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高温防护热板法导热系数测定仪的研究

张云川  
【摘要】:作为衡量保温材料性能的重要参数—导热系数的精确测量对于现代化生产具有重要现实意义。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、温度范围宽等优点。而国内的此类仪器只有能测量常温附近的导热系数,没有测量高温的导热系数测定仪,随着对高温下保温材料导热性能的需求日益显著,实验室研制了第一代高温导热系数测定仪。第一代导热系数测定仪虽然能够测量高温下的导热系数,但是在机械结构、标定方法等方面还存在一些不足。因此研制第二代高温防护热板法导热系数测定仪对于保温材料的研制和生产具有重要的意义。本课题在实验室第一代防护热板法导热系数测定仪样机的基础上,对原有的机械结构结合有限元Ansys仿真进行了改进,如测温孔的改进等;采用新的温度测量控制方法,实现温度的准确控制;并提出了高温下的标定方法;通过对测量导热系数的不确定度评定检验导热系数测定仪的精度。本文完成的主要工作有:1.介绍了导热系数的概念以及导热系数的主要测量方法,并简要说明了国内外导热系数测定仪的研究现状以及国内导热系数测定仪和实验室第一代样机存在的问题,提出了本课题研究的目的和内容。2.根据防护热板法测量的基本原理,设计了导热系数测定仪的机械结构。对设计的导热系数测定仪主要机械结构做详细探讨,并使用Ansys仿真分析对关键机械结构进行改进,如测温孔、电加热丝等。3.设计了导热系数测定仪的测量控制电路和软件程序,包括控制系统的总体控制方案、传感器的选型安装、温度控制测量电路以及仪器的程序设计。4.针对高温,提出和建立了针对热板功率损失的标定方法。5.总结导热系数测量的误差来源,通过对测量导热系数的不确定度评定检验测定仪的精度。6.对本课题研究的内容和工作进行了总结,并对仪器存在的缺点和不足进行分析。


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