本文選題：導熱系數 + 防護熱板法　； 參考：《天津大學》2016年碩士論文

【摘要】：導熱系數是衡量隔熱材料熱物性的重要參數之一,隔熱材料導熱系數的準確獲取與航空航天、建筑節(jié)能等領域的研究和發(fā)展緊密相關。防護熱板法是測量隔熱材料導熱系數最精確的方法,目前國內基于此方法的導熱系數測定儀測量溫度范圍在常溫附近,高溫需求明顯,因此實驗室相繼研制了第一代和第二代高溫導熱系數測定儀。第一代高溫導熱系數測定儀實現了測量功能,第二代高溫導熱系數測定儀在第一代的基礎上對機械結構的一些不足進行了改善,提出了基于不同厚度的標定方法,但對測試棧體的溫度分布和各構件的相互影響認識不足,溫度控制精度有待提高、測量效率仍然較低。對這些問題涉及的關鍵技術進行研究具有重要的意義。本課題在第二代高溫導熱系數測定儀的基礎上,通過有限元ANSYS軟件對測試棧體的溫度分布和構件布局對溫度的影響進行仿真分析,從而優(yōu)化機械結構;設計溫度采集模塊和多熱電偶校準爐,實現溫度的準確控制和校準;提出了基于動態(tài)周期識別的系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)判斷方法,實現測量效率的提高。本文完成的主要工作有:1.介紹導熱系數基本概念和主要測試方法,然后闡述了防護熱板法導熱儀的國內外發(fā)展現狀和趨勢,指出了基于防護熱板高溫導熱系數測定儀的關鍵技術和實驗室第二代樣機的優(yōu)缺點,最后說明了本課題的研究目的和內容。2.介紹傅里葉一維傳熱定律和導熱系數計算公式,然后介紹防護熱板法測量原理,最后是機械結構的設計,并對測試棧體整體溫度分布、外護板對熱場的影響進行了仿真分析和機械優(yōu)化。3.設計了儀器的溫度采集模塊,包括方案選型、冷端補償、模擬前端設計、AD采樣電路、通信接口和軟件設計,以及溫度采集實驗。4.多熱電偶校準爐設計,包括對多熱電偶插孔均溫塊、加熱絲和鈑金的機械設計,E5CC溫控和加熱電路設計,熱電偶標定實驗。5.儀器快速測量方法研究,介紹卡爾曼濾波理論和算法,以及基于卡爾曼濾波的PID溫度控制;描述了基于動態(tài)周期識別的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)判斷方法,最后是人機交互軟件設計和測量實驗。6.結論與展望,對論文的主要結論進行總結,并指出尚存問題,以明確后期努力方向。
[Abstract]:Thermal conductivity is one of the important parameters to measure the thermal properties of thermal insulation materials. The accurate acquisition of thermal conductivity of thermal insulation materials is closely related to the research and development of aerospace, building energy conservation and other fields. The thermal plate method is the most accurate method to measure the thermal conductivity of heat insulating materials. At present, the temperature range of the thermal conductivity measuring instrument based on this method is near normal temperature, and the demand for high temperature is obvious. Therefore, the first generation and the second generation of high temperature thermal conductivity measurement instrument have been developed in the laboratory. The first generation high temperature thermal conductivity measuring instrument has realized the measuring function, the second generation high temperature thermal conductivity measuring instrument has improved some shortcomings of the mechanical structure on the basis of the first generation, and has proposed the calibration method based on different thickness. However, the temperature distribution of the test stack and the interaction of each component are not well understood, the precision of temperature control needs to be improved, and the measuring efficiency is still low. It is of great significance to study the key technologies involved in these problems. On the basis of the second generation high temperature thermal conductivity measuring instrument, this paper simulates and analyzes the temperature distribution of the test stack and the influence of the component layout on the temperature by finite element ANSYS software, so as to optimize the mechanical structure. The temperature acquisition module and multi-thermocouple calibration furnace are designed to realize the accurate temperature control and calibration, and a method for judging the stable state of the system based on dynamic cycle identification is proposed to improve the measuring efficiency. The main work accomplished in this paper is 1: 1. This paper introduces the basic concept and main testing methods of thermal conductivity, and then expounds the present situation and trend of the thermal conductivity instrument of the protective hot plate method at home and abroad. This paper points out the key technology of the high temperature thermal conductivity measuring instrument based on the protective hot plate and the advantages and disadvantages of the second generation prototype of the laboratory. Finally, the purpose and content of the research are described. This paper introduces Fourier's one-dimensional heat transfer law and calculation formula of thermal conductivity, then introduces the measuring principle of protective hot plate method, and finally, the design of mechanical structure, and the whole temperature distribution of the test stack. The influence of outer shield on thermal field is simulated and optimized. 3. 3. The temperature acquisition module of the instrument is designed, including scheme selection, cold end compensation, analog front-end design, AD sampling circuit, communication interface and software design, and temperature acquisition experiment .4. The design of multi-thermocouple calibration furnace includes the mechanical design of multi-thermocouple Jack, heating wire and sheet metal, the design of E5CC temperature control and heating circuit, and the thermocouple calibration experiment .5. This paper introduces the theory and algorithm of Kalman filter and PID temperature control based on Kalman filter, describes the method of system steady-state judgment based on dynamic period recognition. Finally, the human-computer interaction software design and measurement experiment. 6. Conclusion and prospect, the main conclusions of the paper are summarized, and the remaining problems are pointed out in order to clarify the direction of the later efforts.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH81

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本文編號：1867022