[发明专利]上下恒温参数辨识法测导热系数的方法

说明书

技术领域

本发明属于测定导热系数领域，具体涉及一种测定导热系数的方法，特别是涉及一种上下恒温参数辨识法测导热系数的方法。

背景技术

导热系数的测定大致可分为稳态法和非稳态法。所谓稳态法，就是对待测物质一个恒定的温度差，然后再测量在给定温差下形成的热流，通过傅里叶导热定律即可求得物质的导热系数；所谓非稳态法，一般采用一个瞬态的热源进行加热，然后测量待定物质的动态温度响应，通过分析温度变化速率与导热系数之间的关系从而求得该物质的导热系数。通常所用到的热线法和一维热传导反问题参数辨识法属于非稳态法，水平平板法和长杆法属于稳态法。

对于固态物质的非稳态测定方法，热线法一般用于对液态物质导热系数的测定，一维热传导反问题参数辨识法通常只能在非常简单的边界条件下才能获得解析解，所以通常需采用离散化的数值方法求解，而对于一维温度差的测量，需要保证对温度的测量准确度和响应时间以及材料的物性等参数的测量要求较高，难以保证对物质的导热系数测量准确度。通常稳态法测定导热系数为了形成一个恒定可测量的温度差，需要加热较长的时间，且不能较高精度地的测量，对于这一问题稳态法和非稳态法都没有很好的解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种上下恒温参数辨识法测导热系数的方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种上下恒温参数辨识法测导热系数的方法，包括以下具体步骤：

第一步，测试设备的准备和测试试样测试点的选取：

加工出试样，将试样竖直安装在两个上下对称设置的制冷加热套之间，所述的试样上设置有温度传感器，温度传感器与数据采集系统连接，用于测试试样的轴向温度；

试样上测试点之间的位置满足如下关系：以试样纵向长度方向上的中心截面位置为对称面，每个试样上从下端到上端面之间设置n个测试点，相邻两个测试点之间的轴向距离相等，相邻测试点之间的距离为dx；

第二步，采集测试点温度：

对试样的其中的一端加热，另一端冷却，试样温度达到稳定后开始采集测试温度；所述的测试温度包括试样上n个测试点的测量温度T_i=1，······n，n为试样上测试点数目；

第三步，测试点测量温度的修正：

在做好充分的绝热条件下，对试样的两端同时设定同一个恒定温度，试样温度达到稳定后开始采集测试温度；所述的测试温度包括试样上n个测试点的测量温度n为试样上测试点数目；

对步骤二中所采集的n个测试点的温度测量范围根据精度需要进行上述的多恒定温度点重复进行试样上n个测试点的测量温度采集，并把试样上各个测试点的测量温度与所设定的恒定温度进行参数辨识分析，进行线性拟合或多元拟合成相关函数；

第四步，导热系数k的计算：

把第三步的相关函数对步骤二中采集的各个测试点的测量温度进行求解得到一修正温度n为试样上测试点数目；

进而在忽略热流损失的情况下，可计算得到试样的导热系数k。

为较高精度的计算得到热流量，也可在测试试样两端或任意一端轴向加设标准热流量计。

所述的温度传感器采用热电偶、热电阻、PT100或PT25。

同现有技术相比，本发明所述的一种上下恒温参数变数法测导热系数采用上下双向热流的对称测试结构进行上下恒定温度基本消除热损失和温度传感器的不一致性误差，且可在保证较高的精度前提下且能快速的测定导热系数。

为了便于深入了解本发明的结构内容以及所能达成有益效果，下面结合附图和具体实施对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明一种测定导热系数的装置的结构示意图。

图2为本发明的系统测试原理图。

图3为本发明中测试试件的主视图。

图4为采用本发明方法的上下恒定温度后的温度偏差同恒定温度的关系图。

图5为采用本发明方法的上下恒定温度后的拟合函数的相关参数。

图6为本发明上下恒温参数辨识法修正后的温度和距离的关系图。

具体实施方式

因此，为解决上述问题，本发明在美国国家标准ASTM E1225基础上提出了一种采用上下对称恒温温度修正测试导热系数的方法，采用高精度温度传感器进行上下恒定温度参数辨识消去各温度传感器的不一致性误差，结合可控温热辐射防辐射屏来及辅助措施减小横向热流损失，来达到高精度测试试件的导热系数的目的。