CN103376274A - 一种快速测量真空玻璃热阻的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种在线测量真空玻璃热阻的方法及装置。所述方法包括步骤：获得被测真空玻璃的结构参数和被测真空玻璃的热学参数；调用与所获得的结构参数相对应的预存映射表，所述预存映射表映射了其结构参数与所述被测真空玻璃相同的样本真空玻璃的结构参数和热学参数/热阻值的对应关系；比较所述被测真空玻璃和所述样本真空玻璃的热学参数而确定所述被测真空玻璃的热阻状态，并显示所述被测真空玻璃的热阻状态以及输出相应的信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速测量真空玻璃热阻的方法及装置，尤其涉及一种能够在线测量真空玻璃热阻的方法及装置。
背景技术
真空玻璃的真空度决定着其使用价值或使用的领域，真空度越高，价值越高。通常采用热阻来测定制成的真空玻璃的真空度。例如，传统的真空玻璃热阻测量仪可以参见中国实用新型专利申请：“真空玻璃热阻自动测量仪”(专利号：CN02243245.0，公开日：2003年5月28日)。该专利申请作为背景技术全文引用在本申请中。
采用上述已有技术的真空玻璃热阻测量技术来精确地测量成品真空玻璃的热阻是完全可能的，但其不足在于无法进行在线测量以及不能实现定性测量。
具体地说，采用已有技术的真空玻璃热阻自动测量仪虽然能够精确地测量成品真空玻璃的真空度从而判断真空玻璃的优劣，但只是事后做出的定量测量/分析，既耗时又无法及时调节流水线的操作。而且，在生产实践中的多数情况下，更多地需要的是快速的定性测量，而不是精确地定量测量每一成品真空玻璃的真空度。
发明内容
本发明旨在解决已有技术的问题而提供一种快速测量真空玻璃热阻的方法及装置。
根据本发明的一个技术方案，提供一种在线测量真空玻璃热阻的方法，所述方法包括步骤：获得被测真空玻璃的结构参数；获得被测真空玻璃的热学参数；调用与所获得的结构参数相对应的预存映射表，所述预存映射表映射了其结构参数与所述被测真空玻璃相同的样本真空玻璃的结构参数和热学参数/热阻值的对应关系；比较所述被测真空玻璃和所述样本真空玻璃的热学参数而确定所述被测真空玻璃的热阻状态，并显示所述被测真空玻璃的热阻状态以及输出相应的信号。
根据本发明上述技术方案的方法，其中所述获得被测真空玻璃的结构参数的步骤可以通过流水线操作板面输入或通过流水线自动地确定所述被测真空玻璃的上、下玻璃板的厚度、表面辐射率以及支撑物的大小、材料、结构。
根据本发明上述技术方案的方法，其中所述获得被测真空玻璃的热学参数的步骤获得与所述被测真空玻璃的热导值、传热系数、热阻值中的至少之一相关的参数。
根据本发明上述技术方案的方法，其中在确定所述被测真空玻璃的热阻状态的步骤中，可以定性或定量地确定所述被测真空玻璃的热阻，并且将相应的信号输出到流水线的前级来调节真空抽取过程。
根据本发明的一个技术方案，提供一种在线测量真空玻璃热阻的装置，所述装置包括：测量***，用于测量被测真空玻璃的结构参数以及被测真空玻璃的热学参数；样本数据模块(DB)，用于预存至少一个映射表，所述映射表的每一个都映射了一种样本真空玻璃的结构参数和热学参数/热阻值的对应关系；控制部件(50)，用于从所述样本数据模块中调用与所测得的结构参数相对应的一个预存映射表，并且比较所述被测真空玻璃和所述样本真空玻璃的热学参数而确定所述被测真空玻璃的热阻状态，并输出相应的信号；显示部件(40)，用于显示所述被测真空玻璃的热阻状态。
根据本发明上述技术方案的装置，其中所述测量***包括：与所述被测真空玻璃的一侧平面接触的温度测量板(10)、与所述被测真空玻璃的一侧接触并由所述温度测量板(10)覆盖的温度传感器(20)、与所述温度传感器(20)连接的数据采集器(30)、以及与所述被测真空玻璃的另一侧平面接触并且其中包含有温度控制部件(60)的恒温板(80)、置于所述恒温板(80)之内并且与所述控制部件(50)连接的测温传感器(70)。
根据本发明上述技术方案的装置，其中所述被测真空玻璃的结构参数包括通过流水线操作板面输入或通过流水线自动地确定的所述被测真空玻璃的上、下玻璃板的厚度、表面辐射率以及支撑物的大小、材料、结构。
根据本发明上述技术方案的装置，其中所述被测真空玻璃的热学参数包括与所述被测真空玻璃的热导值、传热系数、热阻值中的至少之一相关的参数。事实上，如本领域技术人员所知的那样，这些参数是可以相互导出的。
根据本发明上述技术方案的装置，其中所确定的所述被测真空玻璃的热阻状态是所述被测真空玻璃的热阻的定性或定量值。
根据本发明上述技术方案的装置，其中所述控制部件(50)将与所述被测真空玻璃的热阻的定性或定量值相应的信号输出到流水线的前级，用于调节真空抽取过程。
通过采用本发明上述技术方案的方法和装置，能够对处在制作过程中的真空玻璃的真空度进行在线测量，用最短的时间(例如仅3分钟至5分钟)即可通过测量真空玻璃热阻的装置来定性或定量地在线获得被测真空玻璃的真空度数值或热阻状态特性(例如其热阻是否满足隔热/隔声的应用要求)，并且可以通过把与所述被测真空玻璃的热阻的定性或定量值相应的信号输出到流水线的前级来调节流水线中的真空抽取过程。
因此，根据本发明的技术方案的方法和装置能够以较短的时间实现在线测量，既适应了大批量生产的在线测量要求，又使得测量真空玻璃热阻的方法变得简单，对应的测量装置的结构简单且制造成本降低。
附图说明
图1是说明本发明的真空玻璃测量***的模型原理说明图；
图2是根据本发明技术方案的快速测量真空玻璃热阻的方法的示意流程图；
图3是根据本发明技术方案的采用图2所示方法的快速测量真空玻璃热阻的装置的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图对反映本发明技术方案的实施例进行描述，以使得本发明的目的、效果和方法变得显而易见。
为了使本发明的方法和装置的实施例的描述更易于理解，本申请人先陈述本发明所基于的以下两个重要事实。
第一个事实：采用传统的真空玻璃热阻测量技术，可精准地测出同种型号真空玻璃的热阻和真空度的对应关系。这里所述的“同种型号”的含义是指制作真空玻璃的原材料和部件的规格和型号是相同的，这些原材料和部件的规格和型号例如包括所用的钢化平板玻璃的厚度和面积大小、所用支撑物的大小和材料及结构、支撑物的排列方式、封边材料和封边方式等等。在采用流水线制作真空玻璃的实践中，这种情况是真实而且是可以保证的。也就是说，通过测量确定型号的一定量的真空玻璃制成品，可以得知这一型号的真空玻璃成品的不同热阻和与该热阻(R)或其它热学参数(例如热导值、传热系数等)对应的真空度的函数关系。
第二个事实：参考图1示出的测量***的模型结构，考虑一块上下表面温度梯度为零(即体内各处温度相等)的被测真空玻璃90(在流水线上的真空玻璃可以被认为是非常接近这种情况)与一个恒温板80和温度测量板10形成图1中所示的叠层结构，控制恒温板80的温度使其保持为高于或者低于被测真空玻璃90的温度，并且与被测真空玻璃90的温度之间存在一个恒定不变的温差，例如10℃-50℃范围内的温差。这样，可以进行推导而得出下面的关于温度变化速率和热阻值的对应关系的结论：
开始进行测量的瞬间，把被测真空玻璃90、温度测量板10和环境温度均设为T0(可以认为T0是真空玻璃制作流水线上的控制箱中的实际温度)，而把恒温板80的温度设为T，并且T＞T0，则由于温度测量板10和恒温板80之间的温差的存在，使得图1示出的***中有热流产生：即热流(I热流)从恒温板80流经被测真空玻璃90而到达温度测量板10，
I热流＝(T-T0)/R (1)
其中R为被测真空玻璃90的热阻，(T-T0)即为被测真空玻璃90的上下表面的温差。
对于温度测量板10来说，单位测量时间Δt所吸入或流入的热量Q与I热流的关系如下：
Q＝I热流×Δt (2)
而热量Q与温度测量板10本身的热容C、质量m、在时间段(t2-t1)(其中t1是测量的开始时刻，t2是测量的结束时刻)中的温度变化(T2-T1)的关系如下：
Q＝Cm(T2-T1) (3)
从上述公式(1)、(2)、(3)推出：
Cm(T2-T1)＝(T-T0)Δt/R (4)
即(T2-T1)/Δt＝((T-T0)/Cm)/R (5)
对于上式(5)进行定性分析：温度测量板10本身的热容C、质量m显然为常数。如果通过技术手段把恒温板80的温度T保持为恒量常数，则(T-T0)同样可以被视为常数。因此，被测真空玻璃90的热阻R与温度测量板10在时间t1所测得的温度值T1和在时间t2所测得的温度值T2之间存在单值的函数关系，即R的值与(T2-T1)/(t2-t1)存在一一对应的函数关系：{R[(T2-T1)/(t2-t1)]}。
综合上述参照图1所进行的分析，可以得到这样的物理结果，即：恒定温度为T的恒温板80输出的热流I热流通过被测真空玻璃90这样一个介质流入到温度测量板10而造成该温度测量板10的热学参数的改变可以通过在时间t1所测得的温度值T1和在时间t2所测得的温度值T2来确定，亦即可以由被测真空玻璃90的热学参数来确定，例如由被测真空玻璃90的热阻R唯一地确定。
容易理解，本领域技术人员能够用传统的真空玻璃热阻测量仪对一种型号的一块样本真空玻璃进行测量而获得其质量与真空度/热阻的关系对照表。针对同种型号的多块样本真空玻璃进行测量，则可获得该型号的不同质量的真空玻璃的质量与热阻的关系对照表，如表1所示。
表1：X型样本真空玻璃的质量与热阻R的关系对照表示例
| 样本真空玻璃 | 热阻 |
| 质量1 | R1 |
| 质量2 | R2 |
| … | … |
| 质量n | Rn |
随后，考虑在流水线中设置如图3所示的根据图1原理设计的测量真空玻璃热阻的装置，并对上述不同质量的真空玻璃分别进行测量，从而根据温度测量板10中测量得到的(T2-T1)与(t2-t1)的值来获得对应的热阻R的映射值，如表2所示。
表2：X型样本真空玻璃的质量与热阻的映射值r的映射表示例
| 样本真空玻璃 | 热阻的映射值 | 热阻 |
| 质量1 | r1 | R1 |
| 质量2 | r2 | R2 |
| … | … | … |
| 质量n | rn | Rn |
应该指出，此时热阻的映射值r是一个广义理解的物理参数，其既可以是热阻R，也可以是其它热学参数，例如真空玻璃的热导值、传热系数等等。
上述的获得表1和表2的过程可以针对不同型号的真空玻璃样本进行。事实上，如本领域技术人员理解的那样，上述数值和表格的获得可以在真空玻璃的批量生产之前的试生产阶段完成，在该阶段的反复试制和数据采集中，完成上述的表1和表2是容易的。并且在采用本发明的装置来执行本发明的方法之前，已经将对应于多种型号的真空玻璃的多个映射表预存在本发明的测量装置中的样本数据模块DB中。
下面参考图2和图3来描述本发明的实施例。其中，图2是根据本发明技术方案的快速测量真空玻璃热阻的方法的示意流程图，图3是根据本发明技术方案的采用图2所示方法的快速测量真空玻璃热阻的装置的示意图。
与图1相对照，图3中实现图1中的测量***的部件可以包括：与被测真空玻璃90的一侧平面接触的温度测量板10、与被测真空玻璃90的一侧接触并由所述温度测量板10覆盖的温度传感器20、与所述温度传感器20连接的数据采集器30、与被测真空玻璃90的另一侧平面接触并且其中包含有温度控制部件60的恒温板80、置于所述恒温板80之内并且与所述控制部件50连接的测温传感器70。
除去与图1完全对应的温度测量板10和恒温板80之外，图3中示出的温度传感器20、数据采集器30用于在图2的步骤S1中获得被测真空玻璃90的结构参数以及在图2的步骤S2中获得被测真空玻璃90的热学参数。
为了使恒温板80保持为一个恒定不变的温度，例如在本实施例中将此恒定温度设置为高于温度测量板10的温度的一个预订的温度150℃，则由设置在其中的测温传感器70监测这一温度是否有所降低。当测温传感器70监测到该恒温板80的温度有所降低时，则控制部件50立即启动配用的电源装置(未示出)对分布在该恒温板80中的作为温度控制部件60的加热电阻膜进行加热以便把恒温板80的温度升高到150℃。一旦恒温板80的温度达到预定的150℃，则控制部件50停止所述电源装置对加热电阻膜的加热。通过这样的过程使得恒温板80的温度恒定，达到本发明的测量装置的必要条件，如上面对于“第二个事实”的说明那样。
在上述的实施例中，其中的温度控制部件60具体地由一个加热电阻膜来实现，所述恒温板80的温度保持恒定的同时高于温度测量板10的温度。但是在实际应用中，可以使得整个测量***中的温度关系与上述的温度关系相反，即所述恒温板80的温度保持恒定的同时低于温度测量板10的温度。此时，温度控制部件60可以采用负热阻器件实现，例如采用半导体制冷片来实现。此时对于恒温板80的温度测量和控制过程与上述采用加热电阻膜的情况相似。
数据采集器30可以自动地采集流水线上的被测真空玻璃90的物理参数，例如自动地确定流水线上的被测真空玻璃90的上、下玻璃板的厚度、支撑物的大小、材料、结构等等。当然，这些参数也可以通过流水线操作板面输入。
温度传感器20与数据采集器30的配合最主要的任务在于获得被测真空玻璃90的热学参数，例如获得温度测量板10在规定的测量时间段(t2-t1)内的温度变化(T2-T1)，此时该测量到的温度参数就是该被测真空玻璃90的热学参数。从图3中可以理解到，由于温度传感器20实际上是与被测真空玻璃90的上表面接触的，因此可以认为测量的温度是被测真空玻璃90的上表面的温度，亦即测量时间段(t2-t1)内的温度变化(T2-T1)就是被测真空玻璃90的上表面处的温度变化。根据上面对于第一个实事和第二个事实的分析总结，可以理解到该被测得的温度与被测真空玻璃90的热导值、传热系数、热阻值等相关。
事实上，例如在本实例中，当准备采用流水线制造型号为X的真空玻璃时，在配备了本发明的测量装置的流水线进行调试的过程中，在控制部件50的控制下，数据采集器30将以设置的时间段(t2-t1)从温度传感器20收集到多个(例如n个，且n足够大，例如大到10～20)同型号的真空玻璃的热学参数，此时即为对应的温度变化(T2n-T1n)(其中n＝1，2，3…)，若将此多个同型号的真空玻璃成品逐个地采用传统的真空玻璃热阻测量仪进行热阻的测量，而得到每一个真空玻璃的对应的精确热阻Rn(其中n＝1，2，3…)，则容易理解的是，可以通过归类对比而得到表2示出的关于X型样本真空玻璃的质量、热阻Rn以及热阻的映射值rn的映射关系。这里的热阻的映射值rn就是(T2n-T1n)。将r称作热阻的映射值的原因在于，当在流水线进行型号为X的真空玻璃的制造过程中，如果有一个被测真空玻璃表现出具有rn的热阻的映射值时，则从上述对于“第一个事实”和“第二个事实”的分析可知，由于整个测量装置的物理条件和被测真空玻璃的物理参数保持与测量样本真空玻璃时的完全一样，所以能够确定此时表现出具有热阻的映射值rn的被测真空玻璃具有的热阻就是Rn。
可以针对各种型号(例如国标行业规定的标准型号或企业自身根据用户制作的特殊型号)的真空玻璃分别获得如上所述的样本真空玻璃的质量、热阻的映射值r与热阻的映射表。这些映射表可以都被预存在样本数据模块DB中。
在确定了被测真空玻璃90的结构参数之后也就确定了该被测真空玻璃90的型号。随后在图2的步骤S3中，图3测量装置的控制部件50从样本数据模块DB中调用与此时由数据采集器30测得的结构参数相对应的一个预存映射表。这里“对应”的意思就是指被调用的预存在样本数据模块DB中的预存映射表映射了其结构参数与当前被测真空玻璃完全相同的样本真空玻璃的结构参数和热学参数/热阻值的对应关系。
随后，在图2的步骤S4中，控制部件50把测到的与被测真空玻璃相关的热阻的映射值，例如本实施例中在时间段(t2-t1)中测得的温度测量板10的温度差(T2-T1)，与调用的预存映射表中的样本真空玻璃的映射表比较，从而确定所述被测真空玻璃的热阻状态。并在步骤S5中由控制部件50把与该热阻状态相应的一个控制信号输出到流水线的前级作为反馈，以便例如在必要的时候控制前级的抽真空操作。例如，如果被确定的热阻状态是一个低热阻状态，即表示此时被测真空玻璃的真空度低而隔音隔热的效果差时，则控制部件50把一个控制信号反馈到流水线的前级来增加真空抽取的时间。
在图2的步骤S5中还同时通过显示部件40显示被测真空玻璃的热阻状态。
容易理解的是，采用本发明的方法和装置能够快速地实现真空玻璃的真空度(热阻)的在线定性测量，因为可以通过在上述的表2中设置唯一的热阻的映射值r，作为对于流水线制作真空玻璃的质量控制的门限值，当确定被测真空玻璃的热阻的映射值r测大于或小于该门限值r时，则可以判断该被测真空玻璃的热阻(真空度)是否合格。
同样可以理解，当在制备表2的过程中测量的样本真空玻璃足够多时，即表2中的n值足够大时，通过适当的程序比较就可以实现真空玻璃的真空度(热阻)的在线快速定量测量，至少是可以实现准定量测量。
控制部件50可以是一个微处理器，通过总线与样本数据模块DB、数据采集器30、显示部件40连接并实现数据共享。样本数据模块DB可以是一个硬存储设备，其中除去存储上述的映射表之外，同时还可以存储控制指令数据流。
此外，实际设计中的恒温板80采用金、银、铜、铁、合金等导热率高的材料制成，并且具有一定面积，例如呈20cm×20cm的平板状结构，控制部件50控制温度控制部件60，使恒温板80的温度控制在高于或者低于被测真空玻璃90的温度10℃-50℃的某一温度恒定不变。
温度测量板10采用如各种泡沫板、橡胶、尼龙等保温材料制成，表面嵌有温度传感器20，表面平整，其面积与恒温板80的面积相对应。
在进行实际测量时，将恒温板80和温度测量板10分别贴合在被测真空玻璃90的两侧，中心相对，边缘吻合。同时测量出温度测量板10在设定时间段中的温度变化量，即本发明中的热阻的映射值r，在控制部件50的控制下，实现在样本数据模块DB中的比较和判断，从而确定被测真空玻璃90的热阻和质量。并将结果向流水线的前级反馈，同时将结果显示在显示部件40上。
表3给出的是一个实际测量结果的详细情况，是通过流水线的测量而获得的一个样本真空玻璃的质量与热阻的映射值r的映射表。
表3：真空玻璃的质量与热阻的映射值r的映射表实测值
通过测量100片真空玻璃产品获得此表3。在采用表3作为热阻的映射值表进行在线测量时，一次测量时间仅3分钟左右。
本发明通过设计测量***的物理环境和利用测量的样本真空玻璃的历史数据与在线生产/被测同型号真空玻璃的对应数据的唯一对应关系，使得在测量时，在一定面积范围内保持真空玻璃一侧的温度高于或低于玻璃温度并维持恒定，另一侧在相同面积范围内采用具有一定厚度的轻质保温材料覆盖在玻璃表面上，在温度差的作用下，热量从温度高的一侧流向另一侧，通过测量覆盖保温材料的一侧的温度变化速度来导出真空玻璃热阻。本发明的装置适用于真空玻璃生产线的在线检测，具有装置结构简单、测量时间短、能够满足真空玻璃热阻定性测量的需要的优点。
Claims (10)
1.一种在线测量真空玻璃热阻的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
获得被测真空玻璃的结构参数；
获得被测真空玻璃的热学参数；
调用与所获得的结构参数相对应的预存映射表，所述预存映射表映射了其结构参数与所述被测真空玻璃相同的样本真空玻璃的结构参数和热学参数/热阻值的对应关系；以及
比较所述被测真空玻璃和所述样本真空玻璃的热学参数而确定所述被测真空玻璃的热阻状态，并显示所述被测真空玻璃的热阻状态以及输出相应的信号。
2.根据权利要求1的方法，其中所述获得被测真空玻璃的结构参数的步骤包括：通过流水线操作板面输入或通过流水线自动地确定所述被测真空玻璃的上、下玻璃板的厚度、表面辐射率以及支撑物的大小、材料、结构。
3.根据权利要求1的方法，其中所述获得被测真空玻璃的热学参数的步骤包括：获得与所述被测真空玻璃的热导值、传热系数、热阻值中的至少之一相关的参数。
4.根据权利要求1的方法，其中在确定所述被测真空玻璃的热阻状态的步骤中，可以定性或定量地确定所述被测真空玻璃的热阻，并且将相应的信号输出到流水线的前级来调节真空抽取过程。
5.一种在线测量真空玻璃热阻的装置，其特征在于，所述装置包括：
测量***，用于测量被测真空玻璃的结构参数以及被测真空玻璃的热学参数；
样本数据模块(DB)，用于预存至少一个映射表，所述映射表的每一个都映射了一种样本真空玻璃的结构参数和热学参数/热阻值的对应关系；
控制部件(50)，用于从所述样本数据模块中调用与所测得的结构参数相对应的一个预存映射表，和用于比较所述被测真空玻璃和所述样本真空玻璃的热学参数而确定所述被测真空玻璃的热阻状态，并输出相应的信号；以及
显示部件(40)，用于显示所述被测真空玻璃的热阻状态。
6.根据权利要求5的装置，其中所述测量***包括：
与所述被测真空玻璃的一侧平面接触的温度测量板(10)、与所述被测真空玻璃的一侧接触并由所述温度测量板(10)覆盖的温度传感器(20)、与所述温度传感器(20)连接的数据采集器(30)；以及
与所述被测真空玻璃的另一侧平面接触并且其中包含有温度控制部件(60)的恒温板(80)、置于所述恒温板(80)之内并且与所述控制部件(50)连接的测温传感器(70)。
7.根据权利要求5的装置，其中所述被测真空玻璃的结构参数包括通过流水线操作板面输入或通过流水线自动地确定的所述被测真空玻璃的上、下玻璃板的厚度、表面辐射率以及支撑物的大小、材料、结构。
8.根据权利要求5的装置，其中所述被测真空玻璃的热学参数包括与所述被测真空玻璃的热导值、传热系数、热阻值中的至少之一相关的参数。
9.根据权利要求5的装置，其中确定所述被测真空玻璃的热阻状态是确定所述被测真空玻璃的热阻的定性或定量值。
10.根据权利要求5的装置，其中所述控制部件(50)将与所述被测真空玻璃的热阻的定性或定量值相应的信号输出到流水线的前级，用于调节真空抽取过程。
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