一种基于数据筛选的导热系数测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数据筛选的导热系数测量方法，其测量方法包括：数据检测准备‑实验数据采集‑数据分组拟合‑参数求解‑循环数据筛选‑求解导热系数，利用最小二乘法自动筛选数据测导热系数的方法，通过对乙二醇进行测量，结果表明：直接线性拟合得到的导热系数相对误差为4.1％，数据筛选后线性拟合得到导热系数相对误差为0.5％，该方法减少了测量者主观性的误差，提高了导热系数的测量精度。

A Method for Measuring Thermal Conductivity Based on Data Screening

The invention discloses a method for measuring thermal conductivity coefficient based on data screening, which includes data detection preparation, experimental data acquisition, data grouping fitting, parameter solving, cyclic data screening, and automatic screening of data thermal conductivity coefficient by least squares method. The method measures the thermal conductivity coefficient by measuring ethylene glycol. The results show that the method is directly linear fitting. The relative error of thermal conductivity is 4.1%, and the relative error of thermal conductivity is 0.5% by linear fitting after data screening. This method reduces the subjective error of the surveyor and improves the measurement accuracy of thermal conductivity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据筛选的导热系数测量方法
本专利技术涉及测量方法领域，特别是涉及一种基于数据筛选的导热系数测量方法。
技术介绍
导热系数是表征物质热传导能力的热物理参数，其作为物质的一种基础热物性参数，在生产、科研及日常生活中均有着广泛的应用。目前导热系数的测量方法分为稳态法和非稳态法两类。非稳态法因其时间短、精度高、量程广等优点成为导热系数获取中的主要方法。热探针法以其制作简单、测量时间短，使用方便等优点成为非稳态法的主要测量方式，它在液体和多孔介质导热系数测量中得到广泛的应用。然而热探针法在进行数据拟合时，测量的数据段选择是影响导热系数计算精度的主要因素。针对该问题，许多学者对导热系数计算中的测量数据处理方法进行了研究，程文龙[3]基于微分方程的精确解，提出了利用蒙特卡洛反演的方法对实验数据进行处理，获得导热系数；陈则韶基于误差分析理论，根据导热系数误差最小时其热扩散率的离散度也最小的原理剔除了最初和最终的实验数据，测得了导热系数；潘江等将数值模拟引入实验数据处理过程，并通过不断迭代计算曲线与实验曲线的符合程度来获得最终的实验结果。前述数据处理方法均在一定程度上提高了导热系数的精度，但它们共同的问题是计算过程复杂、计算效率较低、操作界面繁琐，难以得到广泛应用。鉴于此，实现难度、人机交互等方面均有一定的局限。商业软件成本高，为此，本专利技术提出了一种较为简单的基于数据筛选的导热系数计算新方法，不必进行复杂的理论计算，计算过程较为简便，效率较高，准确率较高。
技术实现思路
一种基于数据筛选的导热系数测量方法，测量方法步骤包括：(1)数据检测准备：将浓度大于99％乙二醇置于20℃恒温水箱中，采用不锈钢探针进行温度检测；(2)实验数据采集：使用温度数据采集仪进行温度数据采集，采集间隔1-3s，检测持续90-600s；(3)数据分组拟合：令yi＝Ti-Ti-1，实验数据可分为n个测量值(xi,yi)，(i＝1～n)绘制了时间对数-温度的曲线图，由下式得拟合模型为：yi＝b+axi其中a，b为参数，τi、τi-1分别为时刻τi和时刻τi-1，Ti，Ti-1分别为时刻τi和时刻τi-1的温度值；(4)参数求解：参数a的斜率相对标准差sa/a为：其中R拟合直线的相关系数，n为拟合直线中数据点的个数；(5)循环数据筛选：以斜率标准差为准则进行数据筛选，筛选步骤为：a、先对n个数据点进行线性拟合，计算出Sa/a的值，；b、从实验末尾的数据点开始，删除一个数据点，利用步骤(4)公式再计算其余n-1个数据点相对标准差sa/a的值；c、如果计算的n-1个数据点sa/a值比n个数据点的sa/a值小，则此数据点之前的数据与拟合直线偏差较大，即删除；d、以此类推，重复步骤b和步骤c；e、当计算到删除相应数据点后计算的sa/a值比前面的sa/a值大时，则此数据点前的数据点与拟合直线偏差较小，为有效数据点，从实验前面的数据点开始筛选，原理同前，最后得到了实验全部有效数据点；(6)求解导热系数：将得到的有效数据点带入公式进行求解得出导热系数，公式为：式中：τ为加热时间，q为加热功率，λ为导热系数，α为导温系数，r为距线热源的距离，T为经过时间τ加热后的温度；T0为初始时刻的温度；Ei为指数积分函数。推导出的导热系数计算公式为：优选的，所述步骤(1)不锈钢探针的参数为：长167mm，直径2mm，长径比为83.5。优选的，所述步骤(2)中实验室数据测量三组数据，每组实验重复三次。优选的，所述步骤(3)中的n个数据中，其数据组数n＝检测持续时间/采集间隔时间。优选的，所述步骤(5)当计算到删除相应数据点后计算的sa/a值比前面的sa/a值大时，仍需要向前计算三个数据点，直至三个数据点的Sa/a比前面的Sa/a值都大。有益效果：本专利技术提供了一种基于数据筛选的导热系数测量方法，其测量方法包括：数据检测准备-实验数据采集-数据分组拟合-参数求解-循环数据筛选-求解导热系数，利用最小二乘法自动筛选数据测导热系数的方法，通过对乙二醇进行测量，结果表明：直接线性拟合得到的导热系数相对误差为4.1％，数据筛选后线性拟合得到导热系数相对误差为0.5％，该方法减少了测量者主观性的误差，提高了导热系数的测量精度，所述步骤(1)不锈钢探针的参数为：长167mm，直径2mm，长径比为83.5，使用该种探针能够灵敏的检测乙二醇的温度变化，所述步骤(2)中实验室数据测量三组数据，每组实验重复三次，实验的多次重复能够扩大实验数据的采集数量，有效避免系统误差，所述步骤(3)中的n个数据中，其数据组数n＝检测持续时间/采集间隔时间，该公式能够准确推导出拟合的数据组数，所述步骤(5)当计算到删除相应数据点后计算的sa/a值比前面的sa/a值大时，仍需要向前计算三个数据点，直至三个数据点的Sa/a比前面的Sa/a值都大，该步骤能够有效避免偶然误差，提高本方法的准确性。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。实施例1：一种基于数据筛选的导热系数测量方法，测量方法步骤包括：(1)数据检测准备：将浓度大于99％乙二醇置于20℃恒温水箱中，采用不锈钢探针，不锈钢探针的参数为：长167mm，直径2mm，长径比为83.5，在2V/0.38A的直流稳压电源下进行温度检测；(2)实验数据采集：使用温度数据采集仪UT325进行温度数据采集，采集间隔1s，检测持续200s，测量三组数据，每组实验重复三次；(3)数据分组拟合：令yi＝Ti-Ti-1，实验数据可分为n(n＝200)个测量值(xi,yi)，(i＝1～n)绘制了时间对数-温度的曲线图，由下式得拟合模型为：yi＝b+axi其中a，b为参数，τi、τi-1分别为时刻τi和时刻τi-1，Ti，Ti-1分别为时刻τi和时刻τi-1的温度值；(4)参数求解：参数a的斜率相对标准差sa/a为：其中R拟合直线的相关系数，n为拟合直线中数据点的个数；(5)循环数据筛选：以斜率标准差为准则进行数据筛选，筛选步骤为：a、先对n个数据点进行线性拟合，计算出Sa/a的值，；b、从实验末尾的数据点开始，删除一个数据点，利用步骤(4)公式再计算其余n-1个数据点相对标准差sa/a的值；c、如果计算的n-1个数据点sa/a值比n个数据点的sa/a值小，则此数据点之前的数据与拟合直线偏差较大，即删除；d、以此类推，重复步骤b和步骤c；e、当计算到删除相应数据点后计算的sa/a值比前面的sa/a值大时，仍需要向前计算三个数据点，直至三个数据点的Sa/a比前面的Sa/a值都大，则此数据点前的数据点与拟合直线偏差较小，为有效数据点，从实验前面的数据点开始筛选，原理同前，最后得到了实验全部有效数据点；(6)求解导热系数：将得到的有效数据点带入公式进行积分函数求解得出导热系数，公式为：式中：τ为加热时间，q为加热功率，λ为导热系数，α为导温系数，r为距线热源的距离，T为经过时间τ加热后的温度；T0为初始时刻的温度；Ei为指数积分函数。推导出的导热系数计算公式为：实施例2：一种基于数据筛选的导热系数测量方法，测量方法步骤包括：(1)数据检测准备：将浓度大于99％乙二醇置于20℃恒温水箱中，采用不锈钢探针，不锈钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数据筛选的导热系数测量方法，其特征在于，所述测量方法步骤包括：(1)数据检测准备：将浓度大于99％乙二醇置于20℃恒温水箱中，采用不锈钢探针进行温度检测；(2)实验数据采集：使用温度数据采集仪进行温度数据采集，采集间隔1‑3s，检测持续90‑600s；(3)数据分组拟合：令yi＝Ti‑Ti‑1，

【技术特征摘要】
1.一种基于数据筛选的导热系数测量方法，其特征在于，所述测量方法步骤包括：(1)数据检测准备：将浓度大于99％乙二醇置于20℃恒温水箱中，采用不锈钢探针进行温度检测；(2)实验数据采集：使用温度数据采集仪进行温度数据采集，采集间隔1-3s，检测持续90-600s；(3)数据分组拟合：令yi＝Ti-Ti-1，实验数据可分为n个测量值(xi,yi)，(i＝1～n)绘制了时间对数-温度的曲线图，由下式得拟合模型为：yi＝b+axi其中a，b为参数，τi、τi-1分别为时刻τi和时刻τi-1，Ti，Ti-1分别为时刻τi和时刻τi-1的温度值；(4)参数求解：参数a的斜率相对标准差sa/a为：其中R拟合直线的相关系数，n为拟合直线中数据点的个数；(5)循环数据筛选：以斜率标准差为准则进行数据筛选，筛选步骤为：a、先对n个数据点进行线性拟合，计算出Sa/a的值，；b、从实验末尾的数据点开始，删除一个数据点，利用步骤(4)公式再计算其余n-1个数据点相对标准差sa/a的值；c、如果计算的n-1个数据点sa/a值比n个数据点的sa/a值小，则此数据点之前的数据与拟合直线偏差较大，即删除；d、以此类推，重复步骤b和步骤c；e、当计算到删除相应数据点后...

【专利技术属性】
技术研发人员：晋华，桂金鹏，任焕莲，周林康，李雪洁，郭毅，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14