CN107543841A - 一种测量池中流体导热系数的新型便携式测量仪 - Google Patents

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黄美
杨梦灵
汤建楠
赵颖
侯荣彬
李景太
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Abstract

本发明公开了一种能够直接测量池中物质的导热系数的便携式探测器装置，该测量器有一个筒体，筒壁上对称开有两个排气孔，筒体中心为加热棒，以恒定热功率进行输出，加热棒中心对称分布的三组测温热电偶测温端，另一端与电子系统相连接进行数据传递。筒壁和加热棒之间用于填充所测物质。加热棒和筒壁顶部连在一层绝热层上，绝热层上方的筒体内为包裹了导热系数的电子系统，筒体外部镶有电子显示屏，用于显示物质的导热系数以及时实的温度。顶部有提把，便于携带。本发明是基于传热学的基本理论和半边界求解算法而设计的便携式导热系数测量器，它可以直接得到被测物质的导热系数数据，也可用于测量物质温度，可广泛用于工业生产中。

Description

一种测量池中流体导热系数的新型便携式测量仪
技术领域
本发明涉及一种测量仪，具体地是指一种能够直接测量池式流体导热系数的测量仪以及一种利用半边界法计算导热系数的测量方法。
背景技术
导热系数是物质材料的一种重要参数，是流动范围小近似可看成不流动的池式流体换热问题的基本依据。在当今的传热学领域和与热动力有关的生产实践中，导热系数是随着温度而变化的，导热系数数据主要时通过实验间接获得，但是物质多种多样，不一定存在该特定温度下导热系数的值，所以能够实时测量未知流体的导热系数时非常重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于传热学基本理论及利用半边界方法来测量池中物质导热系数的便携式测量器，它可以直接得到被测流体导热系数数据，也可以用来实时测量流体温度。
本发明另外一种目的是提供一种利用半边界法来测量导热系数的计算方法，该方法有效地提高了导热系数的测量精度和测量的效率。
当筒体插入水池中初期，加热棒没有处于加热状态。加热棒外壁面测温热电偶平均值和外筒壁内侧热电偶平均值的将在电子显示屏上显示，此温度为流体温度Tf。当中心加热棒被打开时，加热棒周围流体被瞬间加热，加热棒以定功率q对周围流体进行加热。
当加热进行一段时间t以后，加热停止，此时加热棒表面的测温热电偶测出相应的加热棒外表面温度T`，此时外筒壁的内壁面的热电偶测出内壁面表面温度T，加热时间由电子系统来控制。
一种能够直接测量材料导热系数的便携式测量仪器，包括限制测量区域的圆筒（1），其特征在于：圆筒（1）内壁面有三个测温热电偶（2），圆筒（1）上对称打两个排气孔（5）用作排气。与圆筒（1）同轴中心设置一根加热棒（3），加热棒长度中心设置3组对称分布测温热电偶（4）。圆筒（1）和加热棒（3）顶部被固定在绝热圆板（6）上，绝热圆板上通过相应的测温线（11），绝热圆板上放置相应的电子系统（8），电子系统（8）外套圆筒（7），圆筒（8）外设置一个电子显示屏（9），该屏幕直接显示流体温度和导热系数。顶部设置便携提把（10），该提把使得装置使用更加便携。
所述第一热电偶（2）和所述第二热电偶（4）构成温差热电偶，其温差由电子系统（8）测量。材料为镍铬-镍硅。
所述的加热棒（3）是不锈钢圆棒。
所述的便携提把（10）为“U”形，用不锈钢材料制成。
供电电源集成在电子系统（8）中，输出4V~6V电压。
电子系统（8）内置程序利用半边界法对收集到的数据进行处理，具体半边界求解方法见附录。
电子系统（8）计算出的数据最终在电子显示屏（9）上直观显示。
附图说明
图1是本发明测量仪的结构示意图（正视图）
图2是本发明测量仪的结构示意图（侧视图）
图3是本发明测量仪的结构示意图（俯视图）
图4是本发明测量仪的结构示意图（底视图）
图5是本发明测量仪的结构示意图（剖视图）
图6是本发明测量仪的结构示意图（剖视立体图）
图7时本发明测量仪的计算方法的流程图
图8半边界法流程附录1
图9半边界法流程附录2
图中：1.筒体 2.第一测温热电偶 3.加温棒 4.第二测温热电偶 5.排气孔 6.绝热板7.上筒体 8.电子计算系统 9.电子显示屏 10.便携提把 11.测温线
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
在本发明中，测量仪时依据传热学基本原理并结合半边界法来进行计算。请参见图1所示，将测量仪插入池式流体中，流体从筒体下方进入筒体内，相应筒体内的气体会从筒壁上的排气孔排出。中心的加热棒上分布了三个对称的测温热电偶，用于测量中心加热棒周围流体的温度T’，外筒体内壁面同样布置了三个对称的测温热电偶，用于测量筒体内壁面界面上流体的温度T。当T=T’时，为流体的实时温度。
当打开了加热棒开关后，加热棒将以恒定的功率加热周围流体，流体被加热，直到筒体内壁面界面上流体的温度T变化，加热时间由电子系统控制。这时中心加热棒周围流体温度为T’，外筒体内壁面所测得的温度为T。两个受测温度经过热电偶相应电路传入电子系统进行计算。电子系统根据传热学相应原理对输入的温度进行处理，根据半边界法相关流程计算流体的导热系数。
请参见图1所示，本发明是一种能够直接测量流体的导热系数的便携式测量仪，由筒体1围成。其中第一测温热电偶2三个为一组，对称安装在加热棒3长度中心的外壁面。第二测第一测温热电偶2、加热棒3、第二测温热电偶4，绝热圆板6、上筒体7、电子系统8、电子屏幕9、便携提把10构温热电偶4三个为一组，对称安装在筒体1长度中心的内壁面上。筒体和加热棒顶端固定在绝热圆板6上，绝热圆板上有孔，使得测温线路能与电子系统相连接。绝热板6的直径与上筒体7的外径相同，上筒体7内布置了电子系统8，顶部顶盖封好并焊接便携提把10。
在本发明中，第一测温热电偶2的测温端与第二测温热电偶4为温差热电偶，其温差由电子系统8测量。
在本发明中，第一测温热电偶2与第二测温热电偶4与流体相接触。当筒体插入池式流体中时，电加热棒还没进行加热。两组测温热电偶将流体温度传入电子系统，两组测温热电偶温度一致时电子显示屏9上会实时显示流体的温度。之后打开加热开关，加热棒输出恒定热流密度，对流体进行加热。当第二测温热电偶4温度有少量变化时，电子系统自动断开加热开关，两组测温热电偶的数值由相应线路输入到电子系统8中，系统依据相应的传热学原理以及设定的计算规则计算流体导热系数，最后输出到电子显示屏上9。
本发明的测量仪可以广泛使用于工业生产中，有效地解决了池式未知材料的导热系数的测量问题，装置小巧便携，测量精度高，测量速度快。

Claims (10)

1.一种能够直接测量流体材料导热系数的测量方法，其特征在于：当筒体插入池子初期，加热棒没有处于加热状态；此时加热棒外壁面测温热电偶平均值和外筒壁内侧热电偶平均值的温度一致，此温度为流体温度，并在电子屏幕上显示。
2.根据权利要求1所述的一种能够直接测量材料导热系数的测量方法，其特征在于：当中心加热棒被打开时，加热棒以定功率q对周围流体进行加热，加热棒周围流体被瞬间加热。
3.根据权利要求1所属的一种能够直接测量材料导热系数的测量方法，其特征在于：当加热进行一段时间t以后，加热停止，此时加热棒表面的测温热电偶测出相应的加热棒外表面温度，此时外筒壁的内壁面的热电偶测出内壁面表面温度，其加热时间由电子系统控制。
4.一种能够直接测量材料导热系数的便携式测量仪器，包括限制测量区域的圆筒（1），其特征在于：圆筒（1）内壁面有三个测温热电偶（2），圆筒（1）上对称打两个排气孔（5）用作排气；于圆筒（1）同轴中心设置一根加热棒（3），加热棒长度中心设置3组对称分布测温热电偶（4）；圆筒（1）和加热棒（3）顶部被固定在绝热圆板（6）上，绝热圆板上通过相应的测温线（11），绝热圆板上放置相应的电子系统（8），电子系统（8）外套圆筒（7），圆筒（8）外设置一个电子显示屏（9），该屏幕直接显示流体温度和导热系数；顶部设置便携提把（10），该提把使得装置使用更加便携。
5.根据权利要求4所述的流体导热系数测量仪，其特征在于：所述第一热电偶（2）和所述第二热电偶（4）构成温差热电偶，其温差由电子系统（8）测量，材料为镍铬-镍硅。
6.根据权利要求4所述的流体导热系数测量仪，其特征在于：所述的加热棒（3）是不锈钢圆棒，把（10）弯成“U”形，用不锈钢材料制成。
7.根据权利要求4所述的流体导热系数测量仪，其特征在于：第一热电偶（2）和第二热电偶（4）所测量的温度数据通过绝热圆板（6）中心的测温线（11）传递到电子系统（8）。
8.根据权利要求4所述的流体导热系数测量仪，其特征在于：供电电源集成在电子系统（8）中，输出4V~6V电压。
9.根据权利要求4所述的流体导热系数测量仪，其特征在于：电子系统（8）内置程序利用半边界法对收集到的数据进行处理，具体半边界求解方法见附录。
10.根据权利要求4所述的流体导热系数测量仪，其特征在于：电子系统（8）计算出相应数据，最终在电子显示屏（9）上直观显示。
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