本实用新型专利技术涉及一种热导率测量仪，尤其涉及一种散状材料热导率测量仪。该测量仪包括热源、多个温度传感器、温度控制器(12)和信号处理器(11)。所述温度控制器(12)，与热源的加热棒(1)相连；所述信号处理器(11)与多个温度传感器相连，还与热源的加热棒(1)相连。本实用新型专利技术的热导率测量仪，可在现场直接测量被测媒质的热导率，减少了人为干扰对测试过程带来的各种影响，从而避免了因采样而改变环境对测量结果所带来的不利影响，大大提高了被测媒质热导率的测量精度。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种热导率测量仪，尤其涉及一种散状材料热导率测量仪。
技术介绍
热导率又称"导热系数"，反映材料导热能力的大小，是热物理特性的一个重要指 标。获得材料的热导率可以按照原理不同分为稳态导热和非稳态导热两大类。前者可以在 试样的温度场达到稳定以后，直接测量获得试样的热导率。后者是在试样的非稳态导热过 程中测定热扩散系数a，并在已知试样的密度P和试样的比热容C的条件下，利用λ= a/ cp，计算得到试样的热导率λ。 稳态导热测定法的特点是原理简单，可直接测得热导率，但其达到温度平衡需要 较长时间，目前稳态导热主要有稳态圆柱法、热流计法、防护热板法。但上述方法均有其各 自的缺陷，如防护热板法一般需要7小时以上才能达到稳定状态，且对自然界中含水的天 然材料（如随机分布的土壤）的热导率不能测定，试样的厚度和面积对结果有较大影响，测 试设备的绝热性能影响测定结果的准确性；其他方法对散状随机材料（如土壤、沙石）的热 导率干扰大，需要取样制成标准试件才能测试，无疑干扰了所测材料的原始环境，从而导致 其测量精度不够高。 非稳态热导率测试仪有常功率瞬态平面热源法、热线法、热探针法、热带法、激 光闪射法等。常功率瞬态平面热源法可将测试时间控制在20分钟左右，可测含水量在 40-60%之间的试样并能在-40°C条件下测试，可获得热导率λ和导温系数a数值，其数据 处理较稳态法复杂；热线法可测量固体和液体的热导率，也可测试各向异性或非均质材料 的热导率，热线法可粗略测得试样的比热和热扩散率，但其制造比较精巧，需要穿透被测材 料；热探针法可在现场测量湿润土壤的热导率而且对于土壤的密度和孔隙度影响较小，可 获得较准确的测量值，但探针的直径一般为1-2_且结构较复杂，需要精细的做工；热带法 可测松散材料、多孔介质材料，还可用于测量金属材料，但其测试对材料原始状态有较大干 扰。 总之，大自然环境中的现场材料如土壤、沙石的热导率因其散乱无规则，受多参数 影响难以测量，准确获得其热导率有助于准确设计如地源热栗埋管、土壤加热冷却埋管的 准确尺寸，避免埋管间距过大或不足。土壤、沙石天然材料的热导率通常与其成分、密度、含 水率、温度等有关。目前通常采用常规实验室取样测试法，如对土壤进行取样在实验室测 得，取样测试法影响土壤的密度和含水率，对原材料产生人为干扰，不能准确测定原样材料 的热导率。目前的现场实验井测试法测试土壤热导率用于获得土壤源热栗地埋管周围土 壤的平均热导率，要求实验井与工程预先设计的井孔尺寸和结构相同，井内的换热器布置 方式也与预先设计保持一致，这导致测试工作量巨大，测试工具的费用也很高，不易推广使 用。
技术实现思路
本技术提供了一种热导率测量仪，可解决现有技术中散状材料的热导率测量 精度较差的问题。 为实现上述目的，本技术的技术方案如下： -种热导率测量仪，包括：热源、地表温度传感器5、大气温度传感器6、第一温度 传感器7、第二温度传感器8、加热套管表面温度传感器9、加热套管内壁温度传感器10、信 号处理器11和温度控制器12,其中， 所述热源包括：加热棒1、加热套管2、增强填充剂3和锥形钻头4,其中，加热棒1 位于加热套管2的内部，增强填充剂3位于加热套管2内部除加热棒1以外的空间中，锥形 钻头4设置在加热套管2的下端； 所述温度控制器12,与热源的加热棒1相连； 地表温度传感器5的温度感应探头位于地表；大气温度传感器6的温度感应探头 位于空气中；第一温度传感器7和第二温度传感器8的温度感应探头位于被测材料中；加 热套管表面温度传感器9的温度感应探头紧贴于加热套管2的外壁；加热套管内壁温度传 感器10与温度控制器12连接，其温度感应探头固定于加热套管2的内壁； 所述信号处理器11与地表温度传感器5、大气温度传感器6、第一温度传感器7、 第二温度传感器8、加热套管表面温度传感器9和加热套管内壁温度传感器10相连，所述 信号处理器11包括数据采集模块14、数据存储与处理模块15、人机交互模块16、电源模块 17以及辅助装置18,数据采集模块14、人机交互模块16、电源模块17以及辅助装置18通 过数据存储与处理模块15彼此互相连接。 所述加热套管2外径D与加热套管2的长度Η之比小于0. 1。 所述增强填充剂3为导热树脂。 所述加热棒1的温度高于环境温度20°C-30°C。 所述信号处理器11还具有外部通信接口，与上位机13连接。 所述数据采集模块14包括抗混叠滤波模块19、多路切换开关20、A/D转换模块 21和电压采集模块22,其中，抗混叠滤波模块19依次连接多路切换开关20和A/D转换模 块21，电压采集模块22连接A/D转换模块21 ; 所述数据存储与处理模块15包括MCU核心控制器23、FLASH存储模块24和晶振 及复位电路25,MCU核心控制器23分别与FLASH存储模块24和晶振及复位电路25连接； 人机交互模块16包括液晶显示模块26和键盘接口模块27,两者分别与数据存储 与处理模块15的MCU核心控制器23连接； 电源模块17包括5V电源转换模块28 ; 辅助装置18包括内部温度传感器29、时钟模块30和串口通信模块31，三者分别 与数据存储与处理模块15的MCU核心控制器23。 本技术的有益效果在于： 本技术的热导率测量仪，可在现场直接测量被测媒质的热导率，因无需将待 测媒质送入实验室，减少了人为干扰对测试过程带来的各种影响，从而避免了因采样而改 变改变环境对测量结果所带来的不利影响，大大提高了被测媒质热导率的测量精度。此外， 本技术可测量浅地层热导率，这也有助于研究农业水土变化规律如土壤表层蒸腾作 用、传热随土壤水分变化等规律。【附图说明】 图1示出了本技术的热导率测量仪的温度传感器的布置示意图； 图2示出了本技术的热导率测量仪的整体示意图；图3示出了本技术的热导率测量仪的信号处理器11各个模块的关系示意 图； 图4示出了采用本技术的热导率测量仪测量热导率的流程图。 附图标记 1 加热棒 2 加热套管 3 增强填充剂 4 锥形钻头 5 地表温度传感器 6 大气温度传感器 7 第一温度传感器 8 第二温度传感器 9 加热套管表面温度传感器 10 加热套管内璧温度传感器 11 信号处理器 12 温度控制器 13 上位机 14 数据采集模块 15 数据存储与处理模块 16 人机交互模块 17 电源模块 18 辅助装置 19 抗混叠滤波模块 20 多路切换开关 21 A/D转换模块 22 电压采集模块 23 MCU核心控制器 24 FLASH存储模块 25 晶振及复位电路 26 液晶显示模块 27 键盘接口模块 28 5V电源转换模块 29 内部温度传感器 30 时钟模块 31 串口通信模块【具体实施方式】 下当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热导率测量仪，其特征在于：包括：热源、地表温度传感器(5)、大气温度传感器(6)、第一温度传感器(7)、第二温度传感器(8)、加热套管表面温度传感器(9)、加热套管内壁温度传感器(10)、信号处理器(11)和温度控制器(12)，其中，所述热源包括：加热棒(1)、加热套管(2)、增强填充剂(3)和锥形钻头(4)，其中，加热棒(1)位于加热套管(2)的内部，增强填充剂(3)位于加热套管(2)内部除加热棒(1)以外的空间中，锥形钻头(4)设置在加热套管(2)的下端；所述温度控制器(12)，与热源的加热棒(1)相连；地表温度传感器(5)的温度感应探头位于地表；大气温度传感器(6)的温度感应探头位于空气中；第一温度传感器(7)和第二温度传感器(8)的温度感应探头位于被测材料中；加热套管表面温度传感器(9)的温度感应探头紧贴于加热套管(2)的外壁；加热套管内壁温度传感器(10)与温度控制器(12)连接，其温度感应探头固定于加热套管(2)的内壁；所述信号处理器(11)与地表温度传感器(5)、大气温度传感器(6)、第一温度传感器(7)、第二温度传感器(8)、加热套管表面温度传感器(9)和加热套管内壁温度传感器(10)相连，所述信号处理器(11)包括数据采集模块(14)、数据存储与处理模块(15)、人机交互模块(16)、电源模块(17)以及辅助装置(18)，数据采集模块(14)、人机交互模块(16)、电源模块(17)以及辅助装置(18)通过数据存储与处理模块(15)彼此互相连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：袁小艳，高明，桂心哲，赵淑梅，王建平，李桂朋，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：新型
国别省市：北京;11
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