用于热导率测试的快速温差测量仪的研制

摘要

温度的测量与控制在国防、军事、科学实验及工农业生产等各个领域都具有十分重要的作用。红外非接触温度测量方法以其独特的优势得到广泛应用。随着现代科学技术的突飞猛进，要求制造具有各种功能的特种材料，热导率和热扩散率是描述材料热物性的重要参数。据统计分析，世界上大约有75％的材料热导率及热扩散率数据是用激光脉冲法测得的。本文开发的快速温差测量仪就是非接触温度测量在激光脉冲法测量材料热导率中的具体应用。
　　本文所研制的快速温差测量仪采用HgCdTe红外探测器作为感温元件，完成了硬件和软件两部分的设计。针对红外探测器接收能量较小而噪声很大的特点，在硬件及软件的设计上采取了滤波及各种屏蔽措施，以抑制干扰提高有用信号的信噪比，经过低噪声差动放大以后的信号通过高速A/D采集卡DaqBook200进入计算机。软件系统采用高级语言VisualBasic实现，运用软件滤波的方法对信号进行处理，最后实现了温度信号的采集、处理及显示。
　　标定技术对于一台仪器来说非常重要。本文详细介绍了标定方法的选择，标定装置及环境的设计。最后将经过精确标定的仪器应用于标准试样热导率的测量试验中，对试验结果进行了详细比较及误差分析，并针对典型误差因素进行了合理修正。
　　实验表明，采用红外非接触测量与传统的以热电偶为感温元件的接触法测量相比，具有使用方便、测量范围宽、响应速度快、测量精度高的优点。非接触测量在热导率及热扩散率等热物性参数测量中有重大改进，随着研究的不断深入，其前景将会越来越好。

目录

用于热导率测试的快速温差测量仪的研制

DEVELOPMENT OF THE INSTRUMENT OF FASTTEMPERATURE DIFFERENCE MEASUREMENTAPPLIED IN TESTING THERMAL CONDUCTIVITY

摘要

Abstract

第1 章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题主要研究内容

第2 章 基本理论

2.1 红外辐射测温基本理论

2.2 材料热导率测量基本理论

2.3 本章小结

第3 章系统总体方案及硬件设计

3.1 总体方案设计及技术指标

3.2 红外探测器的选择

3.3 测量部分电路设计

3.4 探测器制冷电路设计

3.5 电路抗干扰措施

3.6 模/数转换电路

3.7 本章小结

第4 章系统软件设计

4.1 微弱信号检测

4.2 数据处理的软件实现

4.3 热电制冷温度控制程序

4.4 本章小结

第5 章实验结果及误差分析

5.1 标定方法选择及标定装置设计

5.2 用于标准试样热导率测量

5.3 系统不确定度分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

附录

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致谢