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热物性瞬态测量方法及装置制造方法及图纸

技术编号:6692145 阅读:315 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开一种热物性瞬态测量方法及装置,用于自动测量材料的热导率、热扩散系数、定压比热和密度,分析室温附近材料热物性随温度变化的规律。该方法基于在均匀、无限大介质中,放置一根圆柱状热针,用恒定热流通过热针向介质持续加热,形成沿径向方向的一维圆柱面传热模型;该测量装置包括直流稳流电源、热针、温度信号采集模块、信号处理器、存储器、显示器,所述热针的柱体用碳纤维制成,由芯柱和套管组合构成,所述电加热元件用双头锰铜漆包线绕在芯柱上,该双头锰铜漆包线是用一根锰铜漆包线沿中点对折绕制而成;所述温差电偶用温差电偶级的铜线和康铜线各一根焊接而成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测量
,具体涉及一种热物性瞬态测量方法及装置,用于自动测量材料的热导率、热扩散系数、定压比热和密度;分析室温附近材料热物性随温度变化的规律。
技术介绍
材料的热物性,指材料的热导率、热扩散系数、定压比热和密度。所谓瞬态自动测量,是在加热升温的过程中,快速完成自动测量、记录、处理数据等工作。在国内、外,上世纪七、八十年代,关于热物性瞬态测量技术的研究,曾一度出现过一个高潮。国内、外众多知名学者作了大量工作,取得了很大成绩。当时,研究了脉冲法、 恒流法、热线法等测量方法。其中,脉冲法和恒流法这两种瞬态测量方法,由于受到当时技术水平的限止,以及诸多条件的影响,国内、外学者都未能如愿做出实际可以应用的测量仪器。因而,曾经颁布的相应部颁标准,目前也已经弃置。较长时间内,这个问题实际上没有得到解决。直到本世纪初,基于一维半无限大传热模型的脉冲法、恒流法的瞬态测量仪器才获得成功,被定名为SHT-20热物性瞬态自动测量仪。相比之下,热线法虽有国家标准和仪器供应市场。但热线法仍未能突破稳态测量的范畴,它还不是真正意义上的瞬态测量方法, 需要改进和提高。
技术实现思路
本专利技术的目的,是提供一种全新的热物性瞬态自动测量方法及装置(针式热物性瞬态测量方法及装置),快速测量材料的热导率、热扩散系数、定压比热和密度;分析室温附近材料热物性随温度变化的规律。本专利技术的技术方案是一种热物性瞬态测量方法,基于在均勻、无限大介质中,放置一根圆柱状热针,用恒定热流通过热针向介质持续加热,形成沿径向方向的一维圆柱面传热模型,该传热模型由下式表征权利要求1. 一种热物性瞬态测量方法基于在均勻、无限大介质中,放置一根圆柱状热针,用恒定热流通过热针向介质持续加热,形成沿径向方向的一维圆柱面传热模型,该传热模型由下式表征2.基于权利要求1所述方法的装置,其特征在于包括直流稳流电源、热针、温度信号采集模块、信号处理器、存储器、显示器,所述热针为圆柱状,用绝缘材料制成,柱内含有温差电偶和电加热元件;所述存储器预存有热物性参数的计算模型,所述直流稳流电源向温度采集模块供电;温差电偶输出温度信号,温度信号采集模块将该温度信号转换成数字信号,送入信号处理器,信号处理器按照热物性参数的计算模型进行处理,处理结果由显示器显不。3.根据权利要求2所述的装置,其特征在于所述热针的柱体用碳纤维制成,由芯柱和套管组合构成,所述电加热元件用双头锰铜漆包线绕在芯柱上,该双头锰铜漆包线是用一根锰铜漆包线沿中点对折绕制而成;所述温差电偶用温差电偶级的铜线和康铜线各一根焊接而成。4.根据权利要求2所述的装置,其特征在于所述直流稳流电源输出直流电流在 0.01-1. OOOA之间精密可调;在热测量的时间内,加热电流的波动幅度ΔΙ≤±0. OOlA。5.根据权利要求2所述的装置,其特征在于所述温度采集模块的温度分辩率: ΔΤ ≤ 0. Ik ;采样频率0. 5-lHz之间连续可调。全文摘要本专利技术公开一种热物性瞬态测量方法及装置,用于自动测量材料的热导率、热扩散系数、定压比热和密度,分析室温附近材料热物性随温度变化的规律。该方法基于在均匀、无限大介质中,放置一根圆柱状热针,用恒定热流通过热针向介质持续加热,形成沿径向方向的一维圆柱面传热模型;该测量装置包括直流稳流电源、热针、温度信号采集模块、信号处理器、存储器、显示器,所述热针的柱体用碳纤维制成,由芯柱和套管组合构成,所述电加热元件用双头锰铜漆包线绕在芯柱上,该双头锰铜漆包线是用一根锰铜漆包线沿中点对折绕制而成;所述温差电偶用温差电偶级的铜线和康铜线各一根焊接而成。文档编号G01N9/02GK102183544SQ20101059058公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日专利技术者陈昭栋 申请人:陈昭栋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热物性瞬态测量方法基于在均匀、无限大介质中,放置一根圆柱状热针,用恒定热流通过热针向介质持续加热,形成沿径向方向的一维圆柱面传热模型,该传热模型由下式表征:(1)式中:表示待测材料中,距热针中轴线的距离为r处,τ=t-t0时间内的温度变化;t0(s)为加热测量的起始时刻;T(r,t)(℃)为介质中距热针中轴线为r远处,t时刻的温度;T(r,t0)(℃)为介质中距热针中轴线为r远处,加热测量起始时刻的温度;为待测材料的热扩散系数;为待测材料的密度;m(kg)表示一定待测材料的质量;V(m3)表示该一定待测材料的体积;cp J/(kg·k)表示待测材料的定压比热;λW/(m·k)表示待测材料的热导率;表示热针单位长度发出的热功率,或称发热强度;l(m)表示热针的有效加热长度;w=I2R(W)表示热针的加热功率;I(A)通过热针的加热电流的电流强度;R(Ω)热针发热体的电阻;上述定解问题的脉冲解为当用恒定热流持续加热,即从τ=0到τ的时间内,试件内r处,τ时间内的温升,可用上述脉冲解的一次积分得到;这个积分,可以近似地表达为一直线方程式中:斜率截距这里,C*=1.78115,为积分常数;计算材料的热导率和热扩散系数:用测量加热时间内,获得的温度-时间对数数列T(r0,t)~lnt,用最小二法则作线性拟合,计算出第1个样本的k,D,则有热导率热扩散系数和相应的平均温度从i=1开始,选取相继的j个样本;重复上述计算,构建数据库[λj,aj,Tj];然后,用最小二法则做二次曲线拟合,得出计算热导率和热扩散系数的经验公式λ(T)=η0+η1T+η2T2    [T1,T2]               (8)a(T)=ζ0+ζ1T+ζ2T2     [T1,T2]               (9)计算拟合中值温度对应的热导率和热扩散系数λ,a;计算密度和定压比热密度定压比热...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:陈昭栋
申请(专利权)人:陈昭栋
类型:发明
国别省市:51

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