2001一种新型导热系数测定仪设计和实现

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1、2001一种新型导热系数测定仪设计和实现　　【摘要】新型导热系数测定仪增设了环境温度控制箱和4个测厚的位移变送器，解决了现有产品在检测过程中，由于受环境温度及测量试件的厚度不准确等因素的影响，而导致检测结果不准确；其控制系统采用嵌入式计算机+可变程序控制器控制，智能控制检测的全过程，测量快速、准确、性能稳定、自动计算检测结果、输出报表、记录历史检测数据。【关键词】双试件测定装置；加热单元；冷却单元；试件厚度；环境温度0前言近几年来，随着建筑节能法规的出台，我国对建筑节能越来越重视。为了节约能源，很多工业领域、建筑领域都在研究、生产耐热保温材料。导热系数是用来衡量耐热材料

2、的导热特性和保温性能的重要参数，耐热保温材料的性能由材料的导热系数决定。物质的导热系数取决于材料的成分、空隙度、吸水性、含水量、内部结构和热传导时的环境与温度试件厚度等诸多因素。因此，导热性能的精确测定对于环境工程、建筑工程、工业工程、科研、节能等都有重要意义。因此，准确测定该参数是十分必要的。5本文着重介绍了该检测设备的设计方案、系统综述、控制系统的组成及工作原理、主要控制参数的设计、检测系统软件设计及流程。1系统综述新型导热系数测定仪，采用双试件测定装置，防护热板组：包括加热单元、冷却单元。加热单元应分为在中心的计量单元和由隔缝分开的环绕计量单元的防护单元，并装有绝

3、热装置。热单元采用双热面加热器，冷板与双热面对称布置，根椐试件的厚度设定移动冷板的空间，将被测试件垂直放置在两个相互平行具有恒定温度的平板中，在稳定状态下，试件中心测量部分具恒定热流，通过测定稳定状态下流过计量单元的一维恒定热流量Q、计量单元的面积A、试件冷、热表面的温度差△T，可计算出试件的热阻R，根据试件的厚度，就可以准确算出试件的导热系数值。2控制系统的组成及工作原理新型导热系数测定仪的控制系统由嵌入式计算机、可编程序控制器、COM4、D/A控制模块、LTM-8662数字采集模块、打印机等构成。嵌入计算机功能：设定检测系统所需测定参数、采集位移变送器测试试件的厚度

4、、与可编程序控制器交换检测参数、控制状态完成界面显示、数据处理和输出检测报告。5可编程序控制器功能：通过COM4采集各部位温度值、AD2采集热流量Q、D/A控制各调压模块、I/O控制各执行机构。2.1热板加热部分设计（计量部分、防护部分）2.1.1计量部分热板计量部分采用电阻丝盘绕而成。在电源电路设计上，采用直流电源供电，并通过智能调压模块输出0-220V/DC电压对电阻丝功率进行调节；测控电路板接收来自18B20的信号，监测热板计量部分的温度，并由此控制其D/A的输出信号，从而对智能调压模块的输出功率进行调节，完成PID闭环控制。能尽快使温度达到稳定状态，提高测试准确

5、性。2.1.2防护部分防护部分设计同计量部分。2.2冷板加热部分设计2.2.1冷板加热部分也是采用电阻丝盘绕而成。同样采用直流电源供电；也是由测控电路板接收来自18B20的信号，监测冷板的温度，并由此控制其D/A的输出信号，从而对电源模块的输出功率进行调节，完成PID闭环控制。2.2.2冷板制冷部分由压缩机实现。由测控电路板接收来自18B20的信号，监测冷板的温度，并由此控制其I/O口的输出来决定打开还是关闭压缩机。2.3试件厚度测定的设计本设计用外购的4个位移传感器对冷、热板四角的距离进行测量，在5位移传感器的选择上，同样选用RS485接口的位移传感器，使其通过五合一

6、集线器与嵌入式计算机直接进行连接；4个测厚位移变送器的采用，时时测量试件厚度的变化，计算平均测试厚度，避免了试件尤其可压缩试件测定状态的厚度不同，给试验结果带来误差。2.4环境温度的控制封闭型使用环境，单独由一套制冷控制系统来控制工作箱内的环境温度（保护层板温度），保护层板温度可跟据检测试件的要求设定，由于工作箱内环境温度可以控制，从而提高了检测精度，如果冷板设定温度与环境温度（保护层板设定温度）温差不大，可避免冷板顶部出现结露现象。3主要控制参数的设计3.1计量板功率：0～30W计算：Imax=30/220≈0.136（A）R=2202/30≈1613Ω选>1A触发模

7、块MJYD-JL-20散热片DXC-721（R=62Ω/5W、C=0.22μF/630V）功率传感器：CE-PJ03-30BS1-0.2/0-220V0-0.5A误差5A触发模块MJYD-JL-20散热片DXC-721（R=62Ω/5W、C=0.22μF/630V）3.3冷板功率：0～120W（2块冷板）计算：Imax=120/220≈0.6A）R=2202/120≈410Ω选>5A触发模块MJYD-JL-20散热片DXC-721（R=62Ω/5W、C=0.22μF/630V）53.4所需的计算：T2-T1=△T；Q=IxU；R=（Ax△