[发明专利]一种基于虚拟热源原理测量有限厚度材料异质含量的方法

摘要

本发明提供了一种基于虚拟热源原理测量有限厚度材料异质含量的方法，属于材料检测分析技术领域。本发明的特征在于，使用虚拟热源原理改进传统热脉冲方法测量异质含量；通过建立无限多个两种不同强度的虚拟热源，补偿有限厚度(薄板形状)被测材料两侧散热外边界的散热效应，同时基于四参数匹配优化求解，得到被测材料的体积热容及其异质含量。本方法由于其使用的传热模型同时考虑了传热介质两侧散热外边界的散热效应，对于被测材料外形尺寸要求仅为有限厚度平板形状材料，对于材料厚度方向的长度尺寸不作要求；本方法亦无需对被测材料两个散热边界的散热情况作出限制。因此本方法的提出解决了厚度不充分的板型被测材料异质含量准确测量的难题。

主权项

1.一种基于虚拟热源原理测量有限厚度材料异质含量的方法，其特征在于，步骤如下：(1)将板型被测材料置于遮阳环境中，并避免外界环境与被测材料表面存在其它强烈热辐射传热；在被测材料内部布置长条形细发热体，发热体沿长度方向与被测材料外表面平行；在被测材料内部距发热体不同已知距离的两个或两个以上位置布置温度传感器；(2)发热体发热前，被测材料初始温度均匀分布且稳定，记为初始温度；发热体按照已知的发热强度和发热规律发热后，温度传感器采集温度数据，发热体发热后的温度数据与初始温度的差值为传感器温升数据；(3)根据虚拟热源原理，建立无限多个虚拟热源，得到被测材料内部温升近似解；被测材料存在两个平行边界，采用公开号为CN107356627A的中国发明专利申请中公开的方法，在实际发热体qreal相对于边界A和边界B的对称映像处分别建立虚拟热源q1和q2，此时每个边界两侧热源数不相等，进一步建立q2相对于边界A对称映像处的虚拟热源q2'以及q1相对于边界B对称映像处的虚拟热源q1'；纠正补偿即对称映像过程被无限反复进行，建立无限多个虚拟热源；被测材料内部温度场由实际发热体与无限多个虚拟发热体同时作用在无限大传热空间引起的温度场叠加得到；其中，实际发热体发热强度为qreal，已知且在测量过程中进行控制；无限多个虚拟发热体被分为两类，按照以上命名方式，下角标为1的虚拟发热体发热强度相等，发热强度均为n1·qreal，下角标为2的虚拟发热体发热强度亦相同，发热强度均为n2·qreal，n1与n2为任意有理数，均在‑1到1之间取值；n1或n2等于‑1或1时分别能准确描述外边界A或外边界B为恒壁温或绝热时的温度场；在实际测量过程中，大部分情况下边界A与边界B散热情形在恒壁温与绝热边界条件之间，故n1与n2取在‑1到1之间的数值能够等价描述实际边界散热强度；由于边界A与边界B散热情况未知，故与边界A和边界B散热强度相关的参数n1与n2亦未知；(4)对比步骤(2)中传感器温升数据与步骤(3)中得到的对应位置温升近似解，利用误差估计方法得到两者间的逐时温升差异值DEV，获取以下四个参数的数值或数值范围：被测材料的导热系数k、体积热容ρc、代表边界A散热强度的参数n1和代表边界B散热强度的参数n2，使DEV最小或在设定的数值之内；(5)通过被测材料的体积热容ρc与被测材料异质含量的一一对应关系，计算被测材料异质含量或含量范围。