[发明专利]稳态法导热系数测量实验系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稳态法导热系数测量实验系统及测量方法。

背景技术

目前导热系数的测量中，通常采用单个热电偶(如铜-康铜等)，或者单个Pt电阻进行 温度的测量。采用热电偶测量时，首先需要调好冰水混合物(即温度基准)，根据金属材料 的热电效应，热电偶两端分别与冰水混合物和待测物体接触时可形成温差电动势，通过测量 温差电动势，达到测量温度的目的。由于金属材料的温差系数较小，加上外界环境温度的影 响，测量得到的电动势往往只有几个毫伏，记录的数据往往会有上下起伏的变化，影响平衡 状态的判断，进而影响测量的精度。同样采用铂电阻(如Pt100、Pt1000)测量，利用了类似 热敏电阻阻值随温度变化的性质，将电阻阻值转换为对应的温度，这样经过计算的温度误差 比较大；虽然它的线性好，但是它的热响应慢。

目前测量实验仪器中多采用单个热电偶或者Pt电阻，操作时需将传感器在发热盘、散热 盘之间更换，操作繁琐，易于受环境的影响，通过单个传感器测的有限几组数据不能准确判 定系统是否达到平衡状态，计时基本采用秒表计时，人工对温度进行采集和记录，通过手工 作图法或者逐差法求得散热速率，最后求得的导热系数误差往往偏大。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种稳态法导热系数测量实验系统及测量方 法，它具有有效提高测量结果的精度和准确性的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种稳态法导热系数测量实验系统，包括：依次连接的待测装置、下位机和上位机；

所述待测装置包括：自上而下同轴紧贴平行放置的发热盘、样品盘和散热盘，所述发热 盘通过加热控温模块控制加热；所述发热盘通过第一温度传感器与下位机连接，所述散热盘 通过第二温度传感器与下位机连接；

上位机通过发送控制指令，告知下位机对待测装置进行热平衡数据采集或者散热曲线数 据采集。

所述下位机与上位机之间通过串口进行通信，采用串口转USB电路，直接连接上位机电 脑的USB插孔。

所述加热控温模块包括：隔离变压器，所述隔离变压器的一端与220V交流电连接，所 述隔离变压器的另外一端与加热棒连接，所述变压器与加热棒连接线路上设有继电器，所述 继电器由PID控制器控制，PID控制器控制继电器来驱动加热棒对发热盘加热，所述PID控 制器还与加热棒连接，采集加热棒的温度，实现温度的控制。

所述隔离变压器将220V交流电转换为36V、24V两种不同的交变电压；用户根据不同 的加热需要进行选择。

所述上位机是人机交互系统，包括控制单元，所述控制单元分别与热平衡数据采集及平 衡判断模块、存储计算模块、散热曲线数据采集存储模块、发送控制指令模块和数据合成转 换模块连接，其中，所述热平衡数据采集及平衡判断模块还分别与热平衡数据坐标跟踪作图 模块和加热数据Excel导出模块连接；所述散热曲线数据采集存储模块还分别与散热曲线的 坐标跟踪作图曲线拟合模块和散热数据Excel导出模块连接。

控制指令发送模块和数据转换运算模块均与下位机连接。

所述热平衡数据采集及平衡判断模块，用于加热数据采集及平衡的判断；

所述存储计算模块，用于加热过程中存储达到平衡温度数据的存储及平衡点的计算、散 热过程中平衡点散热速率的计算、最终导热系数的计算；

所述散热曲线数据采集存储模块，用于散热曲线的温度-时间数据采集存储；

所述发送控制指令模块，用于发送控制指令给下位机，指示下位机发送加热过程数据还 是散热过程数据；

所述数据合成运算模块，完成对下位机发送的低八位、高八位温度数据的合成运算；

所述热平衡数据坐标跟踪作图模块，用于加热过程的发热盘、散热盘温度-时间坐标跟踪 作图；

所述加热数据Excel导出模块，用于对加热过程的温度-时间坐标数据导入Excel中以进 行分析；

所述散热曲线坐标跟踪作图及曲线拟合模块，用于对散热过程的温度-时间坐标数据跟踪 作图；

所述散热数据Excel导出模块，用于对散热过程的温度-时间坐标数据导入Excel进行分 析。