[发明专利]一种双段铂丝法流体热导率测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种双段铂丝法流体热导率测量装置及方法，属于材料热物理性质测量技术领域，包括电路部分；电路部分包括锁相放大器、电阻箱、运算放大器、减法器以及两段铂丝，锁相放大器、电阻箱和两段铂丝形成闭合回路，两段铂丝均通过运算放大器与减法器相连，减法器与锁相放大器相连，电阻箱通过运算放大器与锁相放大器相连。本发明消除了铂丝轴向导热的影响，提高了3ω法测量流体热导率的测量精度。

技术领域

本发明属于材料热物理性质测量领域领域，更具体的说是涉及一种双段铂丝法流体热导率测量装置及方法。

背景技术

热导率是描述物质热传导能力的物理参数，测量方法的深入研究对于热导率的精确测量有着重要的现实意义。

热导率的测量方法主要分两类：瞬态法和稳态法。对于流体而言，由于其具有流动性，实验过程中必须考虑温差造成的流体自然对流。采用稳态法测量流体热导率时，抑制对流较为困难。瞬态法中的3ω法流体是流体通过在铂丝上施加微弱交流信号加热流体,由铂丝上产生的三次谐波得到温度波动信号，再利用温度波动信号计算得到热导率，利用交流锁相放大技术实现高精度快速信号响应。该方法测量精度高，耗时短，样品用量少，目前被广泛应用于测量流体热导率。为了满足3ω法工作方程中铂丝无轴向导热的假设，现有技术中均采用大长径比(大于1500)，这种方法不但会极大地增加铂丝长度而导致流体测量本体尺寸过大，而且会增加自然对流的影响。

因此，如何提供一种提高3ω法流体导热系数的测量精度的双段铂丝法流体热导率测量装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种双段铂丝法流体热导率测量装置及方法，消除了铂丝轴向导热的影响，提高了3ω法测量流体热导率的测量精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双段铂丝法流体热导率测量装置，包括：电路部分；所述电路部分包括锁相放大器、电阻箱、运算放大器、减法器以及两段铂丝，其中，所述锁相放大器、所述电阻箱和两段所述铂丝形成闭合回路，两段所述铂丝均通过所述运算放大器与所述减法器相连，所述减法器与所述锁相放大器相连，所述电阻箱通过所述运算放大器与所述锁相放大器相连。

优选的，还包括本体部分，所述本体部分包括聚氟乙烯特制夹具和三根铂杆，三根铂杆的一端均穿插在所述聚氟乙烯特制夹具上，另一端均与所述铂丝接触。

优选的，三根所述铂杆将所述铂丝分为两段，其中一段长度为另一段长度的三分之一。

优选的，通过所述锁相放大器读取两段铂丝的电压信号，经过运算放大器将两个电压信号的差值放大后，再经过减法器进行处理，并用于热导率计算。

一种双段铂丝法流体热导率测量方法，包括如下步骤：

S1，通过锁相放大器、铂丝、电阻箱搭建电桥电路；通过锁相放大器向电路施加毫伏级的电压，调节电阻箱电阻，使电阻箱电阻大小等于两端铂丝电阻差值，使得电桥平衡；

S2，增大锁相放大器的输出电压，铂丝被加热，因焦耳效应产生的热量以2ω的频率对铂丝和流体加热，铂丝电阻和温度成线性关系，电阻值以2ω频率振荡，在频率为ω的交流电电流下产生了频率为3ω的电压分量；

S3，在0.5Hz～2Hz范围内，通过锁相放大器调节频率大小，得到不同频率下两段铂丝的三倍频电压差值大小，拟合得到斜率：

根据公式：

计算得到待测流体的热导率λ大小；