CN113670978B - 一种导热系数测定仪的温度校准的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导热系数测定仪的温度校准的方法及装置，导热系数测定仪的温度校准的方法中所述导热系数测定仪包括计量热板、防护热板和导热仪温度计，所述计量热板和防护热板之间设置有隔缝，所述导热仪温度计的测温端设置于所述隔缝内；其中，该方法包括以下步骤：S1、获取所述导热仪温度计的第一平均温度示值、所述计量热板的第一平均温度测量值和所述防护热板的第二平均温度测量值；S2、根据所述第一平均温度示值、所述第一平均温度测量值和所述第二平均温度测量值获得所述导热系数测定仪的误差。无需将导热仪温度计取下来进行校准，在线即可获得导热系数测定仪的误差，较为简便。

Description

一种导热系数测定仪的温度校准的方法及装置
技术领域
本发明涉及材料的导热能力测量技术领域， 尤其涉及一种导热系数测定仪的温度校准的方法及装置。
背景技术
导热系数定义为稳态条件下，垂直于单位方向的每单位温度梯度通过单位面积上的热流，是评价材料导热性能的重要参数，直接反映材料隔热性能的优劣。
导热系数测定仪是对绝热材料的热阻和导热系数的测量，导热系数是用来衡量耐热材料的导热特性和保温性能的重要参数。导热仪冷板、导热仪热板的温度测量存在误差，对导热系数的测量有较大的影响。在通常的情况下，导热仪的导热仪温度计被固化在计量热板和冷板内部，无法取下来进行校准，所以无法获得导热系数测定仪的误差。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够在线获得导热系数测定仪的误差。
本发明提供的技术方案是一种导热系数测定仪的温度校准的方法，所述导热系数测定仪包括计量热板、防护热板和导热仪温度计，所述计量热板和防护热板之间设置有隔缝，所述导热仪温度计的测温端设置于所述隔缝内；其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、获取所述导热仪温度计的第一平均温度示值、所述计量热板的第一平均温度测量值和所述防护热板的第二平均温度测量值；
S2、根据所述第一平均温度示值、所述第一平均温度测量值和所述第二平均温度测量值获得所述导热系数测定仪的误差。
进一步地，步骤S1中获取所述导热仪温度计的第一平均温度示值的获取方法如下：
测量多个所述导热仪温度计的第一温度示值；
根据多个所述导热仪温度计的第一温度示值求平均值获得所述导热仪温度计的第一平均温度示值。
进一步地，步骤S1中所述计量热板的第一平均温度测量值tr1和所述防护热板的第二平均温度测量值的获取方法如下：
测量多个所述计量热板的第一温度测量值和多个所述防护热板的第二温度测量值；
根据多个所述计量热板的第一温度测量值求平均值获得所述计量热板的第一平均温度测量值，根据多个所述防护热板的第二温度测量值求平均值获得所述防护热板的第二平均温度测量值。
进一步地，在步骤S2中，所述获得所述导热系数测定仪的误差包括获得导热仪平均温度的示值误差，所述导热仪平均温度的示值误差的计算公式如下：
Figure 2004DEST_PATH_IMAGE001
其中，tm为所述第一平均温度示值，tr1为所述第一平均温度测量值，tr2为所述第二平均温度测量值。
进一步地，还包括冷板，所述冷板与所述计量热板之间形成空间，步骤S2中，所述获得所述导热系数测定仪的误差包括获得所述计量热板与所述冷板之间的温度差值误差，所述计量热板与所述冷板之间的温度差值误差的计算公式如下：
Figure 803738DEST_PATH_IMAGE002
其中，Δt为所述计量热板与所述冷板之间的温度差值，Δtm为所述计量热板与所述冷板之间的第一温度差值，Δtr为所述计量热板与所述冷板之间的第二温度差值。
进一步地，所述根据所述计量热板与所述冷板之间的第一温度差值和所述计量热板与所述冷板之间的第二温度差值获得所述计量热板与所述冷板之间的温度差值误差包括：
根据所述计量热板与所述冷板之间的第一温度差值和所述计量热板与所述冷板之间的第二温度差值的差值获得所述计量热板与所述冷板之间的温度差值误差。
本发明还提供了一种导热系数测定仪的温度校准的装置，所述导热系数测定仪的温度校准的装置用于执行上述的导热系数测定仪的温度校准的方法，其中，所述导热系数测定仪的温度校准的装置包括第一薄膜温度计，所述第一薄膜温度计用于测量所述计量热板的第一平均温度测量值和所述防护热板的第二平均温度测量值。
进一步地，所述第一薄膜温度计包括第一测量部和第二测量部，所述第一测量部套设于所述第二测量部外，所述第一测量部用于测量所述计量热板的第一平均温度测量值，所述第二测量部用于测量所述防护热板的第二平均温度测量值。
进一步地，所述导热系数测定仪的温度校准的装置还包括第二薄膜温度计和冷板，所述冷板与所述计量热板之间形成空间，所述第二薄膜温度计用于测量所述冷板的温度值。
进一步地，所述导热系数测定仪的温度校准的装置还包括绝热板，所述绝热板设置于所述空间内。
本发明的有益效果：本发明为了能够在线获得导热系数测定仪的误差，根据所述第一平均温度示值、所述第一平均温度测量值和所述第二平均温度测量值获得所述导热系数测定仪的误差。无需将导热仪温度计取下来进行校准，在线即可获得导热系数测定仪的误差，较为简便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种导热系数测定仪的温度校准的方法；
图2为本发明实施例提供的一种导热系数测定仪的温度校准的装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种导热系数测定仪的温度校准的装置中第一薄膜温度计的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种导热系数测定仪的温度校准的装置中第二薄膜温度计的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种导热系数测定仪的温度校准的装置中加热件的结构示意图。
附图标记：
1-计量热板，2-防护热板，3-加热件，4-第一薄膜温度计，5-第二薄膜温度计，6-绝热板，7-冷板，11-第一测量部，12-第二测量部。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
如图1至图4所示，一种导热系数测定仪的温度校准的方法，所述导热系数测定仪包括计量热板1、防护热板2和导热仪温度计，所述计量热板1和防护热板2之间设置有隔缝，所述导热仪温度计的测温端设置于所述隔缝内；其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、获取所述导热仪温度计的第一平均温度示值 tm、所述计量热板1的第一平均温度测量值tr1和所述防护热板2的第二平均温度测量值tr2；
S2、根据所述第一平均温度示值tm、所述第一平均温度测量值tr1和所述第二平均温度测量值tr2获得所述导热系数测定仪的误差。
具体地，根据所述第一平均温度示值、所述第一平均温度测量值和所述第二平均温度测量值获得所述导热系数测定仪的误差。无需将导热仪温度计取下来进行校准，在线即可获得导热系数测定仪的误差，较为简便。
其中，被校准导热系数测定仪的计量热板1可以为方形或圆形，本申请中计量热板1为圆形，直径等于 240 mm，计量热板1和周边的防护热板2之间有 一个1 mm宽的环形缝隙，用于隔离计量热板1向周防护热板2的漏热。
进一步地，步骤S1中获取所述导热仪温度计的第一平均温度示值 tm的获取方法如下：
测量多个所述导热仪温度计的第一温度示值；
根据多个所述导热仪温度计的第一温度示值tm求平均值获得所述导热仪温度计的第一平均温度示值tm。
具体地，通过导热仪温度计测量多个所述导热仪温度计的第一温度示值tm。
进一步地，步骤S1中所述计量热板1的第一平均温度测量值tr1和所述防护热板2的第二平均温度测量值tr2的获取方法如下：
测量多个所述计量热板1的第一温度测量值tr1和多个所述防护热板2的第二温度测量值tr2；
根据多个所述计量热板1的第一温度测量值tr1求平均值获得所述计量热板1的第一平均温度测量值，根据多个所述防护热板2的第二温度测量值tr2求平均值获得所述防护热板2的第二平均温度测量值。
具体地，通过第一薄膜温度计4测量多个所述计量热板1的第一温度测量值和多个所述防护热板2的第二温度测量值。在第一薄膜温度计4上设置多个测量点，如图3所示，(A，E)、 (B，F)、(D，J)和( C，G) 分别对应防护热板2的内径附近和计量热板1的外径附近，因此，这四对用于测温的温度计可以指示防护热板2的温度对计量热板1温度的跟踪水平。为了消除边缘漏热，理想的情况下，这四对温度计的测量值应该两两相等。第一薄膜温度计4的温度测点分布使得可以测量得到计量热板1外沿的周向温度分布和径向温度分布、防护热板2内沿的周向温度分布。其中第一薄膜温度计4的校准结果如下面两个表所示：
表1计量热板1参考第一薄膜温度计4的校准结果
Figure 149269DEST_PATH_IMAGE003
进一步地，在步骤S2中，所述获得所述导热系数测定仪的误差包括获得导热仪平均温度的示值误差，所述导热仪平均温度的示值误差的计算公式如下：
Figure 627523DEST_PATH_IMAGE004
其中，tm为所述第一平均温度示值，tr1为所述第一平均温度测量值，tr2为所述第二平均温度测量值。
具体地，连续测量多个读数，取平均值完成单次测量。每隔 5 分钟测量一次，共测三次 i=1, 2, 3，取三次的平均值作为测量结果。
进一步地，还包括冷板7，所述冷板7与所述计量热板1之间形成空间，步骤S2中，所述获得所述导热系数测定仪的误差包括获得所述计量热板1与所述冷板7之间的温度差值误差，所述计量热板1与所述冷板7之间的温度差值误差的计算公式如下：
Figure 818858DEST_PATH_IMAGE002
其中，Δt为所述计量热板与所述冷板7之间的温度差值，Δtm为所述计量热板1与所述冷板7之间的第一温度差值Δtm，Δtr为所述计量热板1与所述冷板7之间的第二温度差值Δtr。
具体地，
Figure 424283DEST_PATH_IMAGE005
其中，Δt 为被校导热系数测定仪的所述计量热板1 与所述冷板7之间的温度差值误差，Δtm为导热仪温度计测量的所述计量热板1与所述冷板 7之间的第一温度差值，Δtr为第一薄膜温度计4和第二薄膜温度计5测量的所述计量热板1 与所述冷板7之间的第二温度差值。
根据Δtm可以计算出导热系数λ，λ=(Q*δ)/(A*Δtm)，其中，Q为导热仪测得的计量热板的加热功率，δ为被测试试样的厚度，A为导热仪中的计量热板的面积。
得到被校导热系数测定仪的所述计量热板1与所述冷板7之间的温度差值误差，可以准确得到计量热板1和冷板7之间的温差，从而计算出导热系数。
本发明还提供了一种导热系数测定仪的温度校准的装置，所述导热系数测定仪的温度校准的装置用于执行上述的导热系数测定仪的温度校准的方法，其中，所述导热系数测定仪的温度校准的装置包括第一薄膜温度计4，所述第一薄膜温度计4用于测量所述计量热板1的第一平均温度测量值和所述防护热板2的第二平均温度测量值。
具体地，第二薄膜温度计5上设置有多个测量点，K 至 P 为第二薄膜温度计5的温度测点位置。分别通过周边的四个膜片温度计给出对应计量热板1面积内的周向温度分布，三个沿径向的温度计给出计量面积内的径向温度分布。第二薄膜温度计5的校准结果如下表所示：
表2计量热板1参考第二薄膜温度计5的校准结果
Figure 624320DEST_PATH_IMAGE006
其中，EFGJ靠近计量热板1的边缘，距离宜不超过30mm，ABCD靠近防护热板2的边缘，距离宜不超过30mm。
进一步地，所述第一薄膜温度计4包括第一测量部11和第二测量部12，所述第一测量部11套设于所述第二测量部12外，所述第一测量部11用于测量所述计量热板1的第一平均温度测量值，所述第二测量部12用于测量所述防护热板2的第二平均温度测量值。
具体地，E、F、G和J多个测温传感器设置在第一测量部11处，A、B、C和D处多个测温传感器设置于第二测量部12处。第一薄膜温度计4的第一测量部11贴在计量热板1上，第二测量部12贴在防护热板2上。如图3所示设置有多个测温传感器，可以测量计量热板1的周向和径向的温度均匀性，最终可以给出各点的标准差来表示均匀性。
进一步地，所述导热系数测定仪的温度校准的装置还包括第二薄膜温度计5和冷板7，所述冷板7与所述计量热板1之间形成空间，所述第二薄膜温度计5用于测量所述冷板7的温度值。
具体地，第二薄膜温度计5的形状与冷板7的形状一致，且第二薄膜温度计5贴在冷板7上。
进一步地，所述导热系数测定仪的温度校准的装置还包括绝热板6，所述绝热板6设置于所述空间内。
具体地，绝热板6的材质与样品的材质相同。
如图5所示，在上述实施例的基础上，计量热板1和所述防护热板2的数量均为两个，加热件3设置于两个计量热板1和两个防护热板2之间。
在上述方案的基础上，加热件3为加热丝或薄膜加热片。
在上述方案的基础上，导热系数测定仪采用的是双试样导热系数测定仪，且其还包括两个冷板7，两个冷板7与两个计量热板1之间分别形成两个空间，该空间用于放置绝热板6。
本实施例提供的本发明提供的导热系数测定仪的温度校准的装置，包括：计量热板1、防护热板2和加热件3，防护热板2沿计量热板1的周向设置于计量热板1的外侧，加热件3分别与计量热板1和防护热板2贴合；其中，导热系数测定仪的加热单元还包括：第一凸起，第一凸起设置于计量热板1和/或防护热板2的对应侧面上，使计量热板1与防护热板2之间形成第一间隙，第一间隙的宽度从远离加热件3的方向到靠近加热件3的方向增大。
具体地，第一间隙为相对均匀的间隙，远离加热件3的宽度较小，靠近加热件3的宽度较大，增大的宽度可以减少计量热板1热量传递至防护热板2。
设置第一凸起能够满足计量热板1的强度，能够同时保证计量热板1的厚度和间隙的大小，同时间隙的面积占计量热板1的面积较小，不会引起额外的测量误差。
本发明提供的导热系数测定仪的加热单元测量时，设置第一间隙，远离加热件3的宽度较小，靠近加热件3的宽度较大，能够有效减少计量热板1与防护热板2温度之间热量传递带来的导热系数测量误差。被校准防护热板2导热仪的计量热板1为圆形，用于计量热板1和冷板7温度测量的薄膜温度计的厚度为 0.2 mm，环形的半径等于计量热板1的半径，即120 mm。 图3 中 A 至 H 为第一薄膜温度计4的温度测点位置和相应的膜片式温度计。(A,E)、 (B, F)、(D, J)和( C,G)分别对应计量防护热板2的内径附近和计量热板1的外径附近，因此。这四对温度计可以指示周防护热板2的温度对计量防护热板2温度的跟踪水平。为了消除边缘漏热，理想的情况下，这四对温度计的测量值应该两两相等。测量结果可以清楚地显示出计量热板1温度分布的均匀性、计量热板1和冷板7的温度差。 图4中 K 至 P 为第二薄膜温度计5的温度测点位置和相应的膜片式温度计。分别通过周边的四个膜片温度计给出对应计量热板1面积内的周向温度分布，三个沿径向的温度计给出计量面积内的径向温度分布。
综上，本发明为了能够在线获得导热系数测定仪的误差，根据所述第一平均温度示值、所述第一平均温度测量值和所述第二平均温度测量值获得所述导热系数测定仪的误差。无需将导热仪温度计取下来进行校准，在线即可获得导热系数测定仪的误差，较为简便。
以上所述实施方式仅表达了本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种导热系数测定仪的温度校准的方法，所述导热系数测定仪包括计量热板、防护热板和导热仪温度计，所述计量热板和防护热板之间设置有隔缝，所述导热仪温度计的测温端设置于所述隔缝内；其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、获取所述导热仪温度计的第一平均温度示值、所述计量热板的第一平均温度测量值和所述防护热板的第二平均温度测量值；
S2、根据所述第一平均温度示值、所述第一平均温度测量值和所述第二平均温度测量值获得所述导热系数测定仪的误差，所述获得所述导热系数测定仪的误差包括获得导热仪平均温度的示值误差，所述导热仪平均温度的示值误差的计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，其中，tm为所述第一平均温度示值，tr1为所述第一平均温度测 量值，tr2为所述第二平均温度测量值。
2.根据权利要求1所述的导热系数测定仪的温度校准的方法，其特征在于，步骤S1中获取所述导热仪温度计的第一平均温度示值的获取方法如下：
测量多个所述导热仪温度计的第一温度示值；
根据多个所述导热仪温度计的第一温度示值求平均值获得所述导热仪温度计的第一平均温度示值。
3.根据权利要求1所述的导热系数测定仪的温度校准的方法，其特征在于，步骤S1中所述计量热板的第一平均温度测量值和所述防护热板的第二平均温度测量值的获取方法如下：
测量多个所述计量热板的第一温度测量值和多个所述防护热板的第二温度测量值；
根据多个所述计量热板的第一温度测量值求平均值获得所述计量热板的第一平均温度测量值，根据多个所述防护热板的第二温度测量值求平均值获得所述防护热板的第二平均温度测量值。
4.根据权利要求1所述的导热系数测定仪的温度校准的方法，其特征在于，还包括冷板，所述冷板与所述计量热板之间形成空间，步骤S2中，所述获得所述导热系数测定仪的误差包括获得所述计量热板与所述冷板之间的温度差值误差，所述计量热板与所述冷板之间的温度差值误差的计算公式如下：
Figure 356625DEST_PATH_IMAGE002
其中，Δt为所述计量热板与所述冷板之间的温度差值误差，Δtm为所述计量热板与所述冷板之间的第一温度差值，Δtr为所述计量热板与所述冷板之间的第二温度差值。
5.一种导热系数测定仪的温度校准的装置，所述导热系数测定仪的温度校准的装置用于执行权利要求1所述的导热系数测定仪的温度校准的方法，其特征在于，所述导热系数测定仪的温度校准的装置包括第一薄膜温度计，所述第一薄膜温度计用于测量所述计量热板的第一平均温度测量值和所述防护热板的第二平均温度测量值。
6.根据权利要求5所述的导热系数测定仪的温度校准的装置，其特征在于，所述第一薄膜温度计包括第一测量部和第二测量部，所述第一测量部套设于所述第二测量部外，所述第一测量部用于测量所述计量热板的第一平均温度测量值，所述第二测量部用于测量所述防护热板的第二平均温度测量值。
7.根据权利要求6所述的导热系数测定仪的温度校准的装置，其特征在于，所述导热系数测定仪的温度校准的装置还包括第二薄膜温度计和冷板，所述冷板与所述计量热板之间形成空间，所述第二薄膜温度计用于测量所述冷板的温度值。
8.根据权利要求7所述的导热系数测定仪的温度校准的装置，其特征在于，所述导热系数测定仪的温度校准的装置还包括绝热板，所述绝热板设置于所述空间内。
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