HWX-II(항구 전력 평면 열원법) 스마트 열 물리 파라미터 측정기

본 기기는 항전력 평면 열원법으로 열물리 파라미터를 테스트하는 지능화 방법을 제공하였다.이 시스템은 측정 정확도가 높고 자동화 정도가 높으며 조작이 편리하다는 특징을 가지고 있다.테스트 결과 열전도 계수와 온도 전도 계수의 테스트 오차는 모두 ±4% 미만인 것으로 나타났다.
1: 개요
물질열물리매개변수는 물질의 거시적물리량의 하나로서 각종 과학연구와 공정설계의 중요한 기초매개변수이다.그것은 열전도계수, 도온계수, 비열, 열팽창계수와 열발사율 등을 포함하는데 그중 열전도계수와 도온계수는 물질열물리매개변수의 주요지표이다.
현재 국내에서 생산되는 고체재료의 열물리파라미터를 측정하는 기구는 대부분 전위차계와 전류계를 사용하여 가열기의 열용량과 열전쌍전세 및 관련 파라미터를 측정하고 열전도계수와 도온계수를 인공적으로 계산한다.자동화 수준이 낮고 범용성이 떨어지며 조절 과정이 복잡하고 테스트 결과가 인위적인 요인에 큰 영향을 받는다는 단점이 있다.외국에서 생산된 열전도계수 측정기는 구조가 복잡하고 가격이 비싸서 널리 사용하기에 불편하다.따라서 자동화 정도가 높고 조작이 편리하며 실험 속도가 빠르고 정확도가 높으며 통용성이 강한 물질의 열물리 파라미터를 측정하는 자동화 기기의 개발이 절실하다.
물질열전도계수와 온도전도계수에 대한 측정에는 많은 시험방법과 상응한 시험기구가 있는데 본 기구의"지능열물리매개변수시험시스템"이 채용한 시험방법인 항전력평면열원법의 시험원리, 시험방법의 실현과 시험결과이다.
2: 테스트 원리
항전력 평면 열원법 열물리 파라미터 테스트 시스템의 시재 고정 및 가열 부분
시재 1, 시재 2, 시재 3은 서로 단단히 붙어서 두께가 다른 동일한 소재입니다.이 중 시재1의 두께는 델타, 시재2의 두께는 x1, 시재3의 두께는 델타+x1이다.시재 1과 시재 2, 시재 2와 시재 3 사이에 각각 한 쌍의 열전쌍을 놓아 시재 2의 상하 두 면의 온도 상승을 측정하고, 시재 2와 시재 3 사이에 항전력 평면 가열기를 놓는다.만약 시재2의 길이와 너비가 각각 그 두께의 8~10배라면 가열기의 출력은 일정하고 가열기의 열용량은 0이다.이러한 조건에서 시재2는 무한대평벽으로 볼 수 있으며 시재는 내열원이 없다.가열기 전원을 연결하면 가열기는 대칭적으로 위, 아래 두 면에 각각 열을 제공하며 각 측면은 q0킬로칼로리/m2이다. 평면가열기가 전기가 통하는 순간 세 시험재의 초기 온도는 곳곳에서 T와 일치한다. 시간에 따라 ‐가 증가하면 시험재는 온도가 상승하고 열류는 점차 가열기에서 멀리 떨어진 양쪽으로 전달된다. 이 과정에서 그 온도 변화는 평면가열기와 수직적인 방향에서만 발생한다.

그림 1 시험재 가열 및 고정 부분 설명도
상술한 조건하에서 시험재료의 열전도계수 람다, 온도전도계수 α는 누르기식으로 계산할수 있다[1].
도온계수
열전도 계수
식중 ξ2x1 - 측정된 양에 따라 표에서 직접 찾아낸다
○(0, 0) - ‐0 시각 시재 2와 평면 가열기 접촉면의 중심부 온도 상승.

3 테스트 방법의 실현
테스트 원리에 따라 테스트 장치는 시험 부품 및 시험 부품 클램프, 가열 시스템 및 단일 기계 데이터 수집 및 처리 세 부분으로 구성됩니다 (그림 2).

(새로 생산된 것은 이미 단편기 제어 시스템을 컴퓨터 또는 노트북 제어로 바꾸었다.)
그림 2 열 물리적 참조 측정 장치 설명도
시험 부품은 세 조각으로 나뉘는데, 중간에 있는 시험 부품은 비교적 얇고, 양쪽 시험 부품은 비교적 두껍다.시험 부품과 시험 부품 사이에 열전지를 넣고 클램프로 고정한다.가열 시스템은 안정된 열을 생성하기 위해 히터와 안정된 전원을 포함한다.단편기 시스템은 테스트 원리에 따라 제공된 알고리즘에 따라 데이터를 처리하고 결과를 인쇄로 표시합니다.
항전력 평면 열원법은 재료의 열물리 파라미터를 측정하는데, 방법 원리와 실험 기술에서 모두 진일보한 연구가 필요하다.재료의 열물리 파라미터를 정확하게 측정하려면 온도와 시간을 정확하게 측정하는 것 외에 다음과 같은 실험 조건을 만족시켜야 한다: (1) 피테스트 샘플은 균일하고 각방향의 동성이며 그 물성은 상수이다.(2) 시료의 길이와 너비가 각각 두께의 8~10배, 즉 시료는 반무한대이며 균일하고 일치하는 초기온도를 가지고 있다.(3) 항구 전력 평면 열원;(4) 히터의 열 용량은 0입니다.만약 상술한 조건을 만족시키지 못한다면 필연적으로 측정오차를 초래하게 되므로 반드시 이런 오차요소를 분석하고 수정하며 실험조건을 적당히 통제하고 실험장치를 개선해야만 비교적 높은 정확도를 얻을수 있다(2~4).
3.1 시스템 하드웨어 설계
항전력 평면 열원법 스마트 열 물리 파라미터 테스트 시스템은 8031 단편기를 기반으로 한 차세대 테스트 시스템으로, 단편기를 사용하여 측정 데이터에 대한 각종 계산을 진행하여 간섭 신호, 아날로그 회로 및 인위적인 요소로 인한 오차를 제거하거나 감소시킨다.
시스템 하드웨어는 센서, 전면 증폭 회로, 채널 제어 회로, 모델 변환 회로, 키보드 디스플레이 및 제어 회로, 인쇄 구동 및 제어 회로, 단편기 시스템, 시스템 모니터링 및 예비 보호 회로, 시스템 및 히터 전력 공급 전원, 히터, 시료 클립 카드 등 부분으로 구성된다.시스템 하드웨어 구성은 그림 3과 같습니다.

그림 3 테스트 시스템 하드웨어 구성 상자도
열전지의 온도-전압 특성은 지수 형식으로 곡선되어 있으며, 본 시스템은 단편기 계산법으로 이에 대해 선형 교정을 진행한다.또한 열전쌍분도계는 열전쌍의 냉단온도가 0 ℃ 와 같음으로 제정되였는데 랭단온도가 0 ℃ 와 같지 않을 경우 열전세는 랭단온도에 따라 변화되기에 반드시 열전쌍의 온도측정회로를 교정해야 한다.이 시스템은 AD590 통합 온도 센서를 사용하여 열전지 냉각 단자를 보상합니다.열전지 연결 법칙과 중간 온도 법칙을 기반으로 한 열전지 냉각단 보상기의 하드웨어 회로 및 전치 증폭 회로 원리도는 그림 4와 같다.

그림 4 열전지 냉각단 보상 및 전치 증폭 회로 원리도
모듈러 변환 회로는 ICL7135 듀얼 포인트 A/D 변환기를 사용하여 키보드를 통해 각종 작업 상태를 설정하고 모니터에 다른 형식으로 표시한다. 인쇄 제어 회로의 주요 기능은 마이크로 프린터 헤드의 기계 동작을 제어하는 것이다. 시스템 모니터링 예비 보호 회로는 단편기 시스템이 순간적으로 전기가 빠지고 전력망의 미전압과 소프트웨어가"날아가는 것"을 방지하기 위해 설계되었다.
3.2 소프트웨어 설계
시스템 소프트웨어는 시스템 관리 모듈, 데이터 연산, 프린터 관리, 파라미터 설정, 데이터 수집 필터, 열전대 열전세-온도 변환, 중단 처리, 시계 관리 등의 모듈을 포함하는 테스트 시스템의 중요한 구성 부분이다.시스템 관리 모듈을 통해 일정한 차원 구조에 따라 그것들을 유기적으로 결합하면 각종 기능을 완성할 수 있다.시스템 관리 소프트웨어 프로세스 맵은 그림 5와 같습니다.

그림 5 시스템 관리 소프트웨어 프로세스 다이어그램
4 테스트 결과
스마트 열물리 파라미터 테스트 시스템을 사용하여 폴리우레탄 폼의 열전도 계수를 테스트하고 전통적인 테스트 기기와 비교했다.측정된 재료의 규격은 시험재 1:200×200×65mm, 시험재 2:200×200×22mm, 시험재 3:200×200×90mm이다. 시험결과는 표1과 같다.실험 결과는 스마트 테스트 시스템이 열전도 계수 측정치에 대한 재현율, 균일 방차와 상대 오차가 전통적인 테스트 기기보다 우수하다는 것을 보여준다.테스트 정밀도에 영향을 미치는 요소를 고려한 후 열전도 계수 테스트 오차는 ±4% 미만이다.
표1 폴리우레탄 폼의 열전도 계수 테스트 결과(W/m.℃)
평면 열원법 기기 유형
실험 횟수 지능형 열 물리 파라미터 테스트 시스템 전통 열전도 계수 테스트 시스템
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
평균 0.027859 0.02809
균일 방차 1.159776 × 10-4 4.39299 × 10-4
상대 오차 3.18% 4.04%