[发明专利]一种热流率测量仪和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热流率测量仪和测量方法，尤其涉及一种散状材 料热流率测量仪和测量方法。

背景技术

热流率是表征热量传递转移的强度物理量，相应的量化检测仪器 是热流计。目前，使用最广泛的热阻式表面热流计采用的是热电堆原 理，在被测表面附加一层已知热导率的附加壁，测量附加壁面内外热 电堆温差，由热流密度方程推算得出通过附加壁的热流，这种方法容 易对被测表面实际状况造成干扰，从而导致测量的较大误差。

无干扰测量表面热流分布的热流计，包括纯辐射式热流计、全热 流计、流体(热水)热流计和辐射热流计。纯辐射式热流计要消除对 流和其他影响，得到纯辐射热流，适合高温辐射表面测试，如工业炉 膛表面，但在常温条件下测试结果有较大误差；全热流计测量对流与 辐射之和，高温测试较准确，在常温条件下测量结果有较大误差；流 体(热水)热流计则测量流体的流量和焓值的乘积，常用于管路流动 流体热量计量，不能用于地表面热流率测量；辐射热流计采用已知吸 收率的测头铜片来测量辐射热流，主要为空间研究服务，也可用于地 面环境辐射测量，但其仅适用于测量辐照热流，但不能测得包括对流 辐射的综合热流率。

国际上报道的稳态热流计要求有特定测试板且精度较低；激光法 及瞬态热带法测量热流率的处理过程复杂，并且要求额外对密度及热 容进行测试；地表太阳能及热传递规律的研究者通常采用粗糙的经验 值估算。

发明内容

本发明提供了一种热流率测量仪和测量方法，可解决现有技术中 热流率测量精度较差的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种热流率测量仪，包括：热源、地表温度传感器5、大气温度传 感器6、第一温度传感器7、第二温度传感器8、加热套管表面温度传 感器9、加热套管内壁温度传感器10、信号处理器11和温度控制器12， 其中，

所述热源包括：加热棒1、加热套管2、增强填充剂3和锥形钻头 4，其中，加热棒1位于加热套管2的内部，增强填充剂3位于加热套 管2内部除加热棒1以外的空间中，锥形钻头4设置在加热套管2的 下端；

所述温度控制器12，与热源的加热棒1相连；

地表温度传感器5的温度感应探头位于地表；大气温度传感器6 的温度感应探头位于空气中；第一温度传感器7和第二温度传感器8 的温度感应探头位于被测材料中；加热套管表面温度传感器9的温度 感应探头紧贴于加热套管2的外壁；加热套管内壁温度传感器10与温 度控制器12连接，其温度感应探头固定于加热套管2的内壁；

所述信号处理器11与地表温度传感器5、大气温度传感器6、第 一温度传感器7、第二温度传感器8、加热套管表面温度传感器9和加 热套管内壁温度传感器10相连，所述信号处理器11包括数据采集模 块14、数据存储与处理模块15、人机交互模块16、电源模块17以及 辅助装置18，数据采集模块14、人机交互模块16、电源模块17以及 辅助装置18通过数据存储与处理模块15彼此互相连接。

所述加热套管2外径D与加热套管2的长度H之比小于0.1。

所述增强填充剂3为导热树脂。

所述加热棒1的温度高于环境温度20℃-30℃。

所述信号处理器11还具有外部通信接口，与上位机13连接。

所述数据采集模块14包括抗混叠滤波模块19、多路切换开关20、 A/D转换模块21和电压采集模块22，其中，抗混叠滤波模块19依次 连接多路切换开关20和A/D转换模块21，电压采集模块22连接A/D 转换模块21；

所述数据存储与处理模块15包括MCU核心控制器23、FLASH 存储模块24和晶振及复位电路25，MCU核心控制器23分别与FLASH 存储模块24和晶振及复位电路25连接；

人机交互模块16包括液晶显示模块26和键盘接口模块27，两者 分别与数据存储与处理模块15的MCU核心控制器23连接；

电源模块17包括5V电源转换模块28；

辅助装置18包括内部温度传感器29、时钟模块30和串口通信模 块31，三者分别与数据存储与处理模块15的MCU核心控制器23。

一种测量热流率的测量方法，包括如下步骤：