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[color=#cc0000] 摘要:本文主要针对超低导热系数和大热阻样品材料,如各种真空绝热板、多层防辐射屏隔热材料和大厚度多层复合隔热材料等,同时考虑单样品和双样品两种测量模式,设计计算了防护热板法装置对温度不平衡传感器的灵敏度要求,并最终给出设计指标和相应的技术改进。[/color][color=#cc0000] 关键词:防护热板法,温度不平衡,传感器,灵敏度[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][b][color=#cc0000] 1. 概述[/color][/b] 针对不同被测材料类型,防护热板法导热仪一般分为单样品和双样品两种测量模式,如图1-1所示。[align=center][img=,690,255]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/11/201811232126417209_8902_3384_3.png!w690x255.jpg[/img][/align][color=#cc0000][/color][align=center]图1-1 防护热板法导热仪样品结构形式。(a)双样品模式;(b)单样品模式[/align][align=center][/align] 防护热板法的测量原理就是采用护热手段保证计量板发出的热量全部通过被测样品而达到一维稳定状态,因此护热手段是保证防护热板法导热系数测量准确的核心。防护热板法中的护热基本上采用的都是等温绝热原理,即各种护热板的温度要与计量板温度一致,从而减少计量板上的热量以各种传热方式进行散失。 温度不平衡传感器是检测计量板与各个护热板之间温度差的探测装置,传感器探测到的温差传递给控制器,控制器控制护热板温度变化使得温度不平衡传感器的输出值最小,从而构成闭环控制回路形成有效的护热控制。温度不平衡传感器的输出值越小,说明护热板与计量板之间的温差越小,护热效果就越好。 由此可见,温度不平衡传感器的灵敏度是防护热板法装置护热效果好坏的重要评判依据。由于诸如安装和可靠性等诸多因素的影响,植入在计量板和护热板之间的温度不平衡传感器不可能无限制提升灵敏度,灵敏度需要根据防护热板法导热系数测量范围和测量精度要求、所用控制器和数据采集器的分辨率以及测试温度范围等因素进行优化和设计,以选择合适的温度不平衡传感器灵敏度。 本文主要针对超低导热系数和大热阻样品材料,如各种真空绝热板、多层防辐射屏隔热材料和大厚度多层复合隔热材料等,来设计计算防护热板法测试中温度不平衡传感器的灵敏度要求,并同时考虑单样品和双样品测量模式下防护热板法装置对温度不平衡传感器的要求,最终给出设计指标和相应的技术改进。[b][color=#cc0000]2. 建模[/color][/b] 针对图1-1所示的防护热板法导热系数测试结构,首先进行了建模。无论是单样品还是双样品模式,防护热板法装置都是圆形或正方形的轴对称结构,所以建模只考虑了正方形结构。另外为了便于更直观的进行分析和说明问题,本文只描述了上海依阳实业有限公司的部分建模分析内容,即仅介绍了基于导热传热的建模分析,在实际建模分析中还需要针对对流和辐射传热进行建模,分析模型如图2-1所示。 在图2-1所示的护热分析模型中,同时兼顾了单样品和双样品测量模式。当隔热材料更换成样品,底部护热板温度控制在冷板温度时,则是双样品测量模式。 在图2-1所示的护热分析模型中,只考虑了侧向护热和底部护热所引起的漏热问题,而温差探测器的指标设计也只要依据这两方面的考虑,并未考虑狭缝处样品内的传热漏热影响。在双样品测量模式中,只考虑侧向护热时狭缝中温度不平衡传感器技术指标。而在单样品测量模式中,还需另外考虑底部护热板与计量板之间的温度不平衡传感器技术指标。[align=center][img=,690,975]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/11/201811232132159957_5150_3384_3.png!w690x975.jpg[/img][/align][align=center][img=,690,975]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/11/201811232132165728_1784_3384_3.png!w690x975.jpg[/img][/align][align=center][img=,690,975]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/11/201811232132168894_1769_3384_3.png!w690x975.jpg[/img][/align][align=center][img=,690,975]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/11/201811232132173004_918_3384_3.png!w690x975.jpg[/img][/align][align=center][img=,690,975]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/11/201811232132177185_3520_3384_3.png!w690x975.jpg[/img][/align][align=center][img=,690,975]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/11/201811232132182949_3584_3384_3.png!w690x975.jpg[/img][/align][align=center][img=,690,975]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/11/201811232132187076_4077_3384_3.png!w690x975.jpg[/img][/align][align=center][img=,690,975]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/11/201811232132191686_5352_3384_3.png!w690x975.jpg[/img][/align][align=center][img=,690,975]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/11/201811232132196851_8619_3384_3.png!w690x975.jpg[/img][/align] (5)在无法提高仪表测量和控制分辨率时,可以设法增大热电堆中的热电偶数量,如将8对热电偶增多到16对热电偶构成8对的温差热电堆,温度不平衡精度可以提高到0.5℃,但这种改进效果十分有限,同时也带来其他严重问题。目前上海依阳实业有限公司已经开发出新型的温度不平衡传感器,可以将现有传感器的灵敏度提升到40~50的水平,比现有热电偶式热电堆的灵敏度搞出2个量级,由此可以用五位半控制器很轻易的实现0.01℃和更高水平的温度不平衡精确控制。 (6)另外一个提高和保证测量精度的途径,就是降低侧向护热的热交换面积,采用薄加热器形式。这种思路经美国橡树岭国家实验室针对多层辐射隔热材料和真空绝热板进行的测试验证了可行性,由此相继建立了A-S-T-M C1044和A-S-T-M C1114标准等。但由于薄加热器很难制作应用到高温,薄加热器形式的防护热板法设备主要应用于温度不高的导热系数测试。 (7)需要特别指出的是,目前国内绝大多数大热阻和超低导热系数的测试,很多都是采用稳态热流计法这种相对法,而热流计法导热仪中的热流计在超低导热系数测试中的低热流测量时误差巨大,而且还无法对热流计进行校准以及采用超低导热系数的标准材料进行校准,而真正的热流计校准则是采用防护热板法设备,由防护热板法提供精确的可控热量。[b][color=#cc0000]5. 参考文献[/color][/b] (1) Zarr R R, Flynn D R, Hettenhouser J W, et al. Fabrication of a guarded-hot-plate apparatus for use over an extended temperature range and in a controlled gas atmosphere. Thermal Conductivity, 2006, 28: 235. (2) Zarr R R. Assessment of uncertainties for the NIST 1016 mm guarded-hot-plate apparatus: extended analysis for low-density fibrous-glass thermal insulation. Journal of research of the national institute of standards and technology, 2010, 115(1): 23.[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
首先介绍的是红外式传感器和光离子气体传感器。红外式传感器是利用各种元素对某个特定波长的吸收原理,具有抗中毒性好,反应灵敏,对大多数碳氢化合物都有反应。PID光离子化气体传感器由紫外灯光源和离子室等主要部分构成,在离子室有正负电极,形成电场,待测气体在紫外灯的照射下离子化,生成正负离子,在电极间形成电流,经放大输出信号,PID具有灵敏度高,无中毒问题,安全可靠等优点。 其实介绍的是催化燃烧式传感器,催化燃烧式传感器原理是目前最广泛使用的检测可燃气体的原理之一,具有输出信号线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点。催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理,感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧,使温度使感应电阻的阻值发生变化,打破电桥平衡,使之输出稳定的电流信号,再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。 最后介绍的是定电位电解式气体传感器,定电位电解式传感器是目前测毒类现场最广泛使用的一种技术,此类传感器大都依赖进口。定电位电解式气体传感器在一个塑料制成的筒状池体内,安装工作电极、对电极和参比电极,在电极之间充满电解液,由多孔四氟乙烯做成的隔膜,在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接,在电极之间施加了一定的电位,使传感器处于工作状态。气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应,在对电极发生还原或氧化反应,电极的平衡电位发生变化,变化值与气体浓度成正比。
http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/06/201506121116_549945_271_3.jpg在汽车衡购买决策过程中,有“五大牢记”能帮助您从眼花缭乱的市场中成为火眼金睛。那么,汽车衡的核心部件——传感器精度与汽车衡最小检定分度值之间的关系是怎样的呢?用一个公式可以说清楚: http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/06/201506121117_549947_271_3.png其中:Emin 指汽车衡的最小检定分度值;Emax 指汽车衡传感器的最大量程;Y指传感器的最小分度数;而n是使用的传感器数量。 从上面那个公式可以看出,同样规格的汽车衡,可能使用同样数量的传感器,甚至同样的传感器最大量程,这时候,最重要的指标就是传感器的最小分度数了。这个Y值,使不同汽车衡有了精度上的真正差异。Y值与Emin 成反比,也就是Y值越大,最后汽车衡可能达到的精度才越大!记住,只有最高精度,最佳设计的传感器,才能生产出最高精度的汽车衡!梅特勒-托利多汽车衡及解决方案:http://cn.mt.com/cn/zh/home/products/Transport_and_Logistics_Solutions/Truck_Scales.html继续阅读《选择汽车衡五大牢记》选择汽车衡五大牢记之轴载:http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20150612/5835681/选择汽车衡五大牢记之传感器量程:http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20150612/5835686/选择汽车衡五大牢记之传感器防雷能力:http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20150612/5835703/选择汽车衡五大牢记之传感器使用温度范围:http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20150612/5835710/http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/06/201506121117_549949_271_3.png