Hwx - II (méthode de source de chaleur plane à puissance constante) testeur de paramètres thermophysiques intelligents

Cet instrument fournit une méthode intelligente pour tester les paramètres thermophysiques en utilisant la méthode de la source de chaleur plane de puissance constante. Le système se caractérise par une précision de mesure élevée, un degré élevé d'automatisation et une facilité d'utilisation. Les résultats des tests ont montré que les erreurs de test pour la conductivité thermique et la conductivité thermique étaient inférieures à ± 4%.
1: Résumé
Les paramètres thermophysiques de la matière sont l'une des grandeurs macrophysiques de la matière et sont des paramètres fondamentaux importants pour toutes sortes de recherche scientifique et de conception technique. Il comprend la conductivité thermique, la conductivité thermique, la chaleur spécifique, le coefficient de dilatation thermique et l'émissivité thermique, etc., où la conductivité thermique et la conductivité thermique sont les principaux indicateurs des paramètres thermophysiques de la matière.
À l'heure actuelle, la plupart des instruments de mesure des paramètres thermophysiques des matériaux solides produits dans le pays utilisent un potentiomètre et un galvanomètre pour déterminer la capacité thermique et le potentiel thermocouple du chauffage et les paramètres connexes, calculer manuellement la conductivité thermique et la conductivité thermique. Ses inconvénients sont une faible automatisation, une mauvaise polyvalence, un processus de régulation complexe et des résultats de test fortement influencés par des facteurs humains. Testeur de conductivité thermique produit à l'étranger, structure complexe, prix élevé, pas facile à promouvoir l'utilisation. Par conséquent, il est urgent de développer un instrument automatisé avec un degré élevé d'automatisation, un fonctionnement facile, une vitesse expérimentale rapide, une grande précision et une grande polyvalence pour la détermination des paramètres thermophysiques de la matière.
La mesure de la conductivité thermique et de la conductivité thermique de la matière, il existe de nombreuses méthodes d'essai et des instruments d'essai correspondants, la méthode d'essai adoptée par cet instrument, le système d'essai de paramètres thermophysiques intelligents - le principe d'essai de la méthode de source de chaleur plane à puissance constante, la réalisation de la méthode d'essai et les résultats d'essai.
2: principe du test
Section de fixation et de chauffage du matériau d'essai du système d'essai des paramètres thermophysiques de la méthode de la source de chaleur plane à puissance constante
L'éprouvette 1, l'éprouvette 2, l'éprouvette 3 sont des matériaux identiques fixés ensemble avec des épaisseurs différentes. Dans laquelle l'éprouvette 1 a une épaisseur δ, l'éprouvette 2 a une épaisseur X1 et l'éprouvette 3 a une épaisseur δ + X1. Une paire de thermocouples est placée entre l'éprouvette 1 et l'éprouvette 2, entre l'éprouvette 2 et l'éprouvette 3 pour déterminer l'élévation de température sur les deux faces supérieure et inférieure de l'éprouvette 2, et entre l'éprouvette 2 et l'éprouvette 3 est placé un réchauffeur plan de puissance constante. Si la longueur et la largeur de l'éprouvette 2 sont 8 à 10 fois leur épaisseur, la puissance du réchauffeur est constante et la capacité thermique du réchauffeur est nulle. Dans ces conditions, l'éprouvette 2 peut être considérée comme une paroi plane infiniment grande et l'éprouvette est dépourvue de source de chaleur interne. Allumez l'alimentation du réchauffeur, le réchauffeur fournit de la chaleur symétriquement vers le haut et vers le bas sur les deux faces, q0 Kcal / m2 de chaque côté. À l'instant de la mise sous tension du réchauffeur plat, la température initiale des trois éprouvettes est uniformément égale à t Partout, augmentant avec le temps τ, Les éprouvettes se réchaufferont et le flux de chaleur sera progressivement transféré vers les deux côtés éloignés du réchauffeur, dans le processus, son changement de température ne se produit que dans la direction perpendiculaire au réchauffeur plat.

Figure 1 Représentation schématique de la partie chauffage et fixation de l'éprouvette
Dans les conditions ci - dessus, la conductivité thermique λ, la conductivité thermique α de l'éprouvette peut être calculée en appuyant sur la formule [1]:
Coefficient de conductivité thermique
Conductivité thermique
ξ2x1 dans la formule - directement à partir du tableau en fonction de la quantité déterminée
θ (0, τ0) - - τ0 augmentation de la température de la zone centrale sur la surface de contact de l'éprouvette 2 avec le réchauffeur plat à l'instant τ0.

3 Mise en œuvre de la méthode de test
Selon le principe de test, le dispositif de test se compose de trois parties: l'éprouvette et la pince d'éprouvette, le système de chauffage et l'acquisition et le traitement des données par une seule machine à puce (Figure 2).

(le nouveau système de contrôle monopuce a été remplacé par un ordinateur ou un ordinateur portable)
Figure 2 Représentation schématique du dispositif de mesure thermophysique de référence
L'éprouvette est divisée en trois morceaux, l'éprouvette du milieu est plus mince et l'éprouvette des deux côtés est plus épaisse. Un thermocouple est placé entre l'éprouvette et l'éprouvette et fixé avec une pince. Le système de chauffage comprend un appareil de chauffage et une alimentation régulée pour produire une chaleur stable. Le système monopuce traite les données selon l'algorithme fourni par le principe de test et affiche les résultats pour l'impression.
La méthode de la source de chaleur plane à puissance constante mesure les paramètres thermophysiques des matériaux et doit être explorée plus avant dans les principes méthodologiques et les techniques expérimentales. Pour déterminer avec précision les paramètres thermophysiques d'un matériau, en plus de mesurer avec précision la température et le temps, les conditions expérimentales suivantes doivent être remplies: (1) L'échantillon testé est uniformément isotrope et sa matérialité est constante; (2) La longueur et la largeur de l'échantillon sont de 8 à 10 fois l'épaisseur, c'est - à - dire que l'échantillon est à moitié infini et a une température initiale uniforme et constante; (3) source de chaleur plane de puissance constante; (4) la capacité thermique de l'appareil de chauffage est nulle. Si les conditions ci - dessus ne sont pas remplies, cela entraînera nécessairement des erreurs de mesure, de sorte que ces facteurs d'erreur doivent être analysés et corrigés et contrôler correctement les conditions expérimentales, améliorer le dispositif expérimental pour obtenir une précision supérieure [2 à 4].
3.1 conception du matériel du système
Le système de test de paramètres thermophysiques intelligents de la méthode de source de chaleur plane à puissance constante est un système de test de nouvelle génération basé sur la machine à puce unique 8031, qui utilise une machine à puce unique pour effectuer divers calculs sur les données de mesure, exclure ou réduire les erreurs causées par les signaux d'interférence, les circuits analogiques et les facteurs humains.
Le matériel du système se compose de capteurs, de circuits d'amplification frontaux, de circuits de contrôle de canal, de circuits de conversion analogique - numérique, de circuits d'affichage et de contrôle de clavier, de circuits d'entraînement et de contrôle d'impression, de systèmes de machine à puce unique, de circuits de surveillance et de protection de secours du système, de sources d'alimentation du système et du chauffage, d'appareils de chauffage, de cartes porte - échantillon, etc. La Constitution matérielle du système est représentée sur la figure 3.

Figure 3 Schéma bloc de la composition matérielle du système de test
La courbe caractéristique température - tension du thermocouple est exponentielle, ce qui est corrigé linéairement par la méthode de calcul à une seule puce du système. En outre, le tableau d'indexation du thermocouple est formulé avec la température de l'extrémité froide du thermocouple égale à 0 ℃, si la température de l'extrémité froide n'est pas égale à 0 ℃, le potentiel thermique variera avec la température de l'extrémité froide, de sorte que le circuit de mesure de la température du thermocouple doit être corrigé. Ce système utilise le capteur de température intégré AD590 pour compenser l'extrémité froide du thermocouple. Le schéma du circuit matériel et du circuit de préamplification du compensateur d'extrémité froide du thermocouple basé sur la loi de connexion du thermocouple et la loi de température intermédiaire est représenté sur la figure 4.

Figure 4 schéma du circuit de compensation à froid et de préamplification du thermocouple
Le circuit de conversion analogique - numérique adopte le convertisseur A / D double intégration icl7135, le réglage de divers états de fonctionnement par le clavier et l'affichage sous différentes formes sur l'écran, la fonction principale du circuit de commande d'impression est de contrôler l'action mécanique de la tête d'impression miniature, le circuit de protection de secours de surveillance du système est conçu pour empêcher le système de monopuce en raison de la chute instantanée de l'alimentation, de la Sous - tension du réseau électrique et du logiciel "Run - off".
3.2 conception de logiciels
Le logiciel système est une partie essentielle du système de test, il comprend des modules tels que le module de gestion du système, le calcul des données, la gestion de l'imprimante, le réglage des paramètres, le filtrage de l'acquisition des données, la transformation thermoélectrique du thermocouple - température, le traitement des interruptions, la gestion de l'horloge, etc. En les combinant organiquement selon une certaine hiérarchie grâce au module de gestion du système, les fonctions peuvent être remplies. L'organigramme du logiciel de gestion du système est présenté à la figure 5.

Figure 5 Organigramme du logiciel de gestion du système
4 Résultats du test
La conductivité thermique de la mousse de polyuréthane a été testée à l'aide d'un système intelligent de test de paramètres thermophysiques et comparée à un instrument de test traditionnel. Les spécifications des matériaux testés sont: éprouvette 1: 200 × 200 × 65 mm; éprouvette 2: 200 × 200 × 22 mm; éprouvette 3: 200 × 200 × 90 mm. Les résultats des essais sont présentés dans le tableau 1. Les résultats expérimentaux montrent que le système de test intelligent surpasse les instruments de test traditionnels en ce qui concerne la reproductibilité des valeurs de conductivité thermique, la variance moyenne et les erreurs relatives. L'erreur de test de conductivité thermique est inférieure à ± 4% après prise en compte des facteurs affectant la précision du test.
Tableau 1 Résultats des essais de conductivité thermique des mousses de polyuréthane (W / M. ℃)
Type d'instrument de méthode de source de chaleur plane
Nombre d'expériences système de test de paramètres thermophysiques de type intelligent système de test de conductivité thermique traditionnel
1 0027985 002824
2 0027947 002737
3 0027836 002840
4 0027875 002861
5 0027652 002785
Moyenne 0027859 002809
Variance moyenne 1159776 × 10 - 4 439299 × 10 - 4
Erreur relative 3,18% 4,04%