防护热板法高温导热系数测定仪的研制与应用研究

摘要

随着工业的发展和资源的不断消耗,世界面临越来越严重的能源危机,节能减排已成为当今世界经济、科技和社会发展的主旋律。研究和推广使用保温性能更好的材料是节能减排的有效途径之一。导热系数作为表征材料热物理性质的主要参数之一,它的准确测量对于节能保温材料的研发和生产意义重大。防护热板法是国际上通用的标准测量方法,具有准确度高、重复性好、温度范围宽、测量范围广等优点。目前,多数导热系数测定仪是针对中低温测试设计的,但随着高温隔热材料的需求日趋显著及新型材料的不断涌现,迫切需要掌握隔热材料在高温阶段的导热性能,因此,研制高温导热系数测定仪对高温隔热材料的研发和生产具有重要意义。
　　本课题旨在研制一种新型防护热板法高温导热系数测定仪,仪器由单平板装置和智能控制模块构成,可以实现对隔热材料在高温阶段的测量,测量范围从100℃到800℃。该仪器由计算机全程控制,智能化程度较高,操作简单,测量时间短,大大提高了工作效率。
　　本文完成的主要工作有:
　　1.介绍了传热基本原理以及导热系数的主要测量方法,阐述了国内外高温导热系数测定仪的发展现状以及存在的问题。
　　2.介绍了防护热板法测量导热系数的原理,分析影响导热系数测量的主要因素,提出了改进的防护热板法导热仪的保温结构,绘制了仪器的机械结构图。
　　3.设计仪器总体测量方案,包括仪器传感器选型与安装、信号测量电路设计、控制加热电路设计以及保护电路的设计。
　　4.分析了PID控制算法原理,并将PID控制技术用于导热系数测定仪的温度控制,基于LabVIEW编写了仪器的测控软件,设计了程序流程以及各子程序的主要算法。
　　5.提出并建立了该仪器的标定体系和方法,主要包括温度传感器的标定、位移传感器的标定、加热丝阻值修正、以及导热系数标定方法。
　　6.设计了多组实验对仪器进行性能测试,实验结果表明,仪器在整个温度范围内的测量重复性和准确度均达到了设计目标。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1引言

1.2防护热板法高温导热仪发展现状及应用

1.3本课题研究的目的和意义

1.4本课题研究的目标和内容

第二章 仪器工作原理与总体设计

2.1导热基本定律

2.2一维稳态传热分析

2.3防护热板法测量导热系数原理

2.4仪器总体设计

2.5仪器机械结构设计

第三章 电气控制系统设计

3.1总体方案设计

3.2传感器选型

3.3测量电路设计

3.4控制电路设计

3.5保护电路设计

第四章 控制算法和软件设计

4.1控制算法及应用

4.2软件开发环境简介

4.3主程序流程与人机界面设计

4.4温度测控子程序

4.5稳定状态判断子程序

第五章 仪器的标定和实验

5.1仪器标定概述

5.2实验设计

5.3最大功率加热实验

5.4导热系数测量实验

5.5测量误差分析

5.6实验总结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢