司期热流法测试金属及合金材料高导热系数可视化测试系统的研制.pdfVIP

周期热流法测试金属及合金材料高导热 系数可视化测试系统的研制 王 莹，周孑民，许 欣 ， (中南大学，湖南 长沙 410083) 摘 要：根据周期热流法测试原理 ，结合理论分析和实验测定，设计并开发了一套测试和计算金属及其合金高导 热材料热物性参数的装置和软件。利用VisualBasic6．0的编程技术，并结合数据采集装置，实现了测试系统的数 据自动采集及处理可视化功能。通过对几种金属及合金热物性参数实验测定的结果和文献值比较 ，发现最大误差 不超过6．5％，测试结果可靠。 关键词：周期热流法，高导热材料，热物性参数，测量，控制 中图法分类号：TG113．22 文献标识码：A 文章编号：1008—5939(2008)10—036—05 期热流法开发一套 自动化程度较高、操作方便、准 1 引 言 确度较高、通用性强的测试和计算金属及合金高导 在热物性学的研究中，热物性参数的确定主要 热材料热物性参数和装置和软件。 有理论和实验两种方法 ，理论分析方法是根据物 2 程序设计及测试原理 质的导热机理，确定分析导热的物理模型，做出较 为复杂的数学分析和计算来获得热物性参数。到目 周期热流法可分为径向周期热流法和纵向周期 前为止，除了少数物质，如某些气体、液体、纯金 热流法，本设计采用后者。对于圆柱体试样，纵向 属以外，很难从理论上预先计算出物质的热物性参 周期热流法的原理是，在棒状试样的一端供给一个 数 l【J。因此，对热物性测试方法和技术的研究具有 温度呈周期性变化的热源(正弦温度波)： 特别重要的意义，因为它是获得热物性数据和进行 T=Asingot (1) 热物性研究的基本手段。目前 ，国内生产的测量金 式中：T表示 温度，qc；A表示正弦波幅值 ，cc； 属材料的热物理参数的仪器大多使用电位差计和电 co表示角频率，rad／s；下表示时间，s。则圆柱体试 流计测定热电偶电势及相关参数，人工计算导热系 样上某点的温度也将 以与热源相同的周期变化，只 数和导温系数。其缺点是 自动化程度低、通用性 是温度变化的幅值有所下降。而且当温度波沿着试 差、调节过程复杂 、测试结果受人为因素影响较 样以一定的速度传播时，产生衰减现象 ，即试样上 大。国外生产的导热系数测试仪，结构复杂、价格 某些点之问的温度波存在着相位差，这时试样内温 昂贵，不便于推广使用。因此，本研究致力于研制 度波的速度 v为： 采用vjsua1Basic6．0的面向对象编程技术，结合周 ’，一、 (2) 收稿 日期：2008—06—30 基金项目：中南大学研究生教育创新工程资助(1343—77326) 作者简介：王 莹，女，1984年生，在读硕士研究生，中南大学能源科学与工程学院，湖南 长沙 410083， 电话：0731—8879863，E-mail：wangying8188@yahoo．tom．cn 黧 ………… 艇丝 热…一…～一……… 式中：v表示温度波传播速度，m／s； 表示导温系 主体、数据采集卡、Pc机等。测试系统的硬件如图 数 ，m2／s；通过测量试样上两点温度波振幅的衰减 2所示，利用超低频信号发生器产生标准的正弦信 和温度波之间的相位差，就可以得到导温系数。根 号，再通过功率放大器对正弦信号进行放大，放大 据导温系数和导热系数的关系式，如果知道材料的 后的电流通过导线送