基于热线法的导热系数自动测试仪

　　导热系数川是表征物质热传导性质的物理量，材料结构的变化与所含杂质的不同对导热系数值都有明显的影响。提高测量导热系数的精度对于合理选用保温材料、有效利用和节约能源有着重要意义。导热系数测定方法可分两大类:稳态法和瞬态法。其中，瞬态法具有实验时间短、测定速度快、准确且一般无需测量试件的导热量。热线法是瞬态法的一种，由于它更快捷、准确和方便，常用来测量固体材料的导热系数，也可用来测算高温粉状颗粒的导热系数，但大多停留于手工或半自动化阶段。

　　本文将“上位机+下位机”模式应用于导热系数测试仪，提高了测量处理的自动化和智能化程度，降低了整机造价。同时，虚拟仪器技术的应用，既提供一个虚拟可视的高温粉状颗粒材料导热系数测控平台，又大大减少了软件编程，减少了工作量且提高了仪器的性能。

　　1热线法的测试原理

　　热线法的基本原理是在试验材料中间，放置一根细长的金属加热丝(“热线”)，并通过一个恒定的电流，目的是形成一个能产生恒定热流密度的线热源，并置于半无穷大(理想上)的均匀物体(即被测材料)上，则其温度场可用一维圆柱坐标来描述。在热线上或附近任选一点为测温点，则该测点温度随时间变化的规律应遵循其导热微分方程，对此方程进行求解.得到导热系数的计算公式:

　　式中:人为导热系数(W/(m·K))，q为热线单位长度上的加热功率(W)，尸为热线AB段的加热功率(W)，L为AB段的长度(m)，e为热线的温度(℃)，t为对应温度的加热时间(s)，A为In(r)一0曲线的线性区的斜率。

　　2系统硬件

　　从经济高效的原则选择硬件设备，各部分硬件应达到精度高，效率高，兼容性好的要求，而且为提高测试仪的自动化程度，计算机必不可少。考虑到以上因素测试系统的硬件部分包括:恒流电源、热电偶信号放大和冷端补偿，A/D转换电路，以及单片机和计算机等〔’」。热线由低电阻温度系数的合金材料Nicr丝制成，长200士0.smm，其直径不大于0.35mm。热线在测量过程中，其电阻值随温度的变化不大于0.5%。试样盒采用耐高温氮化硅材料制作，尺寸为ZoommxlO0mmx50mm。下试样盒是l个无盖的方盒，上试样盒是1个方框，另带1个盖。恒流电源，通过热线为试样提供恒定的加热功率。电阻炉在加热算法控制下用于对待测材料进行加热，使其快速达到要求的初始恒定测量温度。由热线通过恒流来产生阶跃温度信号。由热电偶测量材料随该阶跃温升的响应。采用MAx6675芯片完成信号放大、热电偶冷端补偿和灯D转换功能。该芯片使温度测量的前端电路变得十分简单可靠，直接输出数字化的温度信号，该数字信号最后由计算机计算出导热系数。整个测试仪器的硬件结构如图1所示。