TPS法导热系数测定仪的若干模块开发与评价

发布时间：2020-11-21 06:34

　　 导热系数是表征材料导热和绝热性能的关键热物性参数,其准确测量在食品加工、建筑节能、电子工业以及航空航天等领域具有重要指导意义。瞬态平面热源法(Transient plane source method,简称TPS法)是测量材料导热系数的瞬态方法之一,具有测量时间短、导热系数测量范围广以及样品适用性强等优点。目前国外基于该方法研制的导热系数测定仪已比较成熟,广受国内外各大型企业、高等院校和科研院所的青睐,但国内还未有成熟的仪器面市。本课题组经过几年的技术研发,已经成功研制出了基于TPS法的导热系数测定仪的标准模块,也就是针对各向同性的块状样品(体样品)的导热系数测量功能,且对中、高导热系数(导热系数在0.1 W/m K以上)样品具有很好的重复性和准确度。但是,针对各向异性样品、单面样品、液体的导热系数测量的模块尚未开发,不具备这些测量功能,亟需开发相应的模块;另外,在标准模式下,针对低导热系数的保温材料(导热系数在0.1 W/m K以下)的测量仍然存在较大误差,针对这部分也需要进行误差分析,开发出针对保温材料的专用模块。基于此,本文致力于开发保温材料模块、各向异性模块、单面模块和液体模块,以完善仪器的测试性能和适用范围。本文的主要内容如下:1、介绍了导热系数的基本概念和主要测量方法,阐述了国内外TPS法的研究现状,进而提出了本课题的研究目的和主要内容。2、针对保温材料模块,分析了测量误差的主要来源,提出了相应的修正模型。详细研究了探头引线热损失对测量的影响,并分别在探头温升理想模型和修正模型下测量了四种不同保温材料的导热系数。结果表明在对误差进行修正后,保温材料导热系数的测量准确度提高了近4%。3、针对各向异性模块,介绍了TPS法测量各向异性材料导热系数的基本原理,推导了探头的理论温升模型,建立了各向异性测量模块的程序算法。然后对硅钢片叠层和三种木材的导热系数进行了测量,并对结果进行了分析和评价。4、针对单面模块,基于瞬态热带法的单面测量原理,建立了TPS单面法探头的温升模型。然后对其程序算法进行了设计,最后通过与标准模块的对比实验对该模块的测试性能进行了评价。5、针对液体模块,设计了适用于测量液体导热系数的探头和样品支架,标定了新设计探头的电阻温度系数。通过对不同液体导热系数的大量的测试实验,评价了液体测量装置的性能。6、对本文的主要工作进行了总结,并对存在的不足提出了改进意见。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH87
【部分图文】：

第 1 章 绪论础研制出了 Hot disk 热常数分析仪。该系数、热扩散系数以及体积比热容。目已研制出更成熟的 TPS 2500S 型的热常热系数测定仪了，因而也广受国内外各。2007 年加拿大 C-therm 公司基于“改技术研制出了 TCi 导热系数仪[29]，该 M器，可以通过一次测量获得材料的导热司生产的导热系数测定仪的性能指标加sk 公司 TPS 2500S 型的热常数分析仪，

图 1-5 TCi 导热系数测定仪术参数如下：准：符合 ASTM D7984；数：0-500 W/(m·K) ；间：0.8 - 3 s ；：优于 1%；度：优于 3%；围：-50o- 200oC；品尺寸：0.5mm×17mm 直径；型：固体、液体、粉末和胶体等。的技术参数可以看出，国外研制的瞬态平面热源。仪器的共同特征是测量时间短，一般只需几秒的测量，所用时间远小于稳态测量法。此外还具复性高等优点，但国外的测试仪器价格普遍比较

图 2-2 TPS 探头简化结构一点 P（x, y, z）在 t 时数为常数时，由傅里叶2 2 22 2 2T T T 1Tx y z c 热扩散系数； c为样品材料中开始加以热源 Q，2 2 22 2 2Q T T T c x y z
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本文编号：2892682