tps法热常数分析仪的开发与应用研究

《tps法热常数分析仪的开发与应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、TPS法热常数分析仪的开发与应用研究DevelopmentandResearchofThermalConstantAnalyzerBasedonTPSMethod学科专业：仪器科学与技术研究生：丰正功指导教师：李艳宁教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十二月摘要热常数是物质重要的热传递参数，物质热常数的研究不仅在学术理论上具有广泛的研究对象，而且在工业实践中也有十分重要的应用，获取准确可靠的热常数具有重要的学术价值和现实意义。物质热常数的实验测试方法主要分为瞬态法和稳态法两大类，瞬态平面热源法（Transientp

2、lanesourcemethod，简称TPS法）是一种可以同时测量物质导热系数和热扩散系数的瞬态测试方法，该方法具有测量速度快、测量精度高和测量范围宽等优点，而且对被测样品的形态无特殊要求。目前在国外已有基于TPS技术的热常数分析仪上市，但是国内还没有基于该原理的仪器。本文基于TPS方法的基本原理，从理论上分析并补偿了探头热容，功率变化和时间延迟的影响，简化探头温升模型，并对测量参数设置的合理性做出评价，在此基础上设计了一台可以同时测量固体和液体导热系数的热常数分析仪，以此来填补国内在该领域的空白。论文完成的主要内容如下：第

3、一章：介绍传热学的研究内容和热量传递的基本形式，引出课题的研究背景和研究意义，并介绍了常用物质热常数的基本概念，对比目前国内外关于热常数的研究现状，提出本课题的设计指标和主要内容。第二章：介绍了瞬态平面热源法的基本理论基础，基于热传导理论推导出探头的理论温升模型。分析了影响TPS法测量结果误差的因素并从理论模型中加以补偿。第三章：绘制TPS方法理论模型中D(τ)的函数曲线，针对TPS方法理论温升模型求解复杂的问题，修正了文献中方形探头简化模型的部分参数，使其适用于课题中所用的圆形探头，并对简化后的模型进行了误差分析。第四章：

4、描述了本课题TPS法热常数分析仪的总体设计方案，并详细介绍了设计方案中基于可调稳压器和数字电位计的稳压电源系统和基于Labview的上位机软件系统设计。第五章：对探头的热阻系数，标准电阻的阻值和加热电源的稳定性进行了标定实验，并介绍了保证测量结果准确可靠的约束条件，最后测量了几种不同材料的热常数，并分析了测量结果的误差和可能的原因。第六章：回顾和总结了整个研究课题的工作情况，指出热常数分析仪的不足和改进意见，展望下一步的改进计划。关键词：瞬态平面热源法，热常数，导热系数，数据拟合，热扩散率ABSTRACTThermalcon

5、stantisanimportantheattransferparameterofthematerial.Itsresearchnotonlyhasextensiveresearchobjectintheacademictheory,andalsohasveryimportantapplicationinindustrialpractice.Toobtainaccurateandreliablethermalconstanthasveryimportantacademicvalueandpracticalsignifican

6、ce.Themeasurementmethodofthermalconstantmainlydividedintotwocategories:thetransientandsteadystatemethod.Transientplanesourcemethodisakindoftransientmethodwhichcansimultaneouslymeasurethethermalconductivityandthermaldiffusivityofmaterial.Ithasthemanyadvantages,sucha

7、sfastmeasurement,highaccuracyandwidemeasurementrange.Ithasnospecialrequirementsfortheshapeofsamplestobetested.Atpresent,thereismatureinstrumentbasedTPSmethodaboard,whilewedon’thavesimilarinstrumentindomestic.BasedontheprincipleofTPSmethod,thispaperanalyzedandcompen

8、satedtheeffectsonthemeasurementresultsofthesensorheatcapacity,theinstabilityofheatpowerandtimedelayandsimplifiedthetheorymodelofthetemperatureris