一种基于瞬态平面热源法的热导率检测方法

本发明涉及测量，具体涉及一种基于瞬态平面热源法的热导率检测方法。

背景技术：

1、热导率是衡量材料热量传输能力的非常重要的热物性参数，在机械、能源、建筑等领域有着重要的作用。通常热导率的测量方法可以分为两类：稳态法和非稳态法，其中，瞬态平面热源法(transient plane source method，tps)是基于瞬态热线法(transient hotwire，thw)开发出来的一种用于测量材料热导率的测量方法，属于非稳态法的一种，也被称为“hot disk”法，因其测量范围广、时间短、精度高、样品制备简单等特点而被广泛应用。

2、现有的tps测量方法基于的是理想状态下探头的传热，而忽视了接触热阻、功率波动等带来的影响，导致采集到的用于计算材料热导率的温升数据只有部分是有效的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种基于瞬态平面热源法的热导率检测方法，能够提高测量结果的精确性和稳定性。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、根据本发明实施例的基于瞬态平面热源法的热导率检测方法，包括如下步骤：

4、s1，获取探头的温升数据，所述温升数据为所述探头的温度随时间的变化值；

5、s2，基于所述温升数据，确定有效温升范围；

6、s3，在所述有效温升范围内确定初步的热导率数组；

7、s4，将所述热导率数组进行分组，分析每组的离散程度并确定热导率测量值。

8、进一步地，所述步骤s1包括：

9、s11，基于瞬态平面热源法，分别采集定值电阻和探头电阻的电压信号；

10、s12，基于所述定值电阻和探头电阻的电压信号，获取所述探头的所述温升数据。

11、进一步地，所述步骤s11中，所述电压信号的采集数量为第一预定阈值以上。

12、进一步地，所述第一预定阈值为100。

13、进一步地，所述步骤s2包括：

14、s21，分析所述温升数据与时间的相关系数；

15、s22，确定所述相关系数为第二预定阈值以上的温升数据为所述有效温升范围。

16、进一步地，所述步骤s21中，自首个所述温升数据的测量时间满足第三预定阈值条件的所述温升数据开始，分析所述温升数据与时间的相关系数。

17、进一步地，所述步骤s22中，确定所述相关系数为第二预定阈值以上且所述温升数据为预定标准以上的温升数据为所述有效温升范围。

18、进一步地，所述步骤s22中，所述第二预定阈值为0.95以上，且单位时间内所述温升数据的平均值为国际标准所规定的标准值以上。

19、进一步地，所述步骤s3包括：

20、s31，对于所述温升数据，进行基于探头热容的校正和/或探头功率校正，得到校正后温升数据；

21、s32，对于校正后温升数据，迭代并统计热扩散率k；

22、s33，基于所述热扩散率k，计算时间窗口函数tmax/θ，其中，所述时间窗口函数tmax/θ＝tmax.k/a2，其中，a表示tps探头的双螺旋发热元件最外圈线圈的平均半径，tmax表示最大测量时间；

23、s34，对于所述时间窗口函数满足预定范围内的校正后温升数据，计算对应的热导率并统计记入所述初步的热导率数组。

24、进一步地，所述步骤s4包括：

25、s41，将所述热导率数组进行分组，每组数据数量相同；

26、s42，计算并统计每组热导率的平均值和标准偏差；

27、s43，以所述标准偏差最小的一组的所述热导率的平均值为所述热导率测量值。

28、本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：

29、根据本实施例的基于瞬态平面热源法的热导率检测方法，考虑接触热阻的影响，通过筛选出有效温升范围来计算热导率测量值，能够提高测量结果的精确性和稳定性；

30、进一步地，根据本实施例的基于瞬态平面热源法的热导率检测方法，通过对温升数据进行线性分析，去除受干扰区域以确定有效温升范围，其计算结果更加可靠；

31、进一步地，基于单位时间内的温升数据平均值进一步确定有效温升范围，可以将温升数据中的无效数据进行排除，进一步提高了温升数据提取的准确性；

32、更进一步地，基于探头热容的校正和/或探头功率对于温升数据进行校正，并利用校正后的温升数据来计算热导率，能够有效消除功率波动、探头本身厚度对温升数据准确性的影响；

33、此外，通过时间窗口函数进一步限定校正后温升数据，再次缩小检测范围，能够进一步提高检测精度。

技术特征：

1.一种基于瞬态平面热源法的热导率检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的热导率检测方法，其特征在于，所述步骤s1包括：

3.根据权利要求2所述的热导率检测方法，其特征在于，所述步骤s11中，所述电压信号的采集数量为第一预定阈值以上。

4.根据权利要求3所述的热导率检测方法，其特征在于，所述第一预定阈值为100。

5.根据权利要求1所述的热导率检测方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

6.根据权利要求5所述的热导率检测方法，其特征在于，所述步骤s21中，自首个所述温升数据的测量时间满足第三预定阈值条件的所述温升数据开始，分析所述温升数据与时间的相关系数。

7.根据权利要求5所述的热导率检测方法，其特征在于，所述步骤s22中，确定所述相关系数为第二预定阈值以上且所述温升数据为预定标准以上的温升数据为所述有效温升范围。

8.根据权利要求7所述的热导率检测方法，其特征在于，所述步骤s22中，所述第二预定阈值为0.95以上，且单位时间内所述温升数据的平均值为国际标准所规定的标准值以上。

9.根据权利要求2所述的热导率检测方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

10.根据权利要求1所述的热导率检测方法，其特征在于，所述步骤s4包括：

技术总结
本发明提供一种基于瞬态平面热源法的热导率检测方法，包括如下步骤：S1，获取探头的温升数据，所述温升数据为所述探头的温度随时间的变化值；S2，基于所述温升数据，确定有效温升范围；S3，在所述有效温升范围内确定初步的热导率数组；S4，将所述热导率数组进行分组，分析每组的离散程度并确定热导率测量值。根据本发明实施例的基于瞬态平面热源法的热导率检测方法，通过筛选出有效的温升数据以用于计算得出热导率测量值，提高测量结果的精确性和稳定性。

技术研发人员：贾志杰,杨莉萍,曹成成,李会东,雒彩云,徐子君,陶冶,钟秋
受保护的技术使用者：中国科学院上海硅酸盐研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10