[发明专利]导热系数测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及热物性测量技术领域，特别是涉及一种导热系数测量装置 及方法。

背景技术

导热系数表征了材料的导热性能，是物体的重要物性参数，关系到材 料在各个领域的应用，如制冷剂的导热系数是制冷系统设计必不可少的参 数依据，岩土材料导热系数的试验和理论研究是地源热泵技术、地下电缆 散热、埋地热油管路温度场等研究的一个重要方面。

测量导热系数的方法很多，目前热探针法在导热系数测量方面具有广 泛的应用，采用热探针法测量导热系数所使用的装置可参加2008年12月 10日公告的中国专利第10040253.6。传统的热探针方法是对热探针的微分 方程进行简化，得到比较简单的导热系数公式，同时为了避免热容和对流 的影响，弃去实验初始时间和末尾时间的测量点，但是由于没有考虑热探 针热容的影响，并且数据的取舍受测量者主观因素的制约，所以测量的精 度不够高。

为了提高测量精度，徐强等在《应用能源技术》2006年04期(液体 导热系数的瞬态双热线测量，2006，100(4)：1-4)中提出瞬态双热丝法 测量介质的导热系数；谢华清等在《应用科学学报》2002年01期(热针 法测量材料导热系数研究，2002，20(1)：6-9)中为了克服热丝温度不 均匀引起的误差，提出了利用封装在针套内的铜丝同时作为加热和测温元 件的做法，从而得到热针整体的平均温度。

尽管很多研究者都对热探针法测量导热系数进行了深入研究，但是这 些研究都是建立在忽略探针自身热容和直径的基础上的，同时在测量导热 系数时往往忽略了接触热阻的影响，因此并没有从根本上消除测量的系统 误差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中的上述技术问题之一，提供一种导热 系数测量装置及方法，以结合探针自身热容以及探针与待测样品之间接触 热阻等参数而提高测量的精度。

为此，根据本发明的一个方面，提供一种导热系数测量装置包括：热 探针，插入到用于导热系数测量的待测样品中；热电偶，所述热电偶用于 测定所述热探针的壁面温度；采集器，所述采集器用于采集所述热电偶测 定的所述壁面温度及对应的测定时间；以及数据处理器，用于结合表示所 述壁面温升的导热微分方程与所述壁面温度及对应的测定时间反演处理得 到待测样品的导热系数。

根据本发明进一步的实施例，所述数据处理器包括：随机数据产生模 块，所述随机数据产生模块用于产生预定数量随机数值的导热系数/导热系 数及比热容/导热系数、比热容及待测样品与所述热探针之间的接触热阻； 计算模块，所述计算模块将包括所述预定数量随机数值的输入依次代入所 述导热微分方程中，以计算出各个测定时间点对应的壁面温升模拟曲线； 曲线重合模块，所述曲线重合模块根据所述壁面温升模拟曲线与实验曲线 的重合程度，确定待测样品的导热系数/导热系数及比热容/导热系数、比热 容及接触热阻。

根据本发明再一步的实施例，所述数据处理器还包括：修正模块，所 述修正模块根据确定的所述导热系数和接触热阻对确定的所述比热容进行 局部修正。

根据本发明的另一个方面，提供一种导热系数测量方法，包括以下步 骤：a)将热探针插入到用于导热系数测量的待测样品中；b)采集所述热探 针的壁面温度及对应的测定时间；以及c)结合表示所述壁面温升的导热微 分方程与所述壁面温度及对应的测定时间反演处理得到待测样品的导热系 数。

根据本发明进一步的实施例，所述步骤c包括：产生预定数量的导热 系数随机数值；将所述导热系数的随机数值和比热容及接触热阻的指定数 值代入所述导热微分方程中，以依次计算出各个测定时间点对应的壁面温 升模拟曲线；根据所述壁面温升模拟曲线与实验曲线的重合程度，确定待 测样品的导热系数。

根据本发明进一步的实施例，所述步骤c包括：产生预定数量的导热 系数和比热容的随机数值；将所述导热系数和比热容的随机数值以及接触 热阻的指定数值代入所述导热微分方程中，以依次计算出各个测定时间点 对应的壁面温升模拟曲线；根据所述壁面温升模拟曲线与实验曲线的重合 程度，确定待测样品的导热系数和比热容。