本申請涉及儲熱材料性能檢測的，特別是涉及一種高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置及檢測方法。

背景技術(shù)：

1、儲熱材料是熱儲能過程中的重要組成部分，特別是相變儲熱材料，因其較大的相變比焓成為近年來的研究熱點。相變儲熱材料在溫度變化與相變過程中密度會發(fā)生改變，影響到儲熱容器、介質(zhì)輸送設備、換熱設備等的選型，并且材料的密度還是其他流動與傳熱參數(shù)如雷諾數(shù)、格拉曉夫數(shù)、瑞利數(shù)等計算過程中常用的指標之一，因此，準確測量相變儲熱材料密度在不同溫度下的變化規(guī)律，尤其是在高溫和相變過程中的密度變化十分重要。

2、相關(guān)技術(shù)中，密度的測量方法主要有密度瓶法、密度計法、韋氏天平法、放射性密度計等。密度瓶法需要測試相同體積的水和試樣的質(zhì)量，從而計算試樣的密度，每次測量時需要保證水的體積與試樣體積保持一致。密度計法用來測試液體密度，將密度計放入待測液體中，處于漂浮狀態(tài)，測量密度計排開液體的體積，即可求出液體密度。韋式天平法是將物體放入液體中分別測量物體受到的浮力，即可求出固體或液體的密度。另外還有放射性密度計，利用測量接受放射物質(zhì)的位置，測量液面高度，從而計算液體密度。

3、然而，這些傳統(tǒng)的針對相變儲熱材料的密度測量方法均只能單一測量固體或液體的密度，無法測量溫度升高過程中的相變密度改變，更不能實時觀測密度的動態(tài)變化，存在很大的應用局限性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對無法實現(xiàn)密度實時測量，無法連續(xù)觀測高溫相變材料的密度隨溫度的變化過程的問題，提供一種高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置及檢測方法。

2、本申請的第一方面，提供一種高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置，其包括：

3、檢測箱，所述檢測箱的內(nèi)部形成有試驗腔，所述檢測箱的側(cè)壁還開設有與所述試驗腔連通的觀測窗；

4、夾具，所述夾具裝設于所述檢測箱并用于安裝固定檢測容器，所述檢測容器的內(nèi)部用于盛裝待測試的高溫相變材料；

5、調(diào)溫器，所述調(diào)溫器設置于所述檢測箱并用于調(diào)節(jié)所述試驗腔的溫度；以及，

6、觀測設備，所述觀測設備設置于所述檢測箱的外部并與所述觀測窗相對，所述觀測設備用于透過所述觀測窗拍攝所述檢測容器的實時圖像，并基于實時圖像計算獲得高溫相變材料在任意溫度環(huán)境下的密度值。

7、采用本方案的高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置工作室，首先稱取設定重量的高溫相變材料裝入檢測容器內(nèi)；之后將檢測容器通過夾具固定于試驗腔中；緊接著開啟調(diào)溫器，按檢測需要調(diào)節(jié)試驗腔內(nèi)的溫度（如升高或降低溫度均可）并輸出當前溫度值t；開啟觀測設備，設置圖像拍攝頻率，對拍攝到的圖像進行去噪點和提高分辨率處理，然后進行圖像數(shù)據(jù)到體積分數(shù)的轉(zhuǎn)化，計算得到不同時間對應不同溫度t下高溫相變材料的密度值；因此相較于現(xiàn)有技術(shù)而言，本方案的檢測裝置可在非接觸條件下實現(xiàn)對高溫相變材料的密度的實時測量，且能連續(xù)觀測高溫相變材料的密度跟隨溫度變化的變化過程，從而便于對高溫相變材料的密度的動態(tài)變化進行評估，對改善和提高高溫相變材料的使用性能具有積極意義。

8、下面對本申請的技術(shù)方案作進一步的說明：

9、在其中一個實施例中，所述檢測箱包括箱體和箱蓋，所述箱蓋可活動地設置于所述箱體的上端開口處，并能打開或關(guān)閉所述上端開口。

10、在其中一個實施例中，所述箱體和所述箱蓋的表面均安裝有保溫材料。

11、在其中一個實施例中，所述夾具包括活動夾具體、固定夾具體、導桿和用于輸出伸縮直線動力的驅(qū)動器，所述固定夾具體設置于所述試驗腔的內(nèi)壁上，所述導桿的一端與所述活動夾具體連接，所述導桿的另一端穿出所述檢測箱并與外置于所述檢測箱的所述驅(qū)動器連接，所述檢測容器被夾持固定在所述活動夾具體與所述固定夾具體之間。

12、在其中一個實施例中，所述活動夾具體用于夾持所述檢測容器的第一夾持面上設置有第一軟質(zhì)件，所述固定夾具體用于夾持所述檢測容器的第二夾持面上設置有第二軟質(zhì)件。

13、在其中一個實施例中，所述調(diào)溫器包括多個加熱件和加熱電路，多個所述加熱件相間隔地設置于所述試驗腔的側(cè)壁上并圍設于所述檢測容器的外周，各個所述加熱件分別通過電線電連接至所述加熱電路，所述加熱電路與所述觀測設備電連接。

14、在其中一個實施例中，所述調(diào)溫器還包括溫度傳感器和變送器，所述溫度傳感器插置在所述檢測箱的側(cè)壁上，且所述溫度傳感器的溫度探頭伸入所述試驗腔并與所述檢測容器接觸，所述溫度傳感器通過所述變送器與所述觀測設備電連接。

15、在其中一個實施例中，所述觀測設備包括攝像機和計算機，所述攝像機的攝像頭正對所述觀測窗設置，所述攝像機還通過數(shù)據(jù)線與所述計算機電連接；

16、所述觀測設備還包括補光燈，所述補光燈設置于所述試驗腔內(nèi)并與所述計算機電連接。

17、本申請的第二方面，還提供一種基于上述的高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置的檢測方法，其包括如下步驟：

18、稱取設定重量的高溫相變材料裝入檢測容器內(nèi)；

19、將檢測容器通過夾具固定于試驗腔中；

20、開啟調(diào)溫器，按檢測需要調(diào)節(jié)試驗腔內(nèi)的溫度并輸出當前溫度值t；

21、開啟觀測設備，設置圖像拍攝頻率，對拍攝到的圖像進行去噪點和提高分辨率處理，然后進行圖像數(shù)據(jù)到體積分數(shù)的轉(zhuǎn)化，計算得到不同時間對應不同溫度t下高溫相變材料的密度值。

22、在其中一個實施例中，在所述進行圖像數(shù)據(jù)到體積分數(shù)的轉(zhuǎn)化，計算得到不同時間對應不同溫度t下高溫相變材料的密度值的步驟中，具體方法為：

23、先將圖片在x和y方向按一定間隔和劃分為個網(wǎng)格，并新建一個大小的二維數(shù)組p[i][j]，i為x方向節(jié)點序號，0≤i≤m-1，j為y方向節(jié)點序號，0≤j≤n-1；

24、然后掃描圖片，讀取并計算每個網(wǎng)格中的平均灰度值，賦值給p[i][j]，灰度值在0~255范圍內(nèi)，純白色為255，純黑色為0；先識別出固液相區(qū)域和氣相區(qū)域的灰度值區(qū)間，令p[i][j]中最大值為l，則當p[i][j]≥0.9l時，認為是氣相區(qū)；令p[i][j]中最小值為s，則當p[i][j]≤1.1s時，認為是固相或液相區(qū)；因為在相界面的區(qū)域，網(wǎng)格的灰度值在y方向會發(fā)生突變，當1.1s≤p[i][j]≤0.9l，且滿足p[j][j]-p[i][j-1]≥，或p[i][j+1]-p[i][j]≥,?可取5000~10000，認為網(wǎng)格p[i][j]處于固相或液相與氣相的相界面區(qū)域；

25、再新建一個二維數(shù)組v[i][j]，代表當前網(wǎng)格中試樣占的體積分數(shù)，令位于相界面區(qū)上方的網(wǎng)格v[i][j]=0，即處于氣相區(qū)，體積分數(shù)為0，位于分界區(qū)下方的網(wǎng)格v[i][j]=1，即處于固液相區(qū)；相界面區(qū)內(nèi)的網(wǎng)格的體積分數(shù)在0~1之間；

26、最后計算試劑占有的總體積，,l為玻璃容器內(nèi)部空間的長度，密度，即可求出每個時刻的對應溫度t下高溫相變材料的密度值。

技術(shù)特征：

1.一種高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述檢測箱包括箱體和箱蓋，所述箱蓋可活動地設置于所述箱體的上端開口處，并能打開或關(guān)閉所述上端開口。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述箱體和所述箱蓋的表面均安裝有保溫材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述夾具包括活動夾具體、固定夾具體、導桿和用于輸出伸縮直線動力的驅(qū)動器，所述固定夾具體設置于所述試驗腔的內(nèi)壁上，所述導桿的一端與所述活動夾具體連接，所述導桿的另一端穿出所述檢測箱并與外置于所述檢測箱的所述驅(qū)動器連接，所述檢測容器被夾持固定在所述活動夾具體與所述固定夾具體之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述活動夾具體用于夾持所述檢測容器的第一夾持面上設置有第一軟質(zhì)件，所述固定夾具體用于夾持所述檢測容器的第二夾持面上設置有第二軟質(zhì)件。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述調(diào)溫器包括多個加熱件和加熱電路，多個所述加熱件相間隔地設置于所述試驗腔的側(cè)壁上并圍設于所述檢測容器的外周，各個所述加熱件分別通過電線電連接至所述加熱電路，所述加熱電路與所述觀測設備電連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述調(diào)溫器還包括溫度傳感器和變送器，所述溫度傳感器插置在所述檢測箱的側(cè)壁上，且所述溫度傳感器的溫度探頭伸入所述試驗腔并與所述檢測容器接觸，所述溫度傳感器通過所述變送器與所述觀測設備電連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述觀測設備包括攝像機和計算機，所述攝像機的攝像頭正對所述觀測窗設置，所述攝像機還通過數(shù)據(jù)線與所述計算機電連接；

9.一種基于權(quán)利要求1至9所述的高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置的檢測方法，其特征在于，在所述進行圖像數(shù)據(jù)到體積分數(shù)的轉(zhuǎn)化，計算得到不同時間對應不同溫度t下高溫相變材料的密度值的步驟中，具體方法為：

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置及檢測方法。高溫相變材料實時密度動態(tài)檢測裝置包括檢測箱，所述檢測箱的內(nèi)部形成有試驗腔，所述檢測箱的側(cè)壁還開設有與所述試驗腔連通的觀測窗；夾具，所述夾具裝設于所述檢測箱并用于安裝固定檢測容器，所述檢測容器的內(nèi)部用于盛裝待測試的高溫相變材料；調(diào)溫器，所述調(diào)溫器設置于所述檢測箱并用于調(diào)節(jié)所述試驗腔的溫度；以及觀測設備，所述觀測設備設置于所述檢測箱的外部并與所述觀測窗相對，所述觀測設備用于透過所述觀測窗拍攝所述檢測容器的實時圖像，并基于實時圖像計算獲得高溫相變材料在任意溫度環(huán)境下的密度值。

技術(shù)研發(fā)人員：吳蔚,劉石,楊毅,黃正,徐軍濤,楊瑾誠
受保護的技術(shù)使用者：廣東新型儲能國家研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10