[發明專利]一種測定不良導熱材料熱導率的裝置及方法

有效

• 申請號: 201010196681.5
• 申請日: 2010-06-10
• 公開（公告）號: CN101852752A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 胥義;鐘彥騫;王麗萍;呂婭
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01K7/18
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種測試技術，特別涉及一種測定不良導熱材料熱導率的裝置及方法。

背景技術

對于不良導熱體熱導率的測量，通常采用的是熱線法，這是一種非穩態的測試方法，其特點就是快速，其測量精度能滿足一般工程應用的要求。而對于微小型生物固定床反應器來講，一般是由不良導熱體材料組成，其生化反應所產生吸、放熱量本身非常微小，因此，要對這類涉及小熱流密度和小溫差的反應器進行準確的傳熱問題分析時，就必須盡量保證其有效導熱率等參數測量的精確性。但是，現有的熱線法往往所涉及的熱流密度和產生溫差都比較大，并且其測量過程中有效的升溫時間只有數秒，不易實現溫升和時間的同步準確測量，從而產生較大的方法誤差，因而其測量精度不能滿足于微小熱流密度傳熱問題的研究。1995年，胡榮祖等人曾首次在國產微量熱儀上的基礎上提出了能夠測量含能材料有效熱導率的微量熱法，但這種方法除了要測得微熱流參數外，還要同時測量樣品的質量、密度、比熱容等參數，其所需測量參數較多，也容易帶來較大的測量誤差，而且操作繁瑣。因此，亟待一種需要開發一種測量精度高，且操作方便的有效導熱率測量方法。

發明內容

本發明是針對現在不良導熱體熱導率測量誤差大，而且操作繁瑣的問題，提出了一種測定不良導熱材料熱導率的裝置及方法，利用微熱量變化測定不良導熱材料熱導率，發明既簡單又準確地測量不良導熱材料有效導熱率。

本發明的技術方案為：一種測定不良導熱材料熱導率的裝置，包括樣品柱、熱電堆、大型恒溫金屬塊、控制器，樣品柱周圍有緊密均勻排列的熱電堆，樣品柱置于大型恒溫金屬塊內，樣品柱包括電源、毛細不銹鋼管、絕熱蓋、加熱電阻、溫度傳感器、絕熱片，樣品柱中心置一微細毛細不銹鋼管，管內均勻纏繞微細加熱電阻，加熱電阻接電源，緊貼毛細鋼管外壁沿軸向均勻布置至少一個電阻溫度傳感器，帶測樣品充滿毛細不銹鋼管與樣品柱外壁之間，樣品柱上下分別有絕熱蓋和絕熱片密封，電阻溫度傳感器模擬信號輸入控制器，控制器輸出到電源。

所述控制器包括加熱控制電路、溫度采集電路，電阻溫度傳感器輸入依次經過溫度采集電路中傳感器電阻電流激勵電路、傳感器信號采集電路以及信號處理電路，輸出控制信號到加熱控制電路控制加熱電阻。

所述溫度傳感器選用高精度微小鉑電阻傳感器。

一種測定不良導熱材料熱導率的方法，包括測定不良導熱材料熱導率的裝置，包括以下具體步驟：

1)首先將待測樣品充滿樣品柱，并放入檢測室；

2)大型恒溫金屬塊設定目標溫度T2，并恒溫等待足夠時間，使樣品柱與大型恒溫金屬塊之間的熱流傳遞達到熱動態平衡，近似認為樣品柱各點溫度T1達到儀器設定恒溫溫度T2，即T1＝T2，此時熱流W＝W1；

3)給樣品柱中的加熱電阻加上恒定電流足夠時間，這時，樣品柱因加熱而與恒溫塊之間再一次達到新的熱動態平衡W＝W2，樣品柱各點的溫度分布不再隨時間變化，此時，樣品柱中心溫度T1與恒溫環境溫度T2均維持一個穩定溫差，ΔT＝T₁-T₂；

4)將實驗獲得的ΔW＝W₂-W₁和ΔT＝T₁-T₂代入式即可求得樣品有效熱導率，在r＝r₁處，T＝T₁，T₁為熱動態平衡時毛細不銹鋼管外壁處溫度，即熱電偶所測得的溫度；在r＝r₂處，T＝T₂，T₂為熱動態平衡時樣品柱外壁處溫度。

本發明的有益效果在于：本發明測定不良導熱材料熱導率的裝置及方法，可高精度測量不良導熱材料熱導率，裝置結構簡單，操作簡便。

附圖說明

圖1為本發明測定不良導熱材料熱導率的裝置結構示意圖；

圖2為本發明測定不良導熱材料熱導率的裝置中樣品柱結構示意圖；

圖3為本發明測定不良導熱材料熱導率的裝置中樣品池橫截面放大示意圖；

圖4為本發明測定不良導熱材料熱導率的裝置中加熱控制電路圖；

圖5為本發明測定不良導熱材料熱導率的裝置中鉑電阻溫度采集電路；

圖6為本發明測定不良導熱材料熱導率的裝置在純水40℃時的溫度和熱流曲線圖。

具體實施方式