TPS法熱常數(shù)分析儀的開發(fā)與應用研究.pdf

1、TPS法熱常數(shù)分析儀的開發(fā)與應用研究DevelopmentandResearchofThermalConstantAnalyzerBasedonTPSMethod學科專業(yè)：儀器科學與技術研究生：豐正功指導教師：李艷寧教授天津大學精密儀器與光電子工程學院二零一五年十二月摘要熱常數(shù)是物質(zhì)重要的熱傳遞參數(shù)，物質(zhì)熱常數(shù)的研究不僅在學術理論上具有廣泛的研究對象，而且在工業(yè)實踐中也有十分重要的應用，獲取準確可靠的熱常數(shù)具有重要的學術價值和現(xiàn)實意義。

2、物質(zhì)熱常數(shù)的實驗測試方法主要分為瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法兩大類，瞬態(tài)平面熱源法(Transientplanesourcemethod，簡稱TPS法)是一種可以同時測量物質(zhì)導熱系數(shù)和熱擴散系數(shù)的瞬態(tài)測試方法，該方法具有測量速度快、測量精度高和測量范圍寬等優(yōu)點，而且對被測樣品的形態(tài)無特殊要求。目前在國外已有基于TPS技術的熱常數(shù)分析儀上市，但是國內(nèi)還沒有基于該原理的儀器。本文基于TPS方法的基本原理，從理論上分析并補償了探頭熱容，功率變化和時間延遲的

3、影響，簡化探頭溫升模型，并對測量參數(shù)設置的合理性做出評價，在此基礎上設計了一臺可以同時測量固體和液體導熱系數(shù)的熱常數(shù)分析儀，以此來填補國內(nèi)在該領域的空白。論文完成的主要內(nèi)容如下：第一章：介紹傳熱學的研究內(nèi)容和熱量傳遞的基本形式，引出課題的研究背景和研究意義，并介紹了常用物質(zhì)熱常數(shù)的基本概念，對比目前國內(nèi)外關于熱常數(shù)的研究現(xiàn)狀，提出本課題的設計指標和主要內(nèi)容。第二章：介紹了瞬態(tài)平面熱源法的基本理論基礎，基于熱傳導理論推導出探頭的理論溫升模

4、型。分析了影響TPS法測量結果誤差的因素并從理論模型中加以補償。第三章：繪制TPS方法理論模型中D(t)的函數(shù)曲線，針對TPS方法理論溫升模型求解復雜的問題，修正了文獻中方形探頭簡化模型的部分參數(shù)，使其適用于課題中所用的圓形探頭，并對簡化后的模型進行了誤差分析。第四章：描述了本課題TPS法熱常數(shù)分析儀的總體設計方案，并詳細介紹了設計方案中基于可調(diào)穩(wěn)壓器和數(shù)字電位計的穩(wěn)壓電源系統(tǒng)和基于Labview的上位機軟件系統(tǒng)設計。第五章：對探頭的熱