專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能的非穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能的非穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置及方法，用于測(cè)量多相多孔試樣材料的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)以及體積熱容。
背景技術(shù)：
：在各種多相多孔材料的實(shí)際使用過(guò)程中，材料的熱物性決定了其絕熱和保溫效果，準(zhǔn)確地測(cè)量熱物性對(duì)于選擇合理的多相多孔材料具有很重要的意義。國(guó)內(nèi)外廣泛使用的多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能測(cè)試方法為穩(wěn)態(tài)方法。穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)測(cè)試方法的原理是首先被測(cè)試樣兩個(gè)表面形成恒定的溫差，平衡一段時(shí)間后，試樣內(nèi)部的溫度分布不再隨時(shí)間而變化，即進(jìn)入穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)狀態(tài)，此時(shí)試樣內(nèi)部每一位置處通過(guò)的熱流量是相等的。然后測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)測(cè)試材料的熱流密度，由公式"^(入-導(dǎo)熱系數(shù)，q-熱流密度，Ax-被測(cè)試樣厚度，AT-被測(cè)試樣兩個(gè)表面的恒定溫差)即得被測(cè)多相多孔材料導(dǎo)熱系數(shù)?；诜€(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)測(cè)試原理的特點(diǎn)，有幾點(diǎn)因素會(huì)影響到此方法測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信性1)由于大多數(shù)多相多孔材料熱擴(kuò)散系數(shù)很小，為使多相多孔材料試樣兩側(cè)形成穩(wěn)定的溫差，則達(dá)到穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)狀態(tài)需要較長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間，而長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試會(huì)使多相多孔材料內(nèi)部液相——水分大量蒸發(fā)，使試驗(yàn)結(jié)果有所失真；2)測(cè)得的熱物性指標(biāo)單一，僅能測(cè)量試樣的導(dǎo)熱系數(shù)，無(wú)法測(cè)量其他指標(biāo)，如熱擴(kuò)散系數(shù)等，而熱擴(kuò)散系數(shù)在非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)過(guò)程中是一個(gè)十分重要的熱物性參數(shù)；3)被測(cè)試樣兩側(cè)的溫差為102(TC，測(cè)試的傳熱過(guò)程中往往是熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射三者共同發(fā)生作用，因此不能準(zhǔn)確得到熱傳導(dǎo)的導(dǎo)熱系數(shù)；4)為了使熱流單向一維流動(dòng)，試驗(yàn)裝置必須配備良好的絕熱層，而被測(cè)多相多孔材料熱物性與絕熱層的熱物性相差不大，邊界的漏熱影響到測(cè)試結(jié)果；5)為了保持被測(cè)試樣兩個(gè)表面的溫差恒定，試驗(yàn)裝置需具有良好的恒溫系統(tǒng)，從而使得試驗(yàn)裝置成為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。由于上述的缺點(diǎn)，對(duì)于多相多孔材料，如紡織材料等，就無(wú)法利用穩(wěn)態(tài)方法得到準(zhǔn)確測(cè)試結(jié)果。近些年來(lái)，非穩(wěn)態(tài)測(cè)量方法發(fā)展迅速。非穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法，如熱線法、階躍式平板法，具有快速、多參數(shù)同時(shí)測(cè)量而且可進(jìn)行動(dòng)態(tài)過(guò)程在線觀測(cè)的特點(diǎn)，其他如周期性熱波法等可以測(cè)得材料的熱擴(kuò)散系數(shù)。在連續(xù)固體介質(zhì)測(cè)試方面，如金屬、高分子材料、混凝土材料等，非穩(wěn)態(tài)方法已經(jīng)取得了飛速的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能的非穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置和方法，該裝置可以測(cè)量試樣材料的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)以及體積熱容，裝置簡(jiǎn)單，測(cè)試快速僅用數(shù)分鐘即可完成試驗(yàn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能的非穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，其特征在于還包括試樣加熱裝置；試樣加熱裝置由加熱電路、預(yù)熱電路、試樣及背景材料組成；所述加熱電路及預(yù)熱電路通過(guò)雙向開(kāi)關(guān)并聯(lián)，由雙向開(kāi)關(guān)切換加熱電路與預(yù)熱電路，試樣由加熱電路加熱，第一背景材料及第二背景材料分別放置于試樣的上下兩側(cè)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括溫度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換模塊，溫度傳感器放置在試樣與第一背景材料的界面中心位置處，溫度傳感器連接A/D轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊連接計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。試樣是由被測(cè)多相多孔材料和層疊材料組成，并且選取有機(jī)玻璃作為測(cè)試的第一背景材料、第二背景材料及層疊材料；第一背景材料、溫度傳感器、試樣、片狀熱源和第二背景材料自上而下依次層疊。加熱電路包括片狀熱源，片狀熱源串聯(lián)雙向開(kāi)關(guān)及穩(wěn)壓電源，片狀熱源以恒定功率對(duì)試樣加熱，產(chǎn)生恒定的低熱流密度；預(yù)熱電路包括預(yù)熱電阻，預(yù)熱電阻串聯(lián)上述雙向開(kāi)關(guān)及穩(wěn)壓電源，預(yù)熱電阻與片狀熱源具有相同的電阻值。本發(fā)明提供的一種多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能的非穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于，步驟為步驟1、將被測(cè)多相多孔材料裁剪成與片狀熱源相同的平面尺寸，放置在溫度為20±2°C、相對(duì)濕度為65±5%的恒溫恒濕條件下預(yù)調(diào)濕24小時(shí)；步驟2、將被測(cè)材料和作為層疊材料的有機(jī)玻璃疊合成試樣，使試樣達(dá)到要求的厚度范圍0.002m0.Olm，準(zhǔn)備符合厚度要求的有機(jī)玻璃，作為第一背景材料及第二背景材料，厚度不小于試樣的2倍；步驟3、將第一背景材料、溫度傳感器、試樣、片狀熱源和第二背景材料依次層疊，靜置5分鐘，待被測(cè)試樣厚度穩(wěn)定，測(cè)量并記錄被測(cè)多相多孔材料的厚度；步驟4、打開(kāi)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)及A/D轉(zhuǎn)換模塊，預(yù)熱電路工作，觀察時(shí)間_溫度數(shù)據(jù)；當(dāng)時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)中溫度值圍繞某固定值上下波動(dòng)范圍為o.rc時(shí)，切換到加熱電路工作，電壓無(wú)明顯跳動(dòng)，片狀熱源即刻正常工作，記錄其工作電壓，由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)在線記錄被測(cè)位置各時(shí)間的溫度值；步驟5、關(guān)閉加熱電路，在計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)后處理程序中，選取合理的數(shù)據(jù)擬合時(shí)間窗口長(zhǎng)度和相鄰時(shí)間窗口之間的時(shí)間步長(zhǎng)，利用預(yù)設(shè)的計(jì)算程序，根據(jù)時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行熱傳導(dǎo)參數(shù)擬合，得到每個(gè)時(shí)間窗口中導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)和體積熱容的數(shù)值；步驟6、繪出各個(gè)熱物性擬合數(shù)據(jù)圖，即時(shí)間-導(dǎo)熱系數(shù)圖，時(shí)間-熱擴(kuò)散系數(shù)圖，時(shí)間_體積熱容圖，找到數(shù)值穩(wěn)定的區(qū)域，即曲線波動(dòng)較小的區(qū)域，定義為置信數(shù)據(jù)時(shí)間區(qū)域，在此時(shí)間區(qū)域內(nèi)取導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)及體積熱容的平均值，得到最終結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)束。與穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法和裝置相比，本發(fā)明作為非穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法和裝置的主要優(yōu)點(diǎn)在于1、測(cè)試快速僅用數(shù)分鐘即可完成試驗(yàn)，可以有效地解決液相水分蒸發(fā)的問(wèn)題；2、能同時(shí)測(cè)得材料的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)以及體積熱容等熱物性指標(biāo)；3、控制熱源釋放的熱量，使其產(chǎn)生"低溫升、低熱流密度"的溫度擾動(dòng)，從而克服了材料熱傳導(dǎo)性能測(cè)試過(guò)程中的熱對(duì)流、熱輻射問(wèn)題；恒定釋放熱量的熱源(避免交變熱源)避免了被測(cè)材料內(nèi)部熱傳導(dǎo)處于非局部熱平衡狀態(tài)(相鄰氣相溫升滯后于固相)的影響；4、穩(wěn)態(tài)法是根據(jù)通過(guò)試樣橫截面的熱流密度求解導(dǎo)熱系數(shù)，而此方法是通過(guò)測(cè)定橫截面中心點(diǎn)的溫升值來(lái)測(cè)量熱傳導(dǎo)性能，與前者相比受試樣邊界漏熱的影響小。與現(xiàn)有的非穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法和裝置相比，本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于1、以加熱電路、預(yù)熱電路、試樣、背景材料4部分構(gòu)成試樣加熱裝置。這一措施除避免了因多層的多相多孔被測(cè)材料層疊而產(chǎn)生的接觸熱阻外，對(duì)于低體積密度的多相多孔材料，還有利于避免測(cè)試過(guò)程中試樣及背景材料中的熱對(duì)流、熱輻射和非局部熱平衡狀態(tài)(相鄰氣相溫升滯后于固相)所引起的較大的測(cè)試誤差。因此，可以測(cè)量從低體積密度到高體積密度各種類(lèi)型的多相多孔材料。2、雙向開(kāi)關(guān)可以切換加熱電路和預(yù)熱電路，預(yù)熱電路在加熱電路工作前起到預(yù)熱的作用，避免了加熱電路接通瞬間電壓的跳動(dòng)，使得片狀熱源在加熱開(kāi)始瞬間即可向試樣釋放恒定的熱量，預(yù)熱電路中預(yù)熱電阻的電阻值與加熱電路中片狀熱源電阻值相等。3、溫度傳感器是放置在試樣與第一背景材料的界面中心位置處，與試樣和第一背景材料良好接觸，并且可以準(zhǔn)確定位測(cè)溫點(diǎn)的位置，避免了由柔軟的被測(cè)試樣構(gòu)成背景材料而無(wú)法準(zhǔn)確定位測(cè)溫點(diǎn)的弊病。圖1為本發(fā)明提供的一種多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能的非穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置的示意圖；圖2為背景材料、溫度傳感器、試樣、片狀熱源的層疊順序示意圖；圖3為本發(fā)明的流程圖；圖4A為數(shù)據(jù)采集的時(shí)間_溫度數(shù)據(jù)圖；圖4B為數(shù)據(jù)處理后得到的時(shí)間_導(dǎo)熱系數(shù)圖；圖4C為數(shù)據(jù)處理后得到的時(shí)間_熱擴(kuò)散系數(shù)圖；圖4D為數(shù)據(jù)處理后得到的時(shí)間_體積熱容圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例來(lái)具體說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例如圖1所示，為本發(fā)明提供的一種多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能的非穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置的示意圖。選取一種極薄的金屬柔性電加熱膜(尺寸為O.1X0.1X0.0002m)作為片狀熱源7，可以向被測(cè)材料釋放恒定熱流密度。選取有機(jī)玻璃(導(dǎo)熱系數(shù)O.187W/mk，熱擴(kuò)散系數(shù)9.00X10—8m2/s，體積熱容2.08X106J/m3k)作為層疊材料(層疊材料與多孔材料組成試樣的厚度范圍為0.002m0.Olm)、第一背景材料4和第二背景材料8(厚度為0.lm)。選用PT100鉑電阻作為溫度傳感器5，放置在第一背景材料4的中心凹槽內(nèi)，凹槽大小應(yīng)與鉑電阻相同(用導(dǎo)熱硅膠固定鉑電阻)，保證與試樣及第一背景材料4的接觸良好。按圖2排列，將第一背景材料4、溫度傳感器5、試樣6、片狀熱源7及第二背景材料8依次疊放。溫度傳感器5的輸出信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊9經(jīng)串口輸入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)10。同時(shí)，片狀熱源7串聯(lián)雙向開(kāi)關(guān)3及穩(wěn)壓電源1組成加熱電路；預(yù)熱電阻2串聯(lián)穩(wěn)壓電源1及雙向開(kāi)關(guān)3組成預(yù)熱電路，其中片狀熱源7與預(yù)熱電阻2具有相同的電阻值。至此，搭建了本方法的測(cè)試裝置。試驗(yàn)開(kāi)始后，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)10在線采集、記錄并顯示溫度數(shù)據(jù)。采樣頻率固定在4Hz，在預(yù)熱電路工作時(shí)，觀察溫度值的波動(dòng)性，待溫度值穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)換到加熱電路開(kāi)始工作，片狀熱源釋放恒定熱流密度。A/D轉(zhuǎn)換模塊9將來(lái)自溫度傳感器5的模擬電信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，以數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)10，同時(shí)數(shù)字式電壓表11記錄加熱電路的電壓。當(dāng)達(dá)到一定的采樣點(diǎn)數(shù)，如1000點(diǎn)(250秒)之后停止采樣、記錄，并關(guān)閉加熱電路。至此，連接有計(jì)算機(jī)的測(cè)試裝置完成測(cè)溫點(diǎn)上的時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)的采集工作。如圖3所示，為本發(fā)明方法的步驟流程圖，其步驟為步驟1、將被測(cè)多相多孔材料裁剪成與片狀熱源7相同的平面尺寸，放置在溫度為20±2°C、相對(duì)濕度為65±5%的恒溫恒濕條件下預(yù)調(diào)濕24小時(shí)；步驟2、將被測(cè)材料和作為層疊材料的有機(jī)玻璃疊合成試樣6，使試樣6達(dá)到要求的厚度范圍0.002m0.Olm，準(zhǔn)備符合厚度要求的有機(jī)玻璃，作為第一背景材料4及第二背景材料8，厚度不小于試樣的2倍；步驟3、將第一背景材料4、溫度傳感器5、試樣6、片狀熱源7和第二背景材料8依次層疊，靜置5分鐘，待被測(cè)試樣厚度穩(wěn)定，測(cè)量并記錄被測(cè)多相多孔材料的厚度；步驟4、打開(kāi)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)10及A/D轉(zhuǎn)換模塊9，預(yù)熱電路工作，觀察時(shí)間_溫度數(shù)據(jù)；當(dāng)時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)中溫度值圍繞某固定值上下波動(dòng)范圍為o.rc時(shí)，切換到加熱電路工作，電壓無(wú)明顯跳動(dòng)，片狀熱源7即刻正常工作，記錄其工作電壓，由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)10在線記錄被測(cè)位置各時(shí)間的溫度值；步驟5、關(guān)閉加熱電路，在計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)10后處理程序中，選取合理的數(shù)據(jù)擬合時(shí)間窗口長(zhǎng)度和相鄰時(shí)間窗口之間的時(shí)間步長(zhǎng)，利用預(yù)設(shè)的計(jì)算程序，根據(jù)時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行熱傳導(dǎo)參數(shù)擬合，得到每個(gè)時(shí)間窗口中導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)和體積熱容的數(shù)值；步驟6、繪出各個(gè)熱物性擬合數(shù)據(jù)圖，即時(shí)間-導(dǎo)熱系數(shù)圖，時(shí)間-熱擴(kuò)散系數(shù)圖，時(shí)間_體積熱容圖，找到數(shù)值穩(wěn)定的區(qū)域，即曲線波動(dòng)較小的區(qū)域，定義為置信數(shù)據(jù)時(shí)間區(qū)域(圖4B、4C、4D中69145s)，在此時(shí)間區(qū)域內(nèi)取導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)及體積熱容的平均值，得到最終結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)束。參見(jiàn)圖4A至圖4D，這是本發(fā)明用PT100熱電阻測(cè)得的時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)圖及數(shù)據(jù)處理后得到的時(shí)間_導(dǎo)熱系數(shù)圖，時(shí)間_熱擴(kuò)散系數(shù)圖，時(shí)間_體積熱容圖，其中橫坐標(biāo)為時(shí)間窗口的中點(diǎn)時(shí)亥IJ。在上述的測(cè)試裝置中，試樣內(nèi)部一維熱傳導(dǎo)的表達(dá)如下式(i)其中T(h，t)——溫度傳感器所在位置的不同時(shí)間的溫度；q——熱源的熱流密度；h——被測(cè)材料厚度；X——測(cè)溫點(diǎn)位置；=&/^+義/;，;r=^/7^-義。其中ai——背景材料及層疊材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)；A、a—被測(cè)材料導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)。ZZ"若被測(cè)材料的厚度達(dá)到了試樣的厚度范圍(0.002m0.01m)，則不使用層疊材料，公式(1)中x二h，可以化簡(jiǎn)為_(kāi)(2"+l)2A2(2+l)/，,0=^(1—備)力備)2"V7乂乂"=0乂4a,,,(2"+l)、2如(2)根據(jù)公式(1)及公式(2)，測(cè)試裝置的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合選取合理的擬合時(shí)間窗口的長(zhǎng)度(為137.5s)和相鄰時(shí)間窗口的起始位置的間隔一定(為2s)，根據(jù)采集到的時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)，以最小二乘法原理擬合得到每個(gè)時(shí)間窗口所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)入、熱擴(kuò)散系數(shù)a，并根據(jù)PC=A/a求解此時(shí)間窗口體積熱容PC。在所得的擬合結(jié)果中，選取這三個(gè)熱物性的變化率較小(曲線波動(dòng)較小)的時(shí)間段為置信數(shù)據(jù)時(shí)間區(qū)域，并對(duì)置信數(shù)據(jù)時(shí)間區(qū)域內(nèi)的A、a、PC值取平均，即可得到被測(cè)多相多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)A、熱擴(kuò)散系數(shù)a和體積熱容PC。下面以測(cè)試不同體積密度的滌綸非織造材料的熱傳導(dǎo)參數(shù)——導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)和體積熱容為例。選取兩種體積密度的滌綸非織造材料，每種滌綸材料選取2種厚度，其基本參數(shù)如表1所示。PET-l#、PET-3#分別與層疊材料有機(jī)玻璃(厚度為0.002m)組成試樣以滿足被測(cè)試樣的厚度，根據(jù)公式(1)擬合得到熱傳導(dǎo)參數(shù)；PET-2ft、PET-4ft厚度已滿足試樣厚度要求，無(wú)需添加層疊材料，可根據(jù)公式(2)擬合得到熱傳導(dǎo)參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)采用聚酰亞胺薄膜片狀熱源作為熱源，尺寸為0.lmXO.lmXO.0002m，電阻為17.36Q，片狀熱源的熱流密度為115W/m2。溫度傳感器采用PT100鉑電阻，放置在試樣與第一背景材料(如圖2)交界面的中心位置處。采用ICP公司的7033數(shù)據(jù)采集卡和7055A/D轉(zhuǎn)換器，采用RS232接口通訊。計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)中選用EZDataLogger軟件，記錄并存儲(chǔ)時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)，如圖4A所示。根據(jù)公式(1)或(2)通過(guò)Matlab編寫(xiě)熱傳導(dǎo)參數(shù)擬合程序，選取時(shí)間窗口長(zhǎng)度為550個(gè)點(diǎn)(為137.5s)，相鄰窗口的間隔步長(zhǎng)為8個(gè)點(diǎn)(為2s)，擬合結(jié)果如圖4B至圖4D所示，在時(shí)間段69145s內(nèi)熱物性曲線波動(dòng)較小，數(shù)值穩(wěn)定，該時(shí)間段為置信數(shù)據(jù)時(shí)間區(qū)域，計(jì)算置信數(shù)據(jù)時(shí)間區(qū)域內(nèi)熱物性的平均值并作為最終測(cè)試結(jié)果。對(duì)四種試樣在相同的試驗(yàn)環(huán)境下分別測(cè)試5次，結(jié)果如表2、3、4和5所示，結(jié)果表明每種滌綸非織造材料的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)和體積熱容的測(cè)試結(jié)果離散性小，試驗(yàn)的重現(xiàn)性很好，本裝置比較可靠；相同體積密度不同厚度試樣的測(cè)試結(jié)果相一致，說(shuō)明采用層疊材料(厚度補(bǔ)償)的測(cè)試方法與無(wú)層疊材料的測(cè)試方法都可以準(zhǔn)確求得被測(cè)多相多孔材料的熱傳導(dǎo)參數(shù)；特別是在測(cè)試低纖維體積密度的試樣時(shí)，仍然可以準(zhǔn)確地得到熱傳導(dǎo)參數(shù)，說(shuō)明本裝置很好地避免了熱傳遞過(guò)程中的熱對(duì)流、熱輻射的干擾。所以，此裝置可以測(cè)量從低體積密度到高體積密度的各種類(lèi)型的多相多孔材料。表1試樣的基本參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2PET_1#的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3PET_2#的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表4PET_3#的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表5PET_4#的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求一種多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能的非穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)(10)，其特征在于還包括試樣加熱裝置；試樣加熱裝置由加熱電路、預(yù)熱電路、試樣(6)及背景材料組成，所述加熱電路及預(yù)熱電路通過(guò)雙向開(kāi)關(guān)(3)并聯(lián)，由雙向開(kāi)關(guān)(3)切換加熱電路與預(yù)熱電路，試樣(6)由加熱電路加熱，第一背景材料(4)及第二背景材料(8)分別放置于試樣(6)的上下兩側(cè)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括溫度傳感器(5)和A/D轉(zhuǎn)換模塊(9)，溫度傳感器(5)放置在試樣(6)與第一背景材料(4)的界面中心位置處，溫度傳感器(5)連接A/D轉(zhuǎn)換模塊(9)，A/D轉(zhuǎn)換模塊(9)連接計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)(10)。2.如權(quán)利要求1所述的一種多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能的非穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述試樣(6)由被測(cè)多相多孔材料和層疊材料組成，并且選取有機(jī)玻璃作為測(cè)試的第一背景材料(4)、第二背景材料(8)及層疊材料；第一背景材料(4)、溫度傳感器(5)、試樣(6)、片狀熱源(7)和第二背景材料(8)自上而下依次層疊。3.如權(quán)利要求1所述的一種多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能的非穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于，所述加熱電路包括片狀熱源(7)，片狀熱源(7)串聯(lián)雙向開(kāi)關(guān)(3)及穩(wěn)壓電源(l)，片狀熱源(7)以恒定功率對(duì)試樣(6)加熱，產(chǎn)生恒定的低熱流密度；預(yù)熱電路包括預(yù)熱電阻(2)，預(yù)熱電阻(2)串聯(lián)上述雙向開(kāi)關(guān)(3)及穩(wěn)壓電源(l)，預(yù)熱電阻(2)與片狀熱源(7)具有相同的電阻值。4.種多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能的非穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于，步驟為步驟1、將被測(cè)多相多孔材料裁剪成與片狀熱源(7)相同的平面尺寸，放置在溫度為20±2°C、相對(duì)濕度為65±5%的恒溫恒濕條件下預(yù)調(diào)濕24小時(shí)；步驟2、將被測(cè)材料和作為層疊材料的有機(jī)玻璃疊合成試樣(6)，使試樣(6)達(dá)到要求的厚度范圍O.002m0.01m，準(zhǔn)備符合厚度要求的有機(jī)玻璃，作為第一背景材料(4)及第二背景材料(8)，厚度不小于試樣(6)的2倍；步驟3、將第一背景材料(4)、溫度傳感器(5)、試樣(6)、片狀熱源(7)和第二背景材料(8)依次層疊，靜置5分鐘，待被測(cè)試樣厚度穩(wěn)定，測(cè)量并記錄被測(cè)多相多孔材料的厚度；步驟4、打開(kāi)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)(10)及A/D轉(zhuǎn)換模塊(9)，預(yù)熱電路工作，觀察時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)；當(dāng)時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)中溫度值圍繞某固定值上下波動(dòng)范圍為o.rc時(shí)，切換到加熱電路工作，電壓無(wú)明顯跳動(dòng)，片狀熱源(7)即刻正常工作，記錄其工作電壓，由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)(10)在線記錄被測(cè)位置各時(shí)間的溫度值；步驟5、關(guān)閉加熱電路，在計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)(10)后處理程序中，選取合理的數(shù)據(jù)擬合時(shí)間窗口長(zhǎng)度和相鄰時(shí)間窗口之間的時(shí)間步長(zhǎng)，利用預(yù)設(shè)的計(jì)算程序，根據(jù)時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行熱傳導(dǎo)參數(shù)擬合，得到每個(gè)時(shí)間窗口中導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)和體積熱容的數(shù)值；步驟6、繪出各個(gè)熱物性擬合數(shù)據(jù)圖，即時(shí)間-導(dǎo)熱系數(shù)圖，時(shí)間_熱擴(kuò)散系數(shù)圖，時(shí)間_體積熱容圖，找到數(shù)值穩(wěn)定的區(qū)域，即曲線波動(dòng)較小的區(qū)域，定義為置信數(shù)據(jù)時(shí)間區(qū)域，在此時(shí)間區(qū)域內(nèi)取導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)及體積熱容的平均值，得到最終結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)束。5.如權(quán)利要求4所述的一種多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能的非穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于，步驟6中所述置信數(shù)據(jù)時(shí)間區(qū)域?yàn)?9145s。全文摘要本發(fā)明涉及一種多相多孔材料熱傳導(dǎo)性能的非穩(wěn)態(tài)測(cè)量裝置和方法，裝置包括試樣加熱裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，特點(diǎn)是試樣加熱裝置是由加熱電路、預(yù)熱電路、試樣、背景材料4部分組成，其中試樣是由被測(cè)多相多孔材料和層疊材料(有機(jī)玻璃)組成，并且選取有機(jī)玻璃作為測(cè)試的第一背景材料和第二背景材料，從而構(gòu)成了本發(fā)明十分重要的優(yōu)點(diǎn)，可以測(cè)量從低體積密度到高體積密度的各種類(lèi)型的多相多孔材料。所述測(cè)試方法可以分為三大部分，試樣及背景材料準(zhǔn)備、溫度數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)后處理，具體6個(gè)步驟。該裝置可以測(cè)量多相多孔試樣的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)以及體積熱容，尤其適用于低體積密度的多相多孔材料。其裝置簡(jiǎn)單，測(cè)試快速僅用數(shù)分鐘即可完成。文檔編號(hào)G01N25/20GK101706463SQ200910199330公開(kāi)日2010年5月12日申請(qǐng)日期2009年11月25日優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日發(fā)明者劉兆單,朱蘇康,王迪,田明偉,趙春梅申請(qǐng)人:東華大學(xué)