[發(fā)明專利]一種利用傳遞函數(shù)修正量熱儀量熱過程延遲環(huán)節(jié)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810856810.5
• 申請日: 2018-07-31
• 公開（公告）號: CN109031942B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張劍波;李哲;滕冠興;葛昊
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發(fā)明提出一種利用傳遞函數(shù)修正量熱儀量熱過程延遲環(huán)節(jié)的方法，屬于量熱儀技術(shù)領(lǐng)域。該方法將量熱儀量熱過程的延遲環(huán)節(jié)劃分為量熱儀量熱延遲環(huán)節(jié)和被測物體導(dǎo)熱延遲環(huán)節(jié)；將被測物體放入量熱儀，量熱儀工作產(chǎn)生連續(xù)儀器測量信號并進(jìn)行采樣；確定量熱儀量熱延遲環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，計(jì)算得到被測物體向量熱儀測量腔體散熱功率的采樣序列；若被測物體導(dǎo)熱特征時(shí)間小于導(dǎo)熱特征時(shí)間閾值，則該采樣序列即為被測物體真實(shí)產(chǎn)熱值采樣序列；否則，確定被測物體導(dǎo)熱延遲環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，計(jì)算得到被測物體真實(shí)產(chǎn)熱值采樣序列，量熱儀量熱過程延遲環(huán)節(jié)修正完畢。本發(fā)明可修正量熱儀量熱過程延遲環(huán)節(jié)的影響以獲取被測物體的真實(shí)產(chǎn)熱值，結(jié)果準(zhǔn)確，操作簡便快捷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量熱儀技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用傳遞函數(shù)修正量熱儀量熱過程延遲環(huán)節(jié)的方法。

背景技術(shù)

被測物體的產(chǎn)熱值是反映該物體熱特性的重要參數(shù)，所測量產(chǎn)熱值的準(zhǔn)確性是相關(guān)研究的關(guān)鍵。例如已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的鋰離子電池，其壽命、性能、安全均與其熱特性緊密相關(guān)，準(zhǔn)確測量電池產(chǎn)熱量成為解決鋰離子電池?zé)釂栴}的基礎(chǔ)。

量熱儀是一種用于測量被測物體產(chǎn)熱量的儀器。常規(guī)的量熱儀，以THT(ThermalHazard Technology)公司生產(chǎn)的等溫量熱儀為例，該儀器主要由熱絕緣層、測量腔體、功率元件、輔助元件和熱敏電阻組成。工作時(shí)，被測物體放置于測量腔體中；測量腔體外包裹著熱絕緣層，熱絕緣層隔絕了測量腔體向周圍環(huán)境的能量傳遞，使測量腔體成為封閉系統(tǒng)而便于控制溫度；測量腔體有兩種結(jié)構(gòu)，一種是接觸式，即測量腔體的腔壁直接接觸被測物體；另一種是非接觸式，即利用流動(dòng)工質(zhì)在測量腔體內(nèi)循環(huán)流動(dòng)；功率元件的作用是向測量腔體提供可控的控制功率P_control，輔助元件的作用是向測量腔體提供恒定的基線功率P_baseline(腔體體積較大的等溫量熱儀采用水浴儀作為輔助元件，腔體體積較小的等溫量熱儀不采用額外的輔助元件，而是利用恒定的室溫環(huán)境提供基線功率)；熱敏電阻的作用是監(jiān)控測量腔體(或腔體內(nèi)流動(dòng)工質(zhì))溫度T。量熱儀測量被測物體產(chǎn)熱的過程是：向測量腔體通入恒定的基線功率P_baseline，將被測物體裝載入測量腔體后，設(shè)定測量過程中所需的恒定溫度T₀，量熱儀通過調(diào)節(jié)控制功率P_control，使測量腔體(或腔體內(nèi)流動(dòng)工質(zhì))溫度T逐漸向設(shè)定的恒定溫度T₀收斂，最終達(dá)到熱平衡時(shí)T＝T₀，且P_control＝P_baseline，從而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；在上述穩(wěn)定狀態(tài)下，控制被測物體開始產(chǎn)熱，通過導(dǎo)熱被測物體向測量腔體的散熱功率為N；該儀器的控制算法將調(diào)節(jié)P_control以補(bǔ)償散熱功率N對由測量腔體和被測物體所組成系統(tǒng)的擾動(dòng)，以維持測量腔體(或腔體內(nèi)流動(dòng)工質(zhì))溫度T等于設(shè)定溫度T₀。此時(shí)量熱儀記錄下調(diào)節(jié)后的P_control相對于被測物體產(chǎn)熱前系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的值(即基線功率P_baseline)的變化量P_c＝P_control-P_baseline，作為該儀器對被測物體真實(shí)產(chǎn)熱值Q_v的測量信號。

然而，不同于響應(yīng)迅速的電學(xué)測量，在熱學(xué)測量中由于量熱儀器測量原理、測溫部件熱容、被測物體導(dǎo)熱系數(shù)的影響，量熱儀的量熱過程和被測物體的導(dǎo)熱過程存在延遲環(huán)節(jié)，導(dǎo)致量熱儀獲取的測量信號P_c與被測物體真實(shí)產(chǎn)熱值Q_v之間存在顯著差異，降低量熱儀獲取測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。目前針對量熱儀延遲現(xiàn)象問題，多籠統(tǒng)采用一階慣性環(huán)節(jié)，或通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定延遲時(shí)間，或憑借經(jīng)驗(yàn)確定延遲時(shí)間，以補(bǔ)償延遲環(huán)節(jié)帶來的影響的方法。補(bǔ)償法雖然能夠在一定程度上減小延遲環(huán)節(jié)的影響，但還存在利用一階環(huán)節(jié)描述量熱延遲環(huán)節(jié)的合理性問題和憑借經(jīng)驗(yàn)確定延遲時(shí)間的盲目性問題，不能完全消去延遲環(huán)節(jié)的影響。

發(fā)明內(nèi)容