CN101915784B - 路用室内光热效应试验***及试验方法 - Google Patents
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Abstract
路用室内光热效应试验***及试验方法，属于材料试验技术领域。它解决了现阶段对各种路面材料光热响应情况的获取方式受自然状况制约，效率低下的问题。本发明装置的底座上固定试验材料实验台和对照材料实验台，灯架固定在底座上，灯架上分布两套光照装置，试验材料实验台和对照材料实验台分别由一套光照装置为其提供相同条件的光照，温度采集装置用于同时检测试验材料和对照材料的温度值；两个辐射表分别用来采集两个实验台上的路面材料的光照辐射强度；本发明方法首先要铺设路面材料；然后调整光照装置使两种路面材料上所获得的光照辐射强度相同并持续照射七小时，同时采集路面材料的温度；最后将数据输出。本发明用于路用材料的光热效应试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种路用室内光热效应试验***及试验方法，属于材料试验技术领域。
背景技术
现阶段对各种路面材料在太阳光辐射下的光热响应情况的获取，多采取在室外铺筑试验路，再埋设传感器的方式进行。这种方式受自然的天气及地理状况制约，由于试验需要在晴天实施，如遇到较长时间的阴霾天气，就会影响试验效率；由于自然的天气及地理状况复现性差，因此获取的数据的对比性就差；另外这种实验一个昼夜循环需24小时，若完成一个研究周期，不仅需时较长，同时要在室外架设数据采集，对设备的维护及调试均存在诸多不便。
发明内容
本发明的目的是为了解决现阶段对各种路面材料光热响应情况的获取方式受自然状况制约，效率低下的问题，提供一种路用室内光热效应试验***及试验方法。
本发明所述路用室内光热效应试验***包括底座、试验材料实验台、对照材料实验台、温度采集装置、灯架、两套光照装置和两个辐射表，
底座的上表面上固定试验材料实验台和对照材料实验台，灯架固定在底座上，灯架上分布两套光照装置，试验材料实验台和对照材料实验台分别由一套光照装置为其提供相同条件的光照，温度采集装置用于同时检测试验材料和对照材料的温度值；
两个辐射表分别用来采集试验材料实验台上的路面材料和对照材料实验台上的路面材料的光照辐射强度。
本发明所述基于上述装置的路用室内光热效应试验方法包括以下步骤：
步骤一：在试验材料实验台上铺设待测路面材料；在对照材料实验台上铺设对照路面材料；
步骤二：调整灯架的整体高度，使两套光照装置处于水平状态，并调整两套光照装置的仰角，使两套光照装置所发出的光线分别均匀照射在试验材料实验台和对照材料实验台上，同时调整每套光照装置所发出的光强，使通过两个辐射表所采集到的两个实验台上路面材料所获得的光照辐射强度相同；
步骤三：使光照装置的照射时间持续七小时；
同时由温度采集装置对两个实验台上路面材料的温度进行时时采集；
步骤四：光照结束后，将温度采集装置获得的温度数据输出给计算机，分析获得路面材料的光热效应数据。
本发明的优点是：本发明实现了在室内对路面材料的室外接受太阳光辐射情况的模拟，方便了对各种路面材料的光热效应响应情况的评价，由于室内条件不受外界自然状况的制约，关键参数可受人为方便的控制，使得实验效率大大提高，并同时实验的复现性与可控性好。
实验证明，使用本发明所述的试验***对路面材料进行测定，只需七个小时就可使待测路面材料达到热平衡状态，大大缩短了对路面材料光热效应的研究周期；
与室外铺筑试验路相比，本发明只需针对每种路面材料制作试件安放在试验台上即可，操作简单。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1的俯视图；
图4为本发明***的实施原理示意图；
图5为试验材料或对照材料上九个均匀分布点的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述路用室内光热效应试验***包括底座1、试验材料实验台2、对照材料实验台3、温度采集装置4、灯架5、两套光照装置6和两个辐射表，
底座1的上表面上固定试验材料实验台2和对照材料实验台3，灯架5固定在底座1上，灯架5上分布两套光照装置6，试验材料实验台2和对照材料实验台3分别由一套光照装置6为其提供相同条件的光照，温度采集装置4用于同时检测试验材料和对照材料的温度值；
两个辐射表分别用来采集试验材料实验台2上的路面材料和对照材料实验台3上的路面材料的光照辐射强度。
具体实施方式二：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于它还包括两个隔热围护套7，所述试验材料实验台2的外部套一个隔热围护套7，使得试验材料实验台2仅有上表面暴露在外面；对照材料实验台3的外部套一个隔热围护套7，使得对照材料实验台3仅有上表面暴露在外面。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
在两个实验台的外表面上分别套上隔热围护套7，是为了防止其温度场受到外界其他因素的干扰，并防止热量从试验台的四周和底面散失，而对试验结果产生影响，隔热围护套7内可填充保温纤维等物质，有利于完善对试件的隔热措施。
具体实施方式三：本实施方式是对实施方式二的进一步限定，所述温度采集装置4由第一温度传感器、第二温度传感器和数据采集器组成，
第一温度传感器用于检测试验材料实验台2上的路面材料的温度，第一温度传感器的温度信号输出端连接数据采集器的试验材料温度信号输入端；
第二温度传感器用于检测对照材料实验台3上的路面材料的温度，第二温度传感器的温度信号输出端连接数据采集器的对照材料温度信号输入端。
温度传感器可以安装在待测路面材料的表面或内部，用于准确测量路面材料的温度，其输出端用于把采集到的温度数据输出给数据采集器，数据采集器可以将采集到的数据再输出到电脑上，即可通过专用软件进行温度数据的自动采集记录以供分析。
具体实施方式四：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式三的进一步限定，所述灯架5由五根立柱5-1、吊架5-2、八个微调吊杆5-3和八个固定吊杆5-4组成，
每根立柱5-1均与底座1之间通过焊接固定，五根立柱5-1的外表面均为螺纹结构，每根立柱5-1上有一个高度调节螺丝5-11，所述高度调节螺丝5-11与立柱5-1螺纹连接，吊架5-2位于五根立柱5-1上，并由每根立柱5-1上的高度调节螺丝5-11托起；所述吊架5-2为长方形结构，五根立柱5-1分别位于吊架5-2四个顶点和中心点的位置；
每套光照装置6均由四个碘钨灯6-1组成，每个碘钨灯6-1通过一个微调吊杆5-3和一个固定吊杆5-4吊挂在吊架5-2上，每套光照装置6中的四个碘钨灯6-1相对于其提供光照的实验台均匀分布，以形成相同条件的光照。
本实施方式中的光照装置6是本发明的核心部分，每个碘钨灯6-1依靠一个固定吊杆5-4和一个微调吊杆5-3吊挂在吊架5-2上。微调吊杆5-3可以为螺丝杆，它通过螺丝调整其有效悬吊部分的长度，进而调节碘钨灯6-1的仰角，来达到光强微调的目的。吊架5-2上共吊挂安装有八个碘钨灯6-1，每四个碘钨灯6-1构成一套光照装置6，为其下的一个实验台提供光照。立柱5-1的螺纹结构外表面有利于通过其上带有的高度调节螺丝5-11来调节吊架5-2的整体高度及调整其水平状态。
具体实施方式五：下面结合图5说明本实施方式，本实施方式是对实施方式四的进一步限定，所述一个辐射表用于采集试验材料实验台2上表面内九个光强采集点处的光照辐射强度；所述九个光强采集点均匀分布；另一个辐射表用于采集对照材料实验台3上表面内九个光强采集点处的光照辐射强度，所述九个光强采集点均匀分布。
具体实施方式六：下面结合图4说明本实施方式，本实施方式与实施方式一、二、三、四或五的不同之处在于，它还包括稳压电源，
稳压电源用于给光照装置6供电。其它组成及连接关系与实施方式一、二、三、四或五相同。
采用稳压电源用来给光照装置6中的各个碘钨灯6-1供电，能够确保供电电压稳定进而使碘钨灯6-1能够维持光强度稳定。
本发明的适用面广，保留***的稳压电源和光照装置6两部分，更换数据采集设备或其他设备即可获取路面材料在太阳辐射下其他物理状态的响应情况。
本发明所述装置不局限于上述实施方式，还可以是上述各实施方式中所述技术特征的合理组合。
具体实施方式七：本实施方式是基于实施方式一所述装置的一种路用室内光热效应试验方法，它包括以下步骤：
步骤一：在试验材料实验台2上铺设待测路面材料；在对照材料实验台3上铺设对照路面材料；
步骤二：调整灯架5的整体高度，使两套光照装置6处于水平状态，并调整两套光照装置6的仰角，使两套光照装置6所发出的光线分别均匀照射在试验材料实验台2和对照材料实验台3上，同时调整每套光照装置6所发出的光强，使通过两个辐射表所采集到的两个实验台上路面材料所获得的光照辐射强度相同；
步骤三：使光照装置6的照射时间持续七小时；
同时由温度采集装置4对两个实验台上路面材料的温度进行时时采集；
步骤四：光照结束后，将温度采集装置4获得的温度数据输出给计算机，分析获得路面材料的光热效应数据。
光照时间、强度及均匀度的确定方法：
本发明中光照装置6的光源辐射强度是一个恒定值，本发明步骤二中的设定值选为室外沥青路面在太阳光辐射下，下午14时地面所达到的光照辐射强度值。因为太阳辐射强度为余弦变化，需对其变化进行积分得到太阳的总辐射量，经实验验证，采用本发明对路面材料进行光热效应试验，在此固定光源辐射强度的照射下，仅需约七个小时的时间就能达到室外环境一昼夜地面所获得的太阳的总辐射量，并达到热平衡状态。
为了使室内试验结果与室外实际结果有良好的相关性，本发明在实施的时候，需要采用等效辐射热原理的方法，即当室内在恒定辐射强度下光照装置6投射的累积热量，与室外沥青路面在太阳光辐射下达到热平衡时，太阳光投射到路面的累积热量相等时，此时室内试验得到的温度值可近似为室外的热平衡温度。
具体实施方式八：本实施方式是对实施方式一的进一步限定，步骤二中所述的使通过两个辐射表所采集到的两个实验台上路面材料所获得的光照辐射强度相同，是指通过两个辐射表对两个试验台上的路面材料所获得的光照辐射强度进行采集，使所述路面材料上九个均匀分布的光强采集点处的光照辐射强度满足如下条件：
公式一：
公式二：
式中：
-表示i实验台上的平均辐射强度，单位为W/m2；i取值为1，2，分别代表试验材料实验台2和对照材料实验台3；
Wij-表示i实验台j位置的辐射强度，单位为W/m2；j取值为1，2，…，9，分别代表每个实验台上的9个光强采集点；
公式三：
此公式中i取值为1。
本发明方法在使用时，其试验材料和对照材料的光照强度与均匀度均采用辐射表来进行测定，对光照强度及均匀度的控制要通过调节光照装置6的高度及仰角来实现。本发明方法中两个实验台在理论上受到光辐射的各个参数应该是完全一样的，但是在实际情况下，很难做到。用辐射表分别测定每个实验台上均匀分布的9个位置的光照辐射强度，如果测量结果不满足公式一至公式三的条件，就需重新调节光照装置6的辐射仰角以及各个光源之间的位置，直到满足上述要求时停止。
本发明通过对路面上的参数进行测定，并控制使其满足公式一到公式三，来使两个实验台测得的数据具好相对较好的平行性。其中公式一用来控制单个实验台的辐射均匀性；公式二和公式三用以控制两个实验台之间辐射均匀度的平行性。
Claims (7)
1.一种路用室内光热效应试验***，
它包括底座(1)、试验材料实验台(2)、对照材料实验台(3)、温度采集装置(4)、灯架(5)、两套光照装置(6)和两个辐射表，
底座(1)的上表面上固定试验材料实验台(2)和对照材料实验台(3)，灯架(5)固定在底座(1)上，灯架(5)上分布两套光照装置(6)，试验材料实验台(2)和对照材料实验台(3)分别由一套光照装置(6)为其提供相同条件的光照，温度采集装置(4)用于同时检测试验材料和对照材料的温度值；
两个辐射表分别用来采集试验材料实验台(2)上的路面材料和对照材料实验台(3)上的路面材料的光照辐射强度；
其特征在于：
它还包括两个隔热围护套(7)，所述试验材料实验台(2)的外部套一个隔热围护套(7)，使得试验材料实验台(2)仅有上表面暴露在外面；对照材料实验台(3)的外部套一个隔热围护套(7)，使得对照材料实验台(3)仅有上表面暴露在外面。
2.根据权利要求1所述的路用室内光热效应试验***，其特征在于：
所述温度采集装置(4)由第一温度传感器、第二温度传感器和数据采集器组成，
第一温度传感器用于检测试验材料实验台(2)上的路面材料的温度，第一温度传感器的温度信号输出端连接数据采集器的试验材料温度信号输入端；
第二温度传感器用于检测对照材料实验台(3)上的路面材料的温度，第二温度传感器的温度信号输出端连接数据采集器的对照材料温度信号输入端。
3.根据权利要求2所述的路用室内光热效应试验***，其特征在于：
所述灯架(5)由五根立柱(5-1)、吊架(5-2)、八个微调吊杆(5-3)和八个固定吊杆(5-4)组成，
每根立柱(5-1)均与底座(1)之间通过焊接固定，五根立柱(5-1)的外表面均为螺纹结构，每根立柱(5-1)上有一个高度调节螺丝(5-11)，所述高度调节螺丝(5-11)与立柱(5-1)螺纹连接，吊架(5-2)位于五根立柱(5-1)上，并由每根立柱(5-1)上的高度调节螺丝(5-11)托起；所述吊架(5-2)为长方形结构，五根立柱(5-1)分别位于吊架(5-2)四个顶点和中心点的位置；
每套光照装置(6)均由四个碘钨灯(6-1)组成，每个碘钨灯(6-1)通过一个微调吊杆(5-3)和一个固定吊杆(5-4)吊挂在吊架(5-2)上，每套光照装置(6)中的四个碘钨灯(6-1)相对于其提供光照的实验台均匀分布，以形成相同条件的光照。
4.根据权利要求3所述的路用室内光热效应试验***，其特征在于：
所述一个辐射表用于采集试验材料实验台(2)上表面内九个光强采集点处的光照辐射强度；所述九个光强采集点均匀分布；另一个辐射表用于采集对照材料实验台(3)上表面内九个光强采集点处的光照辐射强度，所述九个光强采集点均匀分布。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的路用室内光热效应试验***，其特征在于：它还包括稳压电源，
稳压电源用于给光照装置(6)供电。
6.一种基于权利要求1所述的路用室内光热效应试验***的路用室内光热效应试验方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一：在试验材料实验台(2)上铺设待测路面材料；在对照材料实验台(3)上铺设对照路面材料；
步骤二：调整灯架(5)的整体高度，使两套光照装置(6)处于水平状态，并调整两套光照装置(6)的仰角，使两套光照装置(6)所发出的光线分别均匀照射在试验材料实验台(2)和对照材料实验台(3)上，同时调整每套光照装置(6)所发出的光强，使通过两个辐射表所采集到的两个实验台上路面材料所获得的光照辐射强度相同；
步骤三：使光照装置(6)的照射时间持续七小时；
同时由温度采集装置(4)对两个实验台上路面材料的温度进行时时采集；
步骤四：光照结束后，将温度采集装置(4)获得的温度数据输出给计算机，分析获得路面材料的光热效应数据。
7.根据权利要求6所述的路用室内光热效应试验方法，其特征在于：步骤二中所述的使通过两个辐射表所采集到的两个实验台上路面材料所获得的光照辐射强度相同，是指通过两个辐射表对两个试验台上的路面材料所获得的光照辐射强度进行采集，使所述路面材料上九个均匀分布的光强采集点处的光照辐射强度满足如下条件：
公式一：
公式二：
式中：
-表示i实验台上的平均辐射强度，单位为W/m2；i取值为1，2，分别代表试验材料实验台(2)和对照材料实验台(3)；
Wij-表示i实验台j位置的辐射强度，单位为W/m2；j取值为1，2，…，9，分别代表每个实验台上的9个光强采集点；
-表示两实验台的平均辐射强度值的均值；
公式三：
此公式中i取值为1。
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