[发明专利]一种热线法瞬态测量材料热物性的数据处理方法

权利要求书

1.一种热线法瞬态测量材料热物性的数据处理方法，包括步骤：

一、准备步骤

1)、制作待测材料的试样，该试样为两块同质长方体试样；

2)、制作一套测量仪器，该测量仪器包括探头、稳流电源，数据采集器、数据处理器；

3)、建立求解材料热物性参数的物理数学模型，依据该物理数学模型编写软件程序，写出代码，存入测量仪器；

二、测量步骤

1)、将探头挟持在两块试样之正中间，使其热线与试样平面的中轴线贴合；

2)、向探头通入恒流电流；

3)、探头将探测到的温度信号送入数据采集器，数据采集器将温度信号转换成相应的数字信号；

4)、数据处理器运行软件程序，对数字信号进行计算处理，获得热物性参数的值；

其特征在于，所述求解材料热物性参数的物理数学模型基于一维圆柱面传热问题的精确解的一次积分式，在加热升温的过程中，热线表面和介质的接触界面处的温度变化规律为：

式中，斜率

截距

热线表面的热流面密度

式中，I表示热线中通过的电流，单位：安培；R为热线的电阻，单位：欧姆；r₀为热线半径，单位：米；l为热线长度，单位：米；

采用实验方法，测量出一系列的lnτ和θ(r₀,τ)，用最小二乘法则做线性拟合，计算出拟合直线的斜率k和截距D，用之代入(2)和(3)式，再将(4)式代入，获得热线法瞬态测量待测材料的热导率λ的计算公式为

热扩散系数a的计算公式为

观察(5)式可以看出，导致热导率λ测量的数量级变大的主要因素是热线半径太小，一般在10^-4量级；若去掉2πr₀这一因子，(5)式将化为

从(5)式变为(7)式，去掉了一个常数因子2πr₀，使通电加热的热流密度的概念由热流面密度改变成了热流线密度，这一变化不会改变公式的物理意义；但却调整了计算公式的量值关系，使得热线法瞬态测量热导率的数量级不至于变大，又保持了计算公式的物理含义不变；正是因为如此，(5)式变成(7)式是合理的和可靠的；因此，在用一维圆柱面传热模型解决热线法瞬态测量材料的热物性时，运用(7)式作为热导率的计算公式，并不会出现任何歧义；

由于热导率λ的计算公式采用了线能流密度的概念，为了保持其一致性，热扩散系数a的计算公式也要做相应的变化；根据线性拟合得到截距的定义式，可以推导如下：由

上式改写为

于是有

从上式解出a，得到热扩散系数a的计算公式为

2.如权利要求1所述的热线法瞬态测量材料热物性的数据处理方法，其特征在于，在(11)式中，当热线半径很小时，可以认为r₀→0；则必有因而有

3.如权利要求2所述的热线法瞬态测量材料热物性的数据处理方法，其特征在于，所述

是一个近似表达式；一般情况下，热线半径取值范围为0.05～1.0毫米之间；以取热线半径为0.1毫米计算，这种近似产生的误差，可以估算如下：当取热线半径为r₀＝0.0001米时，则有

e^0.0001＝2.71828^0.0001＝1.0001 (13)

可以看出，与1的偏差仅为万分之一；因此，可以认为，在实际的热扩散系数的测量中，应该没有可以观察得到的效果；

由这一分析，可以认为，采用热线法瞬态测量材料的热物性时，热扩散系数的计算公式，可以使用

式中的系数

这样，就获得采用热线法瞬态测量热扩散系数的最后计算公式为

式中k为拟合直线的斜率，D为拟合直线的截距。