平板导热仪温差检测与控制的方法研究(2)
时间:2017-04-14 17:18 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
1.1 导热系数及其测定方法 导热系数是表征材料导热能力的物理量，直接衡量材料的绝热性能的好坏,导热系数越小, 材料的保温、绝热性能就越好。对于不同的材料，导热系数是不同的；对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。 材料热物性的各种测试方法一般可分为两大类:稳态法和非稳态法[2]。稳态法:试样内的温度分布是不随时间而变化的稳态温度场，当试样达到热平衡后，借助测量试样每单位面积的热流速率和温度梯度，就可以直接测定试样的导热系数。非稳态法:试样内的温度分布是随着时间而变化的非稳态温度场，借助测量试样的温度变化速率，测定试样的热扩散系数a。 1.2 国内外导热仪的现状 .3 平板导热仪存在的缺陷与不足 用平板导热仪测定物体的导热系数是国际标准所认可的方法之一，它的精度和可靠性得到国际上的公认。平板导热仪要想建立准确的、稳定的单向导热，则必须保证在测试过程中始终保持主、副加热器温度平衡，否则将产生径向导热，造成实验样品漏热，影响实验精度。[3]但由于该方法内部系统热稳定状态不易确定, 目前我们使用的平板导热仪，多是用调压器或电阻器调节平板导热仪的辅加热器加热电流，跟踪主加热器温度来控制主、副加热器温度平衡，以一个固定较长的时间来衡量系统的稳定状态,系统稳定后再计算导热系数。[4]因此, 这种方法必然存在以下问题: a) 测量时间长,实验测试者测试一点实验数据需要长时间的紧张劳动; b) 在测试过程中主加热器温度不断变化，辅助加热器温度控制就很难保持准确，主、辅加热器相互漏热现象就不可避免,在测试中将形成一个很大的误差源; c) 对于稳定时间长的试件可能会出现错误的测量结果。 1.4 本设计主要研究内容 本设计以目前国内大多数现有平板导热系数仪为研究对象，针对用平板导热仪测量导热系数时，所遇到的测量误差大，测量耗时长、调节难度大等问题，利用PC机、VB编程、数据采集模块等设计了一套新的导热系数测定仪方案。论文详细介绍了它的测量原理、仪器结构、硬件设计、程序设计等，主要工作是从仪器的多路信号采集和智能控制方面进行了改善，具体包括以下几个方面： a) 通过对一文平板稳态导热理论的分析，推导出材料导热系数的计算公式，并分析了影响导热系数的几个因素。在此基础上分析了导热系数测定仪的机械结构，为后期的实验奠定了硬件基础。 b) 利用平板导热仪工作原理及计算机接口、数据采集模块应用、串口通讯设计等方面技术，设计并调试了导热系数测定仪的温度测量电路、热板和护板加热的控制电路，为整机实验提供了技术基础。 c) 介绍了PID控制算法在本仪器中的应用，利用热工自动控制与检测、VB编程设计等方面的知识，编写了仪器的软件程序，实现装置中多路温度信号采集，实现以二文曲线的形式显示测量过程中的主加热板和防护板的温度，实现利用PID算法进行恒温监控。 2 双平板保护法导热系数测定仪的测量原理 热量从温度较高的物体传到与之接触的温度较低的物体，或者从一个物体中温度较高的部分传到温度较低的部分叫做导热[5]。温度梯度、导热介质的性质和传热量这三者之间的关系式是傅立叶建立起来的，他于 1822 年首先提出了通常所说的傅立叶导热定律[6]。 2.1 傅立叶导热定律 (责任编辑：qin) |