接触式热流计校准装置的研制

摘要

本文针对—维传热问题,设计—台接触式热流计校准装置。校准装置采用防护热板法来实现,通过热板、冷板和保护板形成固定方向的—维热流(标准热流密度),被校热流计传感器放在冷板和热板之间,通过标准热流密度对其进行校准。整个校准装置由测量装置、控制模块、温度采集模块和数据分析模块四部分组成,并采用了高精度的热流传感器作为参考,并对各种实验条件进行了验证,保证热流计校准的准确性。从理论设计和实验数据来看,装置能够满足热流计传感器校准的需求,达到了预期目的。本课题完成的主要工作有: (1)在明确项目背景和研究意义的基础上,充分调研国内外热流计的发展现状和校准装置的研究进展。阐述导热基本原理和物质的导热系数,分别介绍防护热板法和热流计的测量原理,并对防护热板法依据的傅里叶—维导热测量模型进行详细说明,提出总体方案设计思路。 (2)依据设计原理搭建校准装置,采用阳极化处理过后的铝板作为冷、热板板材,使用铂电阻作为测温元件,采用护板以及恒温箱有效防止边缘热损失,阻尼元件选用国际上作为标准试样的玻璃纤维板,结合自主开发的电路板、软件,使整个装置功能齐全。 (3)对校准装置的温场进行验证测试,并对结果进行分析,同时改变实验条件,如不同温差、不同试样厚度,进行热流密度的测量,结果表明本装置上下面热流密度稳定、偏差在可接受范围内,仪器测试区温度场分布均匀,验证了装置进行热流计校准的可行性。 校准装置能够有效解决计量部门和节能监测机构热流计量值无法溯源的问题,实现了热流计的热流密度参数快速、连续测量。实验结果表明校准装置能够满足计量部门和节能监测机构对热流计的校准工作。

目录

声明

1 绪论

1.1课题的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 热流计测量技术概述

1.4 本课题的主要研究内容与章节安排

2 接触式热流计校准系统的测量原理

2.1绝对法

2.1.1 工作原理

2.1.2 实验装置

2.1.3 影响绝对法测量准确度的主要因素

2.2比较法

2.2.1 工作原理及实验装置

2.1.3 影响比较法测量准确度的主要因素

2.3 本章小结

3接触式热流计校准系统的设计

3.1实验装置

3.2 测量系统

3.2.1.加热单元

3.2.2.冷却单元

3.2.3.阻尼元件的选择

3.2.4.防接触热阻设计

3.2.5.防边缘热损失设计

3.2.6.测量单元

3.3数据采集系统

3.4 测试软件

3.4.1.软件功能简介

3.4.2.软件测量界面

3.4.3.软件操作

3.5 本章小结

4 接触式热流计校准系统实验与数据分析

4.1 校准系统的验证

4.1.1 操作描述

4.1.2 实验数据

4.1.3 数据讨论

4.2 准确度的保证

4.2 热流传感器放置

4.3.1 操作描述

4.3.2 实验数据

4.3.3 数据讨论

4.4 不同厚度隔层材料对结果影响

4.4.1 实验条件

4.4.2 实验数据

4.4.3 数据讨论

4.5 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文