CN112098457A - 一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法 - Google Patents

一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112098457A
CN112098457A CN202010807042.1A CN202010807042A CN112098457A CN 112098457 A CN112098457 A CN 112098457A CN 202010807042 A CN202010807042 A CN 202010807042A CN 112098457 A CN112098457 A CN 112098457A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thermal conductivity
polynomial regression
temperature
measuring instrument
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010807042.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112098457B (zh
Inventor
李鹏
段新胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Geosciences
Original Assignee
China University of Geosciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Geosciences filed Critical China University of Geosciences
Priority to CN202010807042.1A priority Critical patent/CN112098457B/zh
Publication of CN112098457A publication Critical patent/CN112098457A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112098457B publication Critical patent/CN112098457B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

本发明提供一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法，包括以下步骤：选取多种不同材质的试样，利用特定导热系数测量仪对试样分别进行加热并实时测量温度，得到各试样的温度参数‑加热时间对数曲线；选取各个温度参数‑加热时间对数曲线的线性部分，求出线性部分的斜率的倒数x；分别测试各个试样的高精度导热系数值λ；利用x值和λ值进行多项式回归分析，得到基于特定导热系数测量仪的瞬态导热系数关系式为：
Figure DDA0002629528190000011
λ为高精度导热系数值，x为曲线线性部分斜率的倒数，i＝0，1，2…n。本发明提出的技术方案的有益效果是：可以有效降低由于导热系数测量仪由于自身结构特性所引起的系统误差，提高所测试样导热系数的精确度。

Description

一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法
技术领域
本发明涉及热物性参数测量技术领域，尤其涉及一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法。
背景技术
目前测量导热系数的方法主要有稳态法和瞬态法，其中稳态法可以获得准确度更高的导热系数值，但是其缺点是测量时间较长，测量一次可能达几小时，测量成本较大。相较于稳态法，瞬态法测量一次所需的时间要短的多，最快几秒到几十秒即可测出，其缺点是测量精度不如稳态法高。在实际应用中，往往允许存在一定的误差，因此瞬态法的应用较稳态法更为普遍。但是随着科学技术的不断发展和进步，越来越多的热能工程对于导热系数测量值的精确度要求也越来越高，很多项目在要求快速获得导热系数的同时，也对所测导热系数的精度有一定要求。因此，需要通过缩短稳态法的测量时间或者提高瞬态法的测量精度来实现快速而又准确的获取物体导热系数的目标是目前面临的一个难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法，可以有效降低由于导热系数测量仪由于自身结构特性所引起的系统误差，提高所测试样导热系数的精确度，从而实现快速而又准确的获取物体导热系数。
本发明的实施例提供一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法，包括以下步骤：
S1选取多种不同材质的试样，利用特定导热系数测量仪对所述试样分别进行加热并实时测量温度，记录所述试样的加热时间和对应的反映温度的温度参数，得到各个所述试样的温度参数-加热时间对数曲线；
S2选取各个所述温度参数-加热时间对数曲线的线性部分，求出所述线性部分的斜率的倒数x；
S3分别测试各个所述试样的高精度导热系数值λ；
S4利用步骤S2得到的x值和步骤S3得到的λ值进行多项式回归分析，得到基于所述特定导热系数测量仪的瞬态导热系数关系式为：
Figure BDA0002629528170000021
式中，λ为高精度导热系数值，x为温度-时间对数曲线的线性部分的斜率的倒数，n代表总共有n项，k为每项前的系数，i＝0，1，2…n。
进一步地，所述特定导热系数测量仪为基于热线法的瞬态导热系数测量仪。
进一步地，所述特定导热系数测量仪为基于热带法的瞬态导热系数测量仪。
进一步地，利用标准稳态法分别测试各个所述试样的高精度导热系数值。
进一步地，所述试样的种类至少为5种。
进一步地，所述试样的温度参数为温度数据。
进一步地，所述试样的温度参数为用热电偶将温度数据进行转化后的电压数据。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：结合导热系数测量仪和多项式回归分析方法，将在进行导热系数测量时热线温度随加热时间对数变化曲线直线段斜率的倒数、与物体实际导热系数之间存在的非线性关系考虑在内，利用特定导热系数测量仪对多种试样进行测试，进行多项式拟合确定非线性关系式，避免不同仪器造成结果的误差，因此可以有效降低由于导热系数测量仪由于自身结构特性所引起的系统误差，提高所测试样导热系数的精确度，从而实现快速而又准确的获取物体导热系数。
附图说明
图1是本发明提供的导热系数测量仪的多项式回归校准方法一实施例的流程示意图；
图2是热线法测量导热系数原理示意图；
图3是金属加热丝和热电偶的结构示意图；
图4是本发明提供的导热系数测量仪的多项式回归校准方法一实施例中试样的温度数据-加热时间对数曲线；
图5是采用热带法样品测量及回归分析结果图；
图6是采用热线法样品测量及回归分析结果图。
图中：1-试样、2-金属加热丝、3-热电偶。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参见图1，本发明的实施例提供一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法，包括以下步骤：
S1选取多种不同材质的试样，所述试样的种类至少为5种，可提高校准的精度，利用特定导热系数测量仪对所述试样分别进行加热并实时测量温度，所述特定导热系数测量仪可以为基于热线法或热带法的瞬态导热系数测量仪，但不限于以热带法和热线法为理论依据的测量仪器，凡是测量基本原理与热线法和热带法相同的仪器均可采用此方法进行分析计算。本实施例中，所述特定导热系数测量仪为基于热线法的瞬态导热系数测量仪，请参见图2，图2为利用热线法测量导热系数的原理示意图。将金属加热丝2设于试样1内，记录所述试样1的加热时间和对应的反映温度的温度参数，所述试样1的温度参数可以为温度数据(也就是金属加热丝2的温度)，请参见图3，在金属加热丝2内设有热电偶3，所述试样1的温度参数也可以为用热电偶3将温度数据进行转化后的电压数据，得到各个所述试样1的温度参数-加热时间对数曲线。
S2选取各个所述温度参数-加热时间对数曲线的线性部分，求出所述线性部分的斜率的倒数x。
S3分别测试各个所述试样的高精度导热系数值λ，本实施例中，利用标准稳态法分别测试各个所述试样的高精度导热系数值。
S4利用步骤S2得到的x值和步骤S3得到的λ值进行多项式回归分析，得到基于所述特定导热系数测量仪的瞬态导热系数关系式为：
Figure BDA0002629528170000041
式中，λ为高精度导热系数值，x为温度-时间对数曲线的线性部分的斜率的倒数，n代表总共有n项，k为每项前的系数，i＝0，1，2…n。
具体的，本实施例中，选用软木、泥炭、硅砖、石灰岩、花岗岩、片麻岩、石英和方铅矿8种试样，对8种试样分别用以热线法为理论依据的瞬态导热系数测量仪进行测试，在测试过程中分别记录金属加热丝的温度随加热时间的变化，并作出各个试样的温度数据-加热时间对数曲线选取各个所述温度参数-加热时间对数曲线的线性部分，求出所述线性部分的斜率的倒数x。示例性的，请参见图4，选择温度参数-加热时间对数曲线中t1到t2之间的线性部分，可求得试样温度随加热时间对数变化的直线段斜率的倒数x为：
Figure BDA0002629528170000051
本实施例中，采用热带法的测量结果见表1，采用热线法的测量结果见表2。用标准稳态导热系数测量仪测量所述8种待测物体的高精度导热系数λc，测量结果见表1和表2。
表1
Figure BDA0002629528170000052
表2
Figure BDA0002629528170000053
以x为自变量，λc为因变量，进行多项式回归拟合分析，热带法拟合结果见图5，热线法拟合结果见图6。
图5中的热带法分别以最高次为1次、2次和3次进行不同次项回归拟合，其中1次回归结果为曲线甲的函数关系式为：λ1＝-2.599+1.646x；2次回归结果为曲线乙的函数关系式为：λ2＝-0.093-0.096x+0.243x2；3次回归结果为曲线丙的函数关系式为：λ3＝-0.538-0.790x+0.453x2-0.019x3。将8种试样的x值分别代入所得的3个回归结果中求解对应的导热系数值，求解结果见表1，ε为平均回归相对误差，通过与标准稳态测得的λc值进行对比，发现本发明提出的方法可有效提高求解待测物质的导热系数的精确度，在本实施例中，2次回归误差明显低于1次回归，3次回归误差相较于2次回归差别不大，因此可将2次回归关系式作为对应热带法测量仪器的求解公式。
图6中的热线法分别以最高次为1次、2次和3次分别进行回归拟合，其中1次回归结果为曲线甲的函数关系式为：λ1＝-0.292+1.312x；2次回归结果为曲线乙的函数关系式为：λ2＝0.042+0.918x+0.063x2；3次回归结果为曲线丙的函数关系式为：λ3＝0.068+0.848x+0.092x2-0.003x3。将8种试样的x值分别代入所得的3个回归结果中求解对应的导热系数值，求解结果见表2，ε为平均回归相对误差，通过与标准稳态测得的λc值进行对比，发现本发明提出的方法可有效提高求解待测物质的导热系数的精确度，在本实施例中，2次回归误差明显低于1次回归，3次回归误差相较于2次回归差别不大，因此可将2次回归关系式作为对应热线法测量仪器的求解公式。
所述特定导热系数测量仪与所述函数关系式一一对应后，若要测量未知试样的导热系数，只需用所述特定导热系数测量仪测算变量x，然后代入所述函数关系式便可求得未知试样的导热系数λ。
传统热线法及热带法等瞬态测量法认为试样的导热系数与加热时热线温度随加热时间对数变化曲线直线段斜率的倒数成线性关系，不同结构及不同测量方法的仪器均以该线性关系来求解其导热系数。但是，实际上由于受测量方法及仪器结构特性的影响，这两者之间并不是由数学理论推导得到的线性关系，而是存在一定的非线性关系，上述计算方法忽略了仪器结构的带来的误差
本发明提出的技术方案中，以瞬态热带法、热线法及相同原理测量导热系数的测量仪和多项式回归分析方法相结合，把在进行导热系数测量时热线温度随加热时间对数变化曲线直线段斜率的倒数，与物体实际导热系数之间存在的非线性关系考虑在内，利用特定导热系数测量仪对多种试样进行测试，反应导热系数的求解不是单纯的线性关系，进行多项式拟合确定非线性关系式，避免了不同仪器造成结果的误差，因此可以有效降低由于导热系数测量仪由于自身结构特性所引起的系统误差，提高所测试样导热系数的精确度，从而实现快速而又准确的获取物体导热系数。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1选取多种不同材质的试样，利用特定导热系数测量仪对所述试样分别进行加热并实时测量温度，记录所述试样的加热时间和对应的反映温度的温度参数，得到各个所述试样的温度参数-加热时间对数曲线；
S2选取各个所述温度参数-加热时间对数曲线的线性部分，求出所述线性部分的斜率的倒数x；
S3分别测试各个所述试样的高精度导热系数值λ；
S4利用步骤S2得到的x值和步骤S3得到的λ值进行多项式回归分析，得到基于所述特定导热系数测量仪的瞬态导热系数关系式为：
Figure FDA0002629528160000011
式中，λ为高精度导热系数值，x为温度-时间对数曲线的线性部分的斜率的倒数，n代表总共有n项，k为每项前的系数，i＝0，1，2…n。
2.如权利要求1所述的导热系数测量仪的多项式回归校准方法，其特征在于，所述特定导热系数测量仪为基于热线法的瞬态导热系数测量仪。
3.如权利要求1所述的导热系数测量仪的多项式回归校准方法，其特征在于，所述特定导热系数测量仪为基于热带法的瞬态导热系数测量仪。
4.如权利要求1所述的导热系数测量仪的多项式回归校准方法，其特征在于，利用标准稳态法分别测试各个所述试样的高精度导热系数值。
5.如权利要求1所述的导热系数测量仪的多项式回归校准方法，其特征在于，所述试样的种类至少为5种。
6.如权利要求1所述的导热系数测量仪的多项式回归校准方法，其特征在于，所述试样的温度参数为温度数据。
7.如权利要求1所述的导热系数测量仪的多项式回归校准方法，其特征在于，所述试样的温度参数为用热电偶将温度数据进行转化后的电压数据。
CN202010807042.1A 2020-08-12 2020-08-12 一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法 Active CN112098457B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010807042.1A CN112098457B (zh) 2020-08-12 2020-08-12 一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010807042.1A CN112098457B (zh) 2020-08-12 2020-08-12 一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112098457A true CN112098457A (zh) 2020-12-18
CN112098457B CN112098457B (zh) 2023-04-18

Family

ID=73753553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010807042.1A Active CN112098457B (zh) 2020-08-12 2020-08-12 一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112098457B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115629103A (zh) * 2022-10-25 2023-01-20 湖南中创空天新材料股份有限公司 一种测量金属材料加热系数的方法及应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110122914A1 (en) * 2009-11-25 2011-05-26 Inventec Corporation Method for detecting performances of heat dissipation modules
CN202421105U (zh) * 2012-01-18 2012-09-05 西安建筑科技大学 瞬态热线法测量沥青混合料热物理参数的装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110122914A1 (en) * 2009-11-25 2011-05-26 Inventec Corporation Method for detecting performances of heat dissipation modules
CN202421105U (zh) * 2012-01-18 2012-09-05 西安建筑科技大学 瞬态热线法测量沥青混合料热物理参数的装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
段新胜等: "地源热泵岩土体导热系数确定方法的实例分析" *
段新胜等: "岩土层原位导热系数的多元线性回归分析方法" *
赵惠忠;张敏;张杰;刘震炎;: "多通道数据采集系统测试导热系数的研究" *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115629103A (zh) * 2022-10-25 2023-01-20 湖南中创空天新材料股份有限公司 一种测量金属材料加热系数的方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN112098457B (zh) 2023-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108152325B (zh) 一种基于防护热板法校准热流计法导热仪的方法
Hammerschmidt Guarded hot-plate (GHP) method: Uncertainty assessment
CN101788513A (zh) 一种材料导热系数的测量装置以及测量方法
CN102288641A (zh) 一种高温导热系数测量方法
CN106199166A (zh) 一种电流测量的方法及装置
CN111766327A (zh) 在线气相色谱仪的校准方法
CN112098457B (zh) 一种导热系数测量仪的多项式回归校准方法
CN112345813A (zh) 动态测量精度的动态补偿方法
CN106092375B (zh) 机载设备地面温度传感器的校验方法及校验仪器
Ying et al. The study of temperature calibration method for NTC thermistor
CN113176294A (zh) 一种防护热流计法导热系数测定仪的校准方法
CN102507038B (zh) 一种等周期的温度测量计算查表方法
CN113960256B (zh) 一种含水仪的温度补偿方法
CN207074094U (zh) 一种高压隔离开关导体温度测量装置校验系统
Ljungblad et al. Long term stability and hysteresis effects in Pt100 sensors used in industry
Zhang et al. Short-hot-wire method for the measurement of the thermal conductivity of a fine fibre
Gureyev et al. High accuracy semiautomatic calibration of industrial RTDs
Zhao et al. Comparative experimental study on the stability of two brands of dry block furnace
Vaughn et al. The NIST industrial thermometer calibration laboratory
Sediva et al. Uncertainty Budget for Calibration of Platinum Resistance Thermometer
Zhao et al. The influence of axial temperature distribution on calibration accuracy based on dry block furnace
Sârbu Evaluation of the measurement uncertainty in thermoresistances calibration
Woodfield et al. Techniques for accurate resistance measurement in the transient short-hot-wire method applied to high thermal-diffusivity gas
Chen et al. A Calibration Method for Thermocouple-temperature Calibrator Based on Cold Junction Compensation
CN112903145B (zh) 高低温探针台在片温度参数的校准方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant