基于修正模型的瞬态平面热源法导热系数测定仪的研制

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1、基于修正模型的瞬态平面热源法导热系数测定仪的研制DevelopmentofaThermalConductivityMeasurementInstrumentBasedonaModifiedModelofTransientPlaneSourceMethod学科专业：仪器科学与技术研究生：刘健指导教师：李艳宁教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一二年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同

2、工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要当前，节能环保在建筑、石油、化工、生活等各领域中受到了广泛的关注，其重要的实现途径之一是使用绝热材料。绝热材料被视为继煤炭、

3、石油、天然气和核能之后的“第五大能源”，而评估绝热材料导热性能的重要热物理参数之一是导热系数。材料导热系数越小，其绝热性能就越好。导热系数的测量方法有稳态法和瞬态法两种。稳态法包括防护热板法、热流法等，虽测量准确度较高，但因其测试时间长、测量范围小、测试样品要求苛刻等缺点在诸多应用场合受到了限制。瞬态法中的瞬态平面热源法，具有测试时间短、测量范围大、样品制备简单等优点，受到了广泛的关注。目前，基于瞬态平面热源法的导热系数测定仪在国外已有成熟产品，而国内尚无同类产品。因此，研制基于瞬态平面热源法的导热系数测定仪，不仅可以填补国内空白，也可以促进我国的技术进步和节能减排事业的发展。本课题旨在

4、瞬态平面热源法理论基础上，分析和补偿影响导热系数测量准确度的因素，进而提出一个新的修正测量模型，并在此基础上研制一台瞬态平面热源法导热系数测定仪。本论文完成的主要内容有：1、介绍了导热系数的概念并对国内外常见导热系数测量方法进行了总结和比较，阐述了国内外瞬态平面热源法导热系数测定仪的发展现状和瞬态平面热源法存在的问题。2、详细介绍了瞬态平面热源法的测量原理，在此基础上分析和补偿了影响导热系数测量准确度的主要因素，包括探头的热容、探头电阻变化和时间延迟等，提出一个新的修正模型，为研制更高性能的导热仪提供了理论基础；3、详细论述了瞬态平面热源法导热系数测定仪的设计方案；设计并加工了两种规格的

5、新型传感器探头；开发了程控稳压源硬件电路和数据采集系统；在PC机上编写了基于Labview8.6的测控软件，实现了参量控制、数据的采集及分析处理和导热系数的计算；最终搭建了样机。4、进行了探头标定、相关电路测试实验；对仪器进行了标定和校准实验；最后对三种材料进行了导热系数测量实验；实验结果表明，仪器重复性较好且在修正模型下对三个主要影响因素补偿后提高了准确度，并对误差来源作了分析。5、对本文完成的工作进行了总结，并指出了仍存在的问题和建议。关键词：瞬态平面热源法导热系数影响因素修正模型ABSTRACTCurrently,energysavingandenvironmentalprotec

6、tionhavebeenwidespreadconcernedinfieldsofconstruction,petroleum,chemical,life,etc.Oneofimportantimplementationwaysistouseinsulationmaterials.Insulationmaterialisregardedasthefifthlargestenergy,followingthecoal,oil,naturalgasandnuclearenergy.Coefficientofthermalconductivityisoneoftheimportanttherm

7、o-physicalparameterstoevaluatethethermalconductivityofinsulationmaterials.Thesmallercoefficientofthermalconductivityofthematerialsis,thebetteritsinsulationperformanceis.Therearetwokindsofexperimentalmeasurementmethodso