HWX-II (Phương pháp nguồn nhiệt mặt phẳng công suất không đổi) Thông số vật lý nhiệt thông minh Tester

Thiết bị này cung cấp một phương pháp thông minh để kiểm tra các thông số vật lý nhiệt bằng phương pháp nguồn nhiệt mặt phẳng công suất không đổi. Hệ thống được đặc trưng bởi độ chính xác đo lường cao, mức độ tự động hóa cao và hoạt động dễ dàng. Kết quả thử nghiệm cho thấy cả độ dẫn nhiệt và độ dẫn nhiệt đều có sai số thử nghiệm nhỏ hơn ± 4%.
1: Tóm tắt
Các thông số vật lý nhiệt là một trong những đại lượng vật lý vĩ mô của vật chất và là các thông số cơ bản quan trọng của tất cả các loại nghiên cứu khoa học và thiết kế kỹ thuật. Nó bao gồm độ dẫn nhiệt, dẫn nhiệt, nhiệt cụ thể, giãn nở nhiệt và phát xạ nhiệt, trong đó độ dẫn nhiệt và dẫn nhiệt là các chỉ số chính của các thông số vật lý nhiệt của vật chất.
Hiện nay, hầu hết các dụng cụ được sản xuất trong nước để đo các thông số vật lý nhiệt của vật liệu rắn đều sử dụng chênh lệch tiềm năng và điện kế để xác định công suất nhiệt của lò sưởi và tiềm năng cặp nhiệt điện và các thông số liên quan, tính toán thủ công độ dẫn nhiệt và độ dẫn nhiệt. Nhược điểm của nó là mức độ tự động hóa thấp, tính phổ biến kém, quá trình điều chỉnh phức tạp và kết quả kiểm tra bị ảnh hưởng nhiều bởi yếu tố con người. Máy kiểm tra độ dẫn nhiệt được sản xuất ở nước ngoài, cấu trúc phức tạp, đắt tiền và không thuận tiện cho việc sử dụng quảng cáo. Do đó, cần khẩn trương phát triển một công cụ tự động có mức độ tự động hóa cao, dễ vận hành, tốc độ thí nghiệm nhanh, độ chính xác cao và tính linh hoạt cao để xác định các thông số vật lý nhiệt của vật chất.
Để đo độ dẫn nhiệt và độ dẫn nhiệt của vật liệu, có nhiều phương pháp thử nghiệm và dụng cụ thử nghiệm tương ứng, phương pháp thử được sử dụng bởi dụng cụ này "Hệ thống kiểm tra thông số vật lý nhiệt thông minh" - nguyên tắc thử nghiệm của phương pháp nguồn nhiệt mặt phẳng công suất không đổi, phương pháp thử nghiệm thực hiện và kết quả thử nghiệm.
2: Nguyên tắc kiểm tra
Kiểm tra phần cố định và sưởi ấm của hệ thống kiểm tra các thông số vật lý nhiệt của phương pháp nguồn nhiệt phẳng công suất không đổi
Vật liệu thử nghiệm 1, vật liệu thử nghiệm 2, vật liệu thử nghiệm 3 là cùng một vật liệu được buộc chặt với độ dày khác nhau. Trong đó độ dày của vật liệu thử 1 là δ, độ dày của vật liệu thử 2 là x1 và độ dày của vật liệu thử 3 là δ+x1. Mỗi cặp nhiệt điện được đặt giữa vật liệu thử nghiệm 1 và vật liệu thử nghiệm 2, vật liệu thử nghiệm 2 và vật liệu thử nghiệm 3 để xác định sự gia tăng nhiệt độ của hai bề mặt trên và dưới của vật liệu thử nghiệm 2, và một máy sưởi mặt phẳng điện liên tục được đặt giữa vật liệu thử nghiệm 2 và vật liệu thử nghiệm 3. Nếu chiều dài và chiều rộng của vật liệu thử 2 gấp 8 đến 10 lần độ dày của nó, công suất của lò sưởi là không đổi và công suất nhiệt của lò sưởi là 0. Trong những điều kiện này, vật liệu thử nghiệm 2 có thể được coi là một bức tường phẳng vô hạn và vật liệu thử nghiệm không có nguồn nhiệt bên trong. Bật nguồn nóng, lò sưởi cung cấp nhiệt đối xứng lên và xuống hai mặt, mỗi bên là q0 kcal/m2. Trong thời gian cấp điện cho máy sưởi phẳng, nhiệt độ ban đầu của vật liệu thử nghiệm ba là nhất quán bằng T ở khắp mọi nơi, và với thời gian τ tăng, vật liệu thử nghiệm sẽ nóng lên, dòng nhiệt dần được truyền sang hai bên cách xa lò sưởi, trong quá trình này sự thay đổi nhiệt độ của nó chỉ xảy ra theo hướng vuông góc với máy sưởi phẳng.

Sơ đồ 1 Sơ đồ các bộ phận sưởi ấm và cố định của vật liệu thử nghiệm
Trong các điều kiện trên, độ dẫn nhiệt λ, độ dẫn nhiệt α của vật liệu thử nghiệm có thể được tính bằng cách nhấn [1]:
Hệ số dẫn nhiệt độ
Độ dẫn nhiệt
ξ2x1 - được tìm thấy trực tiếp từ bảng dựa trên số lượng đã xác định
θ (0, τ0) – sự gia tăng nhiệt độ của vùng trung tâm trên bề mặt tiếp xúc của vật liệu thử nghiệm 2 tại thời điểm τ0 với máy sưởi phẳng.

3 Thực hiện phương pháp test
Theo nguyên tắc thử nghiệm, thiết bị thử nghiệm bao gồm ba phần của thử nghiệm và vật cố thử nghiệm, hệ thống sưởi ấm và thu thập và xử lý dữ liệu chip đơn (Hình 2).

(Mới đi vào sản xuất đã thay đổi hệ thống điều khiển chip đơn thành điều khiển máy tính hoặc máy tính xách tay)
Hình 2 Sơ đồ thiết bị đo tham chiếu vật lý nhiệt
Các kiện thử chia thành ba khối, một khối ở giữa khá mỏng, hai bên khá dày. Cặp nhiệt điện được cố định giữa linh kiện thử và linh kiện thử. Hệ thống sưởi ấm bao gồm lò sưởi và nguồn điện ổn định để tạo ra nhiệt ổn định. Hệ thống chip đơn xử lý dữ liệu theo thuật toán được cung cấp bởi nguyên tắc thử nghiệm và hiển thị kết quả để in.
Phương pháp nguồn nhiệt mặt phẳng công suất không đổi đo các thông số vật lý nhiệt của vật liệu và cần được khám phá thêm về nguyên tắc phương pháp và kỹ thuật thử nghiệm. Để xác định chính xác các thông số vật lý nhiệt của vật liệu, ngoài việc đo chính xác nhiệt độ và thời gian, các điều kiện thí nghiệm sau đây phải được đáp ứng: (1) mẫu được kiểm tra đều đẳng hướng và tính vật lý của nó là hằng số; (2) chiều dài và chiều rộng của mẫu vật là 8-10 lần độ dày, tức là mẫu vật là bán vô hạn, và có nhiệt độ ban đầu đồng đều và nhất quán; (3) Nguồn nhiệt mặt phẳng công suất không đổi; (4) Công suất nhiệt của lò sưởi là 0. Nếu các điều kiện trên không được đáp ứng, sai số đo lường phải được tạo ra, do đó các yếu tố sai số này phải được phân tích và sửa đổi và kiểm soát thích hợp các điều kiện thí nghiệm và cải thiện thiết bị thí nghiệm để đạt được độ chính xác cao [2~4].
3.1 Thiết kế phần cứng hệ thống
Hệ thống kiểm tra thông số vật lý nhiệt thông minh bằng phương pháp nguồn nhiệt mặt phẳng công suất không đổi là một hệ thống kiểm tra thế hệ mới dựa trên chip đơn 8031, sử dụng chip đơn để thực hiện các tính toán khác nhau về dữ liệu đo lường, loại trừ hoặc giảm lỗi do tín hiệu nhiễu, mạch tương tự và các yếu tố con người gây ra.
Phần cứng hệ thống bao gồm cảm biến, mạch khuếch đại phía trước, mạch điều khiển kênh, mạch chuyển đổi analog-digital, mạch hiển thị và điều khiển bàn phím, mạch điều khiển và điều khiển in, hệ thống chip đơn, giám sát hệ thống và mạch bảo vệ dự phòng, hệ thống và nguồn cung cấp điện nóng, nóng, kẹp mẫu và các bộ phận khác. Các thành phần cứng hệ thống được trình bày trong Hình 3.

Sơ đồ 3 Phần cứng hệ thống kiểm tra tạo thành sơ đồ khối
Đường cong đặc tính nhiệt độ-điện áp của cặp nhiệt điện ở dạng hàm mũ và hệ thống này sử dụng phương pháp tính toán chip đơn để điều chỉnh tuyến tính. Ngoài ra, bảng chỉ mục cặp nhiệt điện được thiết lập với nhiệt độ đầu lạnh của cặp nhiệt điện bằng 0 ℃, nếu nhiệt độ đầu lạnh không bằng 0 ℃, thế năng nhiệt điện sẽ thay đổi với nhiệt độ đầu lạnh, vì vậy mạch đo nhiệt độ cặp nhiệt điện phải được điều chỉnh. Hệ thống này sử dụng cảm biến nhiệt độ tích hợp AD590 để bù cho đầu lạnh của cặp nhiệt điện. Sơ đồ mạch phần cứng và mạch khuếch đại phía trước của bộ bù đầu lạnh cặp nhiệt điện dựa trên định luật kết nối cặp nhiệt điện và định luật nhiệt độ trung gian như hình 4.

Hình 4 Bù lạnh cặp nhiệt điện và sơ đồ mạch khuếch đại phía trước
Mạch chuyển đổi analog-digital sử dụng bộ chuyển đổi A/D tích hợp kép ICL7135, thiết lập các trạng thái làm việc khác nhau thông qua bàn phím và hiển thị chúng dưới các hình thức khác nhau trên màn hình, chức năng chính của mạch điều khiển in là điều khiển hành động cơ học của đầu in mini, hệ thống giám sát mạch bảo vệ dự phòng được thiết kế để ngăn chặn hệ thống chip đơn do mất điện tức thời, lưới điện dưới điện áp và phần mềm "chạy".
3.2 Thiết kế phần mềm
Phần mềm hệ thống là một phần quan trọng của hệ thống kiểm tra, nó bao gồm mô-đun quản lý hệ thống, hoạt động dữ liệu, quản lý máy in, cài đặt tham số, bộ lọc thu thập dữ liệu, tiềm năng nhiệt cặp nhiệt điện - biến đổi nhiệt độ, xử lý gián đoạn, quản lý đồng hồ và các mô-đun khác. Thông qua mô - đun quản lý hệ thống kết hợp chúng một cách hữu cơ theo cấu trúc phân cấp nhất định, bạn có thể hoàn thành các chức năng. Các bản vẽ quy trình phần mềm quản lý hệ thống như hình 5.

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)
4 Kết quả kiểm tra
Độ dẫn nhiệt của bọt polyurethane đã được thử nghiệm bằng cách sử dụng hệ thống kiểm tra thông số vật lý nhiệt thông minh và so sánh với các dụng cụ kiểm tra truyền thống. Thông số kỹ thuật của vật liệu được thử nghiệm là: vật liệu thử nghiệm 1: 200 × 200 × 65mm; vật liệu thử nghiệm 2: 200 × 200 × 22mm; vật liệu thử nghiệm 3: 200 × 200 × 90mm. Kết quả thử nghiệm được hiển thị trong Bảng 1. Kết quả thí nghiệm cho thấy hệ thống kiểm tra thông minh vượt trội so với các dụng cụ kiểm tra truyền thống về tỷ lệ lặp lại, phương sai trung bình và sai số tương đối của các giá trị đo dẫn nhiệt. Sau khi xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của thử nghiệm, lỗi kiểm tra độ dẫn nhiệt nhỏ hơn ± 4%.
B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)
Loại dụng cụ Phương pháp nguồn nhiệt phẳng
Số lượng thí nghiệm Loại thông minh Thông số vật lý nhiệt Hệ thống kiểm tra độ dẫn nhiệt truyền thống
1 0.027985 0.02824
2 0.027947 0.02737
3 0.027836 0.02840
4 0.027875 0.02861
5 0.027652 0.02785
Trung bình 0.027859 0.02809
Phương sai trung bình 1,159776 × 10-4 4,39299 × 10-4
Lỗi tương đối 3,18% 4,04%