能量和得出该取暖器是否符合国家的能效标准，并具有自动化程度高、检测结果准确的优点。 [0012] 下面结合附图对本发明作进一步的说明：附图说明 [0013] 图1为本发明的结构原理示意图。 [0014] 图2为本发明的接近实物的结构示意图。 [0015] 图3为本发明的热流量传感器在放大状态下结构示意图。具体实施方式 [0016] 如图1、图2、图3所示，本发明所述的一种取暖器热辐射自动测试系统，包括圆环弧测量架1、若干个半导体热电堆式热流量传感器2、移动机车3、机车支承座4、测量架固定座5、测量承放盘6及计算机处理控制装置7， [0017] 其中，所述计算机处理控制装置7为安装有具有数据采集、分析、处理程序软件的计算机设备，也就是说，利用该计算机处理控制装置7可以对热流传感器2的电信号进行采集、计算、分析处理以及联接打印机，将测得的结果输出至纸上。同时，该计算机处理控制装置7通过USB电缆线还与移动机车3相连接，以通过计算机中的控制软件发出控制命令，控制移动机车3动作。此外，该计算机处理控制装置7一般还包括有数据采集系统(或者数据信号采集器)，该数据采集系统一般安装在测量架固定座5中、或者机车支承座4、或者移动机车3的壳体中，该数据采集系统一般通过USB电缆线或者其它类型的数据信号线与计算机相连接。由于，这部分的部件装置(计算机、数据信号采集器)都是从市面上直接购得使用，属于现有计算机控制技术的加以利用。故此，对于这部分技术，不再花费大量篇幅进行阐述。 [0018] 另外，安装于计算机中控制程序软件，主要运用数学微积分、数学变换、以及数值分析计算等多种数学工具，通过软件编程形式，转化成在计算机中，由软件自动进行数据采集、分析处理，计算出整个球形包络面的热辐射能量，进而进一步推导出被测的取暖器是否符合相关的能效标准——一个这样的过程。由于软件部分实现的手段较多，大多情况会因为采用不同的编程工具，而有不同的实现手段。故此，对于具体的软件实现部分，不作详细描述，交由本领域技术人员在具体实施时，根据所需的测量标准进行编程实现。本发明仅请求保护具体的结构方案，对于具体的测量方法不要求保护。 [0019] 如图1与图2所示，所述各热流量传感器2分别均匀排布固定在圆环弧测量架1上，并且各热流量传感器2的电连接端分别通过电缆与计算机处理控制装置7的数据信号采集器相连接。经检验得到的较优化安装方案是： [0020] 如图1所示，圆环弧测量架1测量是以被测试的取暖器10的热辐射发射面为中心的一个球形包络面上一条经纬线上的热辐射。以圆环弧测量架1的最高点作为纬度0°，将圆环弧测量架1划分成纬度0°-130°。圆环弧测量架1包含内圆和外圆两个圆环弧，在圆环弧测量架1的内径0°-130°的纬度点上，按10°的夹角间隔分别安装14个热流量传感器2。 [0021] 该半导体热电堆式热流量传感器2是一种热电堆型热阻式热流计，其优点是：一是，对辐射的波长没有选择性，所有通过传感器所在位置的热辐射都能被吸收，其整体反映2 在测试头表面温度的上升。二是，可以在测量很低的热流密度(几W/m)时输出较大的信号，便于检测与处理。三是，此类型测试头只需很小的温度梯度就能产生较大信号，能测量 2 几个到几万个W/m 的热流密度。因而，本系统能测量全波段的热辐射能量，适宜测试各种规格的取暖器产品。 [0022] 如图1与图2所示，所述圆环弧测量架1二端分别对应地安装于二个测量架固定座5上，所述机车支承座4设置在位于二个测量架固定座5之间的圆环弧测量架1下方。 [0023] 所述移动机车3用于支撑被测的取暖器10，以及自动调整取暖器10的位置，使取暖器10热辐射发射面处于圆环弧测量架1的中心位置。该移动机车3包括机箱31、三台步进电机、螺杆32，其中，所述三台步进电机分别安装于机箱31中，所述螺杆32竖向安装于机箱31中，且其上部穿出于机箱31外，并且该螺杆32通过与其中二台步进电机相传动连接而实现上、下升降运动和360度旋转运动。所述测量承放盘6固定安装于螺杆32顶部上。该测量承放盘6做成为半圆形状，目的是不阻挡热流量传感器2测量取暖器10在高纬度方向的热辐射。在机箱31底部还设有四个滑轮，该四个滑轮与第三台步进电机相传动连接，以由该台步进电机驱动四个滑轮运动。所述机车支承座4的顶部还相对应地设有一对滑轨 41，所述四个滑轮与该对滑轨41相滑动安装一起，以实现移动机车3在步地电机驱动下沿滑轨41来回运动。 [0024] 所述移动机车3是本发明实现空间变换的核心部件，它使取暖器10在测量过程中不断地自转，达到使用一条测量弧(即圆环弧测量架1)测量取暖器10整个球形包络面上热辐射的目的。该移动机车3也是简化了整个测试系统的结构，并减少了热流量传感器2的使用数量，降低了测试系统的建造成本——的关键结构。该移动机车3通过与圆环弧测量架1配合，测量时，圆环弧测量架1固定不动，通过旋转取暖器10的方法，来构筑出以被测取暖器10热辐射发射面为中心的球形包络面。 [0025] 为了使本发明便于移动，所述机车支承座4、测量架固定座5的底部还分别设有行走轮8，且在机车支承座4与测量架固定座5之间还设有用于将机车支承座4与测量架固定座5连接一起底架9。 [0026] 本发明对取暖器的测量过程大致如下： [0027] 首先，将取暖器10固定在移动机车3的测量承放盘6上，然后，在计算机软件中输入取暖器10热辐射发射面中心高度后，由计算机控制整个系统开始进行测量。 [0028] 在计算机控制下，移动机车3首先向前移动，使圆环弧测量架1的平面通过取暖器10热辐射发射平面的中心。然后测量承放盘6作向上运动，使取暖器10热辐射发射平面中心落在圆环弧测量架1的圆心上。以上位置调节过程可以通过系统自动实现，也可以采用手动微调取暖器10的位置来实现。 [0029] 在进行正式测试前，首先要进行热辐射背景的扣除。使取暖器10处于不工作状态，圆环弧测量架1上的14个热流量传感器2分别测得所在圆环弧测量架1位置上的热辐射值，通过数据线路传送到计算机上进行数据处理。每隔10秒测量承放盘6会带着取暖器10旋转10°，共转动36次，完成转动一周(即360°)。将测得的球形包络面上的热辐射值作为测试环境的背景热辐射通量。 [0030] 然后，开始正式测试。使取暖器10处于正常工作状态，工作稳定后，圆环弧测量架1上的14个热流量传感器2分别测得所在圆环弧测量架1位置上的热辐射值，通过数据线路传送到计算机上进行数据处理。每隔10秒测量承放盘6会带着取暖器10旋转10°，共转动36次，完成转动一周(即360°)。将测得的球形包络面上的热辐射通量减去背景热辐射通量，即可以得到取暖器10发射的热辐射通量，和得出该取暖器10是否符合国家的能效标准。 [0031] 完成测试后，先使取暖器10停止工作，然后测量承放盘6首先向下运动，恢复到原来位置。接着移动机车3作向后运动，也恢复到原来位置。待取暖器10冷却后，即可取下取暖器10。 [0032] 本发明简化了取暖器热辐射测试系统的结构，降低了测试系统的建造成本，并实现了测试过程全自动化，提高了工作效率和测试精度，为取暖器的热辐射测试提供了可靠保证。