TPS法熱常數(shù)分析儀的開發(fā)與應(yīng)用研究.pdf

1、TPS法熱常數(shù)分析儀的開發(fā)與應(yīng)用研究DevelopmentandResearchofThermalConstantAnalyzerBasedonTPSMethod學(xué)科專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)研究生：豐正功指導(dǎo)教師：李艷寧教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)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(xué)術(shù)理論上具有廣泛的研究對(duì)象，而且在工業(yè)實(shí)踐中也有十分重要的應(yīng)用，獲取準(zhǔn)確可靠的熱常數(shù)具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

2、物質(zhì)熱常數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jiǎn)稱TPS法)是一種可以同時(shí)測(cè)量物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)的瞬態(tài)測(cè)試方法，該方法具有測(cè)量速度快、測(cè)量精度高和測(cè)量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)被測(cè)樣品的形態(tài)無特殊要求。目前在國(guó)外已有基于TPS技術(shù)的熱常數(shù)分析儀上市，但是國(guó)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(bǔ)償了探頭熱容，功率變化和時(shí)間延遲的

3、影響，簡(jiǎn)化探頭溫升模型，并對(duì)測(cè)量參數(shù)設(shè)置的合理性做出評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一臺(tái)可以同時(shí)測(cè)量固體和液體導(dǎo)熱系數(shù)的熱常數(shù)分析儀，以此來填補(bǔ)國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。論文完成的主要內(nèi)容如下：第一章：介紹傳熱學(xué)的研究?jī)?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(duì)比目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于熱常數(shù)的研究現(xiàn)狀，提出本課題的設(shè)計(jì)指標(biāo)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(chǔ)，基于熱傳導(dǎo)理論推導(dǎo)出探頭的理論溫升模

4、型。分析了影響TPS法測(cè)量結(jié)果誤差的因素并從理論模型中加以補(bǔ)償。第三章：繪制TPS方法理論模型中D(t)的函數(shù)曲線，針對(duì)TPS方法理論溫升模型求解復(fù)雜的問題，修正了文獻(xiàn)中方形探頭簡(jiǎn)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(duì)簡(jiǎn)化后的模型進(jìn)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(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)方案中基于可調(diào)穩(wěn)壓器和數(shù)字電位計(jì)的穩(wěn)壓電源系統(tǒng)和基于Labview的上位機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。第五章：對(duì)探頭的熱