Hwx - II (método de fuente de calor plana de Potencia constante) Medidor inteligente de parámetros termofísicos

Este instrumento proporciona un método inteligente para probar los parámetros termofísicos utilizando el método de fuente de calor plana de Potencia constante. El sistema tiene las características de alta precisión de medición, alto grado de automatización y fácil operación. Los resultados de la prueba muestran que el error de prueba de la conductividad térmica y la conductividad térmica es inferior a ± 4%.
1: Resumen
Los parámetros físicos térmicos de la materia son una de las cantidades físicas macroscópicas de la materia y son parámetros básicos importantes para todo tipo de investigación científica y diseño de ingeniería. Incluye la conductividad térmica, la conductividad térmica, el calor específico, la expansión térmica y la emisividad térmica, entre los cuales la conductividad térmica y la conductividad térmica son los principales indicadores de los parámetros termofísicos de la materia.
En la actualidad, la mayoría de los instrumentos producidos en China para medir los parámetros termofísicos de los materiales sólidos utilizan medidores de diferencia de potencial y amperímetros para medir la capacidad térmica de los calentadores y el potencial eléctrico de los termómetros y parámetros relacionados, y calcular manualmente la conductividad térmica y la conductividad térmica. Las deficiencias son el bajo grado de automatización, la mala versatilidad, el complejo proceso de ajuste y los resultados de las pruebas se ven muy afectados por factores humanos. El medidor de conductividad térmica producido en el extranjero tiene una estructura compleja, un precio caro y no es fácil de promover. Por lo tanto, es urgente desarrollar un instrumento automatizado con alto grado de automatización, operación conveniente, velocidad experimental rápida, alta precisión y fuerte versatilidad para determinar los parámetros térmicos y físicos de las sustancias.
Hay muchos métodos de prueba y los instrumentos de prueba correspondientes para la medición de la conductividad térmica y la conductividad térmica de la materia. el método de prueba utilizado en el "sistema inteligente de prueba de parámetros termofísicos" de este instrumento es el principio de prueba, la implementación del método de prueba y los resultados de la prueba del método de fuente de calor plana de Potencia constante.
2: principios de prueba
Parte de fijación y calentamiento de la muestra del sistema de prueba de parámetros termofísicos del método de fuente de calor plana de potencia constante
Los materiales de prueba 1, 2 y 3 son los mismos materiales con diferentes grosores que se sujetan juntos. Entre ellos, el espesor del material de prueba 1 es delta, el espesor del material de prueba 2 es x1, y el espesor del material de prueba 3 es Delta + x1. Se coloca un par de termómetros entre el material de prueba 1 y el material de prueba 2, el material de prueba 2 y el material de prueba 3 para determinar el aumento de temperatura en las superficies superior e inferior del material de prueba 2, y un calentador plano de potencia constante se coloca entre el material de prueba 2 y el material de prueba 3. Si la longitud y la anchura del material de prueba 2 son de 8 a 10 veces su espesor, la Potencia del calentador es constante y la capacidad térmica del calentador es cero. En estas condiciones, el material de prueba 2 puede considerarse como una pared plana infinita, y el material de prueba no tiene fuente de calor interna. Al conectar la fuente de alimentación del calentador, el calentador proporciona calor simétrico hacia arriba y hacia abajo, cada lado en Q0 Kcal / m2. en el momento de la electrificación del calentador plano, la temperatura inicial de los tres materiales de prueba es igual a t en todas partes, aumentando con el tiempo, el material de prueba se calentará y el flujo de calor se transmitirá gradualmente a ambos lados lejos del calentador, durante el cual su cambio de temperatura solo se produce en la dirección vertical al calentador plano.

Figura 1 diagrama esquemático de la parte de calentamiento y fijación de la muestra
En las condiciones anteriores, la conductividad térmica Lambda y la conductividad térmica alfa del material de prueba se pueden calcular de acuerdo con la fórmula (1):
Coeficiente de temperatura guía
Conductividad térmica
En la fórmula ⑤2x1 - se detecta directamente de la tabla de acuerdo con la cantidad medida
Theta (0, Tau 0) - el aumento de la temperatura en la zona central de la superficie de contacto entre el material de prueba 2 y el calentador plano en el momento Tau 0.

3 implementación del método de prueba
De acuerdo con el principio de prueba, el dispositivo de prueba consta de tres partes: muestra y pinzas de muestra, sistema de calefacción y adquisición y procesamiento de datos de un solo chip (figura 2).

(el recién puesto en funcionamiento ha cambiado el sistema de control de microcomputadoras de un solo chip al control de computadoras o computadoras portátiles)
Figura 2 diagrama esquemático del dispositivo de medición de referencia termofísica
La muestra se divide en tres piezas, una en el Medio es delgada y las muestras en ambos lados son relativamente gruesas. Se aplica un termómetro entre la muestra y la muestra y se fija con una pinza. El sistema de calefacción incluye un calentador y una fuente de alimentación estabilizada para generar calor estable. El sistema de un solo chip procesa los datos de acuerdo con el algoritmo proporcionado por el principio de prueba e imprime los resultados.
La medición de los parámetros termofísicos de los materiales mediante el método de fuente de calor plana de potencia constante requiere una mayor discusión tanto en el principio del método como en la tecnología experimental. Para determinar con precisión los parámetros termofísicos del material, además de medir con precisión la temperatura y el tiempo, también se deben cumplir las siguientes condiciones experimentales: (1) la muestra probada es uniforme e isotrópica y sus propiedades físicas son constantes; (2) la longitud y el ancho de la muestra son 8 - 10 veces el grosor, es decir, la muestra es semiinfinita y tiene una temperatura inicial uniforme y consistente; (3) fuente de calor plana de Potencia constante; (4) la capacidad térmica del calentador es cero. Si no se cumplen las condiciones anteriores, inevitablemente se producirán errores de medición, por lo que estos factores de error deben analizarse y corregirse, y las condiciones experimentales deben controlarse adecuadamente y los dispositivos experimentales deben mejorarse para obtener una alta precisión (2 a 4).
3.1 diseño de hardware del sistema
El sistema inteligente de prueba de parámetros termofísicos del método de fuente de calor plana de potencia constante es un sistema de prueba de nueva generación basado en 8031 microcomputadoras de un solo chip, que utiliza microcomputadoras de un solo chip para realizar diversos cálculos de los datos de medición, eliminando o reduciendo los errores causados por señales de interferencia, circuitos analógicos y factores humanos.
El hardware del sistema consta de sensores, circuitos de amplificación previa, circuitos de control de canales, circuitos de conversión analógico - digital, circuitos de visualización y control de teclado, circuitos de conducción y control de impresión, sistemas de un solo chip, circuitos de monitoreo del sistema y protección de reserva, sistemas y fuentes de alimentación de calentadores, calentadores, tarjetas de prueba y otras partes. La composición del hardware del sistema se muestra en la figura 3.

Figura 3 diagrama de bloques de composición de hardware del sistema de prueba
La curva característica de temperatura y voltaje del par térmico se convierte en forma exponencial, y el sistema utiliza el método de cálculo de un solo chip para corregir linealmente esto. Además, el termómetro del termómetro del termómetro del termómetro se basa en que la temperatura del extremo frío del termómetro es igual a 0 ° c. si la temperatura del extremo frío no es igual a 0 ° c, el potencial termoeléctrico cambiará con la temperatura del extremo frío, por lo que el circuito de medición de temperatura del termómetro del termómetro del termómetro del termómetro del termómetro del termómetro del termómetro del termómetro del termómetro del termómetro del termómetro del Este sistema utiliza un sensor de temperatura integrado ad590 para compensar el extremo frío del termómetro. En la figura 4 se muestra el circuito de hardware y el esquema del Circuito de amplificación previa del compensación de extremo frío del termómetro basado en la Ley de conexión del termómetro y la Ley de temperatura intermedia.

Figura 4 diagrama esquemático del Circuito de compensación del extremo frío y amplificación previa del par térmico
El circuito de conversión analógico - digital utiliza un convertidor A / D de doble punto icl7135, que establece varios Estados de trabajo a través de un teclado y se muestra en diferentes formas en la pantalla. la función principal del Circuito de control de impresión es controlar la acción mecánica de la cabeza de impresión en miniatura. el sistema monitorea el circuito de Protección de reserva para evitar que el sistema de un solo chip "se apague instantáneamente, la tensión de la red eléctrica y el software" vuele ".
3.2 diseño de software
El software del sistema es una parte importante del sistema de prueba, que incluye el módulo de gestión del sistema, el cálculo de datos, la gestión de la impresora, la configuración de parámetros, el filtro de adquisición de datos, la conversión de potencial térmico - temperatura del par térmico, el procesamiento de interrupción, la gestión del reloj y otros módulos. A través de la combinación orgánica de los módulos de gestión del sistema de acuerdo con una cierta jerarquía, se pueden completar diversas funciones. El diagrama de flujo del software de gestión del sistema se muestra en la figura 5.

Figura 5 diagrama de flujo del software de gestión del sistema
4 resultados de las pruebas
La conductividad térmica de la espuma de poliuretano se probó con un sistema inteligente de prueba de parámetros termofísicos y se comparó con los instrumentos de prueba tradicionales. Las especificaciones del material probado son: material de prueba 1: 200 × 200 × 65 mm; material de prueba 2: 200 × 200 × 22 mm; material de prueba 3: 200 × 200 × 90 mm. los resultados de la prueba se muestran en la tabla 1. Los resultados experimentales muestran que el sistema de prueba inteligente es mejor que los instrumentos de prueba tradicionales en la tasa de reproducción, la anova promedio y el error relativo de los valores medidos de conductividad térmica. Después de considerar los factores que afectan la precisión de la prueba, el error de prueba de conductividad térmica es inferior a ± 4%.
Cuadro 1 resultados de la prueba de conductividad térmica de la espuma de poliuretano (w / M. ºc)
Tipo de instrumento del método de fuente de calor plana
Número de experimentos sistema inteligente de prueba de parámetros termofísicos sistema tradicional de prueba de conductividad térmica
1 0027985 002824
2 0027947 002737
3 0027836 002840
4 0027875 002861
5 0027652 002785
Media 0027859 002809
Variación media 1159776 × 10 - 4 439299 × 10 - 4
Error relativo 3,18% 4,04%