HWX - II (метод плоских источников тепла постоянной мощности) Интеллектуальный прибор для испытания термофизических параметров

Этот прибор обеспечивает интеллектуальный метод тестирования термофизических параметров с использованием плоского источника тепла с постоянной мощностью. Система характеризуется высокой точностью измерений, высокой степенью автоматизации и удобством работы. Результаты испытаний показали, что погрешность тестирования как коэффициента теплопроводности, так и коэффициента теплопроводности составляет менее ±4%.
1: Резюме
Теплофизические параметры материи являются одной из макрофизических величин материи и важными базовыми параметрами для различных научных исследований и инженерного проектирования. Он включает в себя коэффициенты теплопроводности, теплопроводности, удельной теплоотдачи, теплового расширения и тепловой эмиссии, из которых коэффициенты теплопроводности и теплопроводности являются основными показателями термофизических параметров вещества.
В настоящее время большинство приборов отечественного производства для измерения термофизических параметров твердых материалов используют потенциометры и гальванометры для измерения тепловой емкости нагревателя и потенциала термопары и связанных с ними параметров, ручной расчет коэффициентов теплопроводности и теплопроводности. Недостатками являются низкая степень автоматизации, плохая универсальность, сложный процесс регулирования, результаты испытаний в большей степени зависят от человеческого фактора. Испытатель коэффициента теплопроводности, произведенный за рубежом, имеет сложную структуру, дорогую цену и не облегчает популяризацию и использование. Поэтому необходимо срочно разработать автоматизированный прибор для измерения термофизических параметров вещества с высокой степенью автоматизации, удобным в эксплуатации, быстрой экспериментальной скоростью, высокой точностью и высокой универсальностью.
Для измерения коэффициента теплопроводности и коэффициента теплопроводности вещества существует множество методов испытаний и соответствующих измерительных приборов, метод испытаний, используемый этим прибором « Интеллектуальная система тестирования термофизических параметров» - принцип тестирования метода плоского источника тепла с постоянной мощностью, реализация метода испытаний и результаты испытаний.
2: Принцип тестирования
блок фиксации и нагрева образцов системы испытания термофизических параметров
Пробный материал 1, образец 2, образец 3 - это один и тот же материал с различной толщиной крепления. Толщина образца 1 составляет дельта, образца 2 - x1, а образца 3 - дельта + x1. Между образцами 1 и 2, 2 и 3 помещается пара термопар для измерения повышения температуры на верхних и нижних поверхностях образца 2, между образцом 2 и тестом 3 устанавливается плоский нагреватель постоянной мощности. Если длина и ширина образца 2 в 8 - 10 раз больше его толщины, мощность нагревателя остается постоянной, тепловая мощность нагревателя равна нулю. В этих условиях образец 2 может рассматриваться как бесконечно большая плоская стена, и образец не имеет внутреннего источника тепла. Включите источник питания нагревателя, нагреватель симметрично поставляет тепло на верхнюю и нижнюю стороны, каждая сторона Q0 ккал / м2. В момент включения плоского нагревателя начальная температура трех образцов равна Т повсюду, с увеличением времени, испытуемый нагревается, тепловой поток постепенно передается в обе стороны вдали от нагревателя, в этом процессе изменение температуры происходит только в направлении, перпендикулярном плоскому нагревателю.

Рисунок 1 Схема нагрева и фиксированной части образца
При вышеуказанных условиях коэффициент теплопроводности образца λ, коэффициент теплопроводности α могут быть рассчитаны следующим образом [1]:
Коэффициент теплопроводности
Коэффициент теплопроводности
Средний 2x1 - непосредственно из таблицы в соответствии с измеренным количеством
Тета (0, тау 0) - тау 0 время испытуемого 2 повышение температуры в центре на поверхности контакта с плоским нагревателем.

3 Реализация методов тестирования
В соответствии с принципом испытаний испытательное устройство состоит из трех частей: образца и приспособления для испытания, системы нагрева и сбора и обработки данных автономной машины (рисунок 2).

(Недавно введенная в эксплуатацию автономная система управления была заменена компьютерной или портативной системой управления)
Рисунок 2 Схема термофизического референцного измерительного устройства
Испытания делятся на три части, средний образец тоньше, а образец с обеих сторон толще. Между образцом и образцом устанавливается термопара и закрепляется зажимом. Система отопления включает нагреватели и стабилизаторы напряжения для получения стабильного тепла. Монопланная система обрабатывает данные в соответствии с алгоритмом, предоставленным принципом тестирования, и отображает результаты для печати.
Метод плоского источника тепла с постоянной мощностью для измерения термофизических параметров материала требует дальнейшего изучения как в методических принципах, так и в экспериментальных технологиях. Для точного определения термофизических параметров материала, помимо точного измерения температуры и времени, должны быть выполнены следующие экспериментальные условия: (1) Испытуемый образец равномерно изотропный и его физические свойства являются постоянными; 2) длина и ширина образца в 8 - 10 раз больше толщины, т.е. образец имеет полубесконечную величину и имеет равномерно одинаковую начальную температуру; (3) плоский источник тепла с постоянной мощностью; (4) Тепловая емкость нагревателя равна нулю. Несоблюдение вышеуказанных условий неизбежно приводит к ошибкам измерения, поэтому эти факторы погрешности должны быть проанализированы и исправлены, а условия эксперимента должны быть надлежащим образом контролированы, чтобы экспериментальная установка могла получить более высокую точность [2 - 4].
3.1 Дизайн аппаратного обеспечения системы
Интеллектуальная система тестирования термофизических параметров методом плоского источника тепла с постоянной мощностью - это система тестирования нового поколения, основанная на одной машине 8031, которая использует одну машину для различных расчетов измеренных данных, исключая или уменьшая ошибки, вызванные сигналами помех, аналоговыми схемами и человеческими факторами.
Аппаратное обеспечение системы состоит из датчиков, передних усилительных схем, схем управления каналом, схем преобразования модулей, схем отображения и управления клавиатуры, схем привода и управления печатью, автономных систем, схем мониторинга системы и резервной защиты, источников питания системы и нагревателя, обогревателей, пробных зажимов и других компонентов. Компонент аппаратного обеспечения системы показан на диаграмме 3.

Диаграмма 3
Характеристика температуры - напряжения термопары имеет экспоненциальную форму, и система линейно корректирует ее с помощью монолитных вычислений. Кроме того, шкала термопар составлена с температурой холодного конца термопары равной 0°C. Если температура холодного конца не равна 0°C, термоэлектрический потенциал будет меняться с температурой холодного конца, поэтому схема измерения температуры термопары должна быть скорректирована. Система использует встроенный температурный датчик AD590 для компенсации холодного конца термопары. Принципиальная схема аппаратных схем и схем предварительного усиления термопары на основе закона соединения термопар и закона промежуточной температуры.

Рисунок 4 Принципиальная схема схемы компенсации и предварительного усиления на холодном конце термопары
Модульная схема преобразования использует ICL7135 двойной интегральный преобразователь A / D, который настраивает различные рабочие состояния с помощью клавиатуры и отображается на дисплее в разных формах. Основная функция схемы управления печатью заключается в управлении механическим движением миниатюрной головки печати. Резервная защитная схема системы мониторинга системы предназначена для предотвращения мгновенного отключения электроэнергии, дефицита напряжения в сети и « бегущего полета» программного обеспечения.
3.2 Дизайн программного обеспечения
Системное программное обеспечение является важной частью тестовой системы, которая включает в себя модули управления системой, вычисления данных, управление принтером, настройки параметров, фильтрацию сбора данных, термоэлектрический потенциал - преобразование температуры, обработку прерываний, управление часами и другие модули. Функции могут выполняться с помощью модулей системного управления, которые органично объединяют их в рамках определенной иерархии. Схема программного обеспечения для управления системой показана на рисунке 5.

Рисунок 5
4 Результаты испытаний
Коэффициент теплопроводности пенополиуретана был протестирован с использованием интеллектуальных термофизических параметров и сопоставлен с традиционными испытательными приборами. Технические характеристики измеренного материала: образец 1: 200 × 200 × 65 мм; образец 2: 200 × 200 × 22 мм; образец 3: 200 × 200 × 90 мм. Результаты испытаний показаны в таблице 1. Эксперименты показали, что интеллектуальная тестовая система лучше, чем традиционные испытательные приборы, воспроизводит значения коэффициента теплопроводности, средние дисперсии и относительные ошибки. После учета факторов, влияющих на точность теста, погрешность теста на коэффициент теплопроводности составляет менее ±4%.
Таблица 1 Результаты испытаний на теплопроводность пенополиуретана (W / m.°C)
Тип прибора методом плоского источника тепла
Интеллектуальная система проверки термофизических параметров
1 0027985 002824
2 0027947 002737
3 0027836 002840
4 0027875 002861
5 0027652 002785
Среднее значение 0027859 002809
Средний дисперсия 1.159776×10 - 4 4.39299×10 - 4
Относительная погрешность 3,18% 4,04%