一种防护热板法平板导热仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及测量仪器领域，具体地说是一种防护热板法平板导热系数测量仪器。
【背景技术】
[0002]导热系数是绝热材料的一个重要参数，尤其在化工、建筑行业涉及到热量的传递，导热系数的准确测量更为重要。导热系数是材料自身温度的函数，一般采用实验方法确定，主要分为稳态法和非稳态法。其中，防护热板法是一种标准的稳态测量方法，适用于测定干燥试件，被广泛地应用于工程、国防和高校教学实验中，以其温度范围宽、量程广、无需对测量单元进行标定等优点一直备受重视，所以出现了基于稳态保护热板法研制的导热系数测量仪器。如:授权号CN20270795U—种平板法导热仪实用新型专利。
[0003]在目前使用的双试件保护热板法稳态平板导热系数测定仪使用过程中，发现存在如下问题影响其平板导热系数测定精度，有必要进行改进。首先，用于试件侧边绝热保护的防护加热单元加热功率是通过手动改变的。操作人员要凭经验确定每个测试温度下的绝热保护的防护加热单元加热功率，输入与之相应的电压数值。经验不足的人操作，输入电压过大产生热惯性冲击，在热平衡位置上下振幅大，不易稳定。输入电压值过小热跟踪温度跟不上，热平衡时间过长，实现试件周边绝热缝零温差快速跟踪困难。绝热不好，产生附加的热流场歪曲。加热单元和试件的边缘绝热不良使试件中热流场偏离一维热流场的根源，也是该种仪器测量测量误差的主要因素之一。其二，目前使用的仪器其冷却单元冷却水入口和出口在同一侧，水流动途径不合理，冷却水入口和出口存在温差较大，产生冷却面温度不一致，导致试件中热流场热流密度不均匀。其三，该仪器计量单元加热电功率测量使用的是指针式功率表。该表最小量程37.5W，表盘刻度75格，每格指示0.5W，0.5W以下精度要估读。该仪器平时计量加热电功率范围O?1W，在最小量程的27 %以内，是模拟量测量线性度较差区域，测量精度不好。
[0004]在平板导热系数测量过程中，平板试件两侧温度的均匀性、准确性和给平板试件加热功率两个参数偏差对导热系数计算结果的影响非常大。因此减小当前使用的双试件保护热板法稳态平板导热系数测定仪存在的这些产生偏差因素，提高平板导热仪器参数测量的准确度非常重要。
【发明内容】
[0005]本实用新型提供了一种在现有的双试件保护热板法稳态平板导热系数测定仪基础上，改进防护加热单元加热功率的电压输入方法，根据计量单元热面温度自动跟进。改进冷却单元冷却水流动换热方式，提高冷却面温度均衡精度。提高测试件热面、冷面、防护加热单元温度测量精度，采用数字式电力测量仪提高计量单元加热电功率测量精度的防护热板法平板导热仪。
[0006]本实用新型技术方案结合【附图说明】如下:一种防护热板法平板导热仪，该导热仪包括冷却单元1、均热板2、冷面热电偶4、跟踪热电偶5、热面热电偶6、保护加热器7和加热计量单元8，所述的冷却单元1、均热板2、测试件3、冷面热电偶4、跟踪热电偶5、热面热电偶6相对于保护加热器7和加热计量单元8是上下对称设置相同的两套；其中保护加热器7和加热计量单元8布置在中间同一平面;所述的冷面热电偶4安装在冷却面的均热板2内并且多点并联;所述的热面热电偶6安装在加热面的均热板2内，与加热计量单元8位置对应并且多点并联;所述的跟踪热电偶5安装在加热面的均热板2内，与保护加热器7位置对应并且多点并联;该导热仪还包括自动控制系统;所述的自动控制系统包括空气开关13、交流电压调压器14、电力测量仪15、温度跟踪控制器16、电阻17、固态继电器18、固态调压器19、交流电压表20和温度显示器21;其中所述的温度跟踪控制器16的一个输入端与热面热电偶6连接，热面热电偶6的另一端为测量点，测量测试件3热面温度;温度跟踪控制器16另一个输入端与跟踪热电偶5连接，跟踪热电偶5的另一端为测量点，测量保护加热器7热面温度;所述的温度跟踪控制器16的一个输出端与电阻17和固态调压器19连接;另一个输出端与固态继电器18连接，两个输出端与电压表20和保护加热器7连接;所述的空气开关13分别与交流电压调压器14、温度跟踪控制器16和温度显示器21相连接;所述的电力测量仪15电流输入端与电压调压器14和加热计量单元8之间串联，电压输入端与加热计量单元8之间并联;所述的温度显示器21输入端与冷面热电偶4连接，冷面热电偶4的另一端为测量点，测量测试件3冷面温度。
[0007]所述温度跟踪控制器16上增加了一个温度变送输出模块，与电阻17相连端口为温度变送输出端，该温度变送输出模块串联一个电阻17，取电阻17两端的电压信号作为固态调压器(19)的钳制电位;所述的温度跟踪控制器16上与固态继电器18相连端口为开关信号输出端，输出一个控制保护加热器7控制回路中的开、关和占空比的开关信号。
[0008]所述的温度跟踪控制器16上温度变送输出模块的电流为4mA?20mA，是根据热面热电偶6的温度变送的。
[0009]所述的冷却单元I是将水套用蛇形板分为两个区域;在水套的上方设置两个进水通道即左进水通道9和右进水通道11，两个进水通道的进水口呈对角线设置;所述的左、右进水通道9、11设置在冷却单元水套面板上，对应蛇形板形成的各个流水通道的位置钻有孔洞，孔洞的直径大小不同；在水套侧面与进水口呈对角线的位置设置对应的左、右出水通道1、12，两股冷却水交叉流动。
[0010]所述的电力测量仪15的电流测量范围为OmA?5000mA。
[0011 ]本实用新型专利的有益效果是:
[0012](I)、本实用新型专利方案在该防护热板法平板导热仪制作、调试时，根据该防护热板法平板导热仪使用环境温度，该仪器的热容量、比热等相关温度参数计算，结合实验经验确定绝热保护的防护加热单元加热功率曲线。将操作人员要凭经验确定的每个测试温度下的绝热保护的防护加热单元加热功率，输入与之相应的电压数值，变为该测试温度的函数，由测量温度变送成电信号，仪器自动跟踪，输入与之相应的电压数值。在使用过程中就不用凭经验确定每个测试温度下的绝热保护的防护加热单元加热功率。对于没有经验的操作者，特别是学生，只要通过改变加热计量单元的电功率，调到自己要测的温度，本方案的防护热板法平板导热仪就会根据要测的温度自动确定相应的绝热保护的防护加热单元加热功率，使绝热保护面形成零温差。快速，准确。操作简单。
[0013](2)、冷却水流动合理，冷却温度均匀，温差小。测量温度均匀、准确。
[0014](3)、计量单元加热电功率测量精确，电功率测量精确到mW级。从而，导热系数检测精度大大提尚。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型结构不意图；
[0016]图2为本实用新型冷却单元结构示意图；
[0017]图3为本实用新型电气控制系统接线图。
[0018]图中:1、冷却单元;2、均热板;3、测试件;4、冷面热电偶；5、跟踪热电偶;6、热面热电偶;7、保护加热器;8、加热计量单元;9、左进水通道；10、左出水口； 11、右进水通道；12、右出水口； 13、空气开关；14、交流电压调压器；15、电力测量仪；16、温度跟踪控制器；17、电阻；18、固态继电器;19、固态调压器;20、交流电压变;21、温度显示器。
【具体实施方式】
[0019]参阅图1、图3，一种防护热板法平板导热仪，该导热仪包括冷却单元1、均热板2、冷面热电偶4、跟踪热电偶5、热面热电偶6、保护加热器7、加热计量单元8和电气控制系统，所述的冷却单元1、均热板2、测试件3、冷面热电偶4、跟踪热电偶5、热面热电偶6相对于保护加热器7和加热计量单元8是上下对称设置相同的两套;其中保护加热器7和加热计量单元8布置在中间同一平面;所述的冷面热电偶4安装在冷却面的均热板2内并且多点并联;所述的热面热电偶6安装在加热面的均热板2内，与加热计量单元8位置对应并且多点并联;所述的跟踪热电偶5安装在加热面的均热板2内，与保护加热器7位置对应并且多点并联。
[0020]本实用新型在现有的双试件保护热板法稳态平板热导系数测定仪基础上，增加了测量试件侧面绝热保护的自动控制系统。所述的自动控制系统包括空气开关13、交流电压调压器14、电力测量仪15、温度跟踪控制器16、电阻17、固态继电器18、固态调压器19、交流电压表20和温度显不器21。
[0021]所述的温度跟踪控制器16的一个输入端与热面热电偶6连接，热面热电偶6的另一端为测量点，测量测试件3热面温度;温度跟踪控制器16另一个输入端与跟踪热电偶5连接，跟踪热电偶5的另一端为测量点，测量保护加热器7热面温度。
[0022]所述的温度跟踪控制器16的一个输出端与电阻17和固态调压器19连接，所述的温度跟踪控制器16温度变送输出模块的电流为4mA?20mA，是根据热面热电偶6的温度变送的。该输出模块串联一个电阻17，取电阻17两端的电压信号作为固态调压器19的钳制电位，控制保护加热器7在对应温度下最大输出电压(最大输出功率)。温度跟踪控制器16的另一个输出端与固态继电器18连接，控制固态继电器18的开、关，进而控制保护加热器7电路的通、断，用固态继电器18的占空比控制保护加热器7输出电功率时长。
[0023]温度跟踪控制器16的两个输出端与电压表20和保护加热器7连接;所述的空气开关13分别与交流电压调压器14、温度跟踪控制器16和温度显示器21相连接。
[0024]所述的电力测量仪15电流输入端与电压调压器14和加热计量单元8之间串联，电压输入端与加热计量单元8之间并联;所述的温度显示器21输入端与冷面热电偶4连接，冷面热电偶4的另一端为测量点，测量测试件3冷面温度。温度显示器21读取测试件3冷面温度。去掉测试件冷面温度和热保护跟踪温度之间转换开关，避免了每一次转换遗存电压的误差，以及学生实验操作