可原位標定探針間距的雙針熱脈沖熱特性測量系統及方法技術方案

本發明專利技術公開一種可原位自我校正探針間距的雙針熱脈沖熱特性測量系統，及基于該系統的測量方法。測量系統及方法能夠減小探針間距變化導致的熱特性參數測量誤差。系統包括加熱探針、底座、加熱裝置、數據處理裝置和至少一個溫度探針，底座用于固定加熱探針和溫度探針，加熱探針內設置加熱絲，加熱探針的長度與內徑的比值大于預設的數值，加熱探針經由加熱裝置進行加熱，每個溫度探針內沿其軸向設置有至少三個測溫元件，數據處理裝置連接測溫元件，用于獲取加熱探針和溫度探針插入待測物質后，測溫元件采集到的溫度響應數據，根據溫度響應數據得到每個測溫元件和加熱探針之間的實際間距，然后根據實際間距，擬合得到待測物質的熱特性參數。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及熱特性測量
，具體涉及一種可原位自我校正探針間距的雙針熱脈沖熱特性測量系統及基于該系統的測量方法。
技術介紹
目前，單針熱脈沖方法和雙針熱脈沖方法被廣泛用于測量土壤、巖石、食物、可燃冰等材料的熱特性。單針熱脈沖方法只能測定物質的熱導率，無法同時得到待測物質的比熱和熱擴散率。雙針熱脈沖方法可同時測定熱導率、熱擴散率及比熱，因而，在目前的實際測定和應用中，使用更多的是雙針熱脈沖方法。雙針熱脈沖方法的測量裝置包括間距為r的兩個或多個平行不銹鋼探針，其中一個是裝有加熱絲的加熱探針，另一個或者多個是裝有測溫元件的溫度探針，加熱探針與溫度探針之間的間距用熱特性已知的物質標定。將探針插入或者放入待測物質中，通電后加熱探針放出的熱量經由待測介質傳導到溫度探針，由溫度探針感應出并記錄下溫度隨時間的變化。目前，基于普遍采用的無限長線狀熱源(ILS)的假設，可得到持續時間為t0的熱脈沖信號引發的距離加熱針距離為r處的溫度探針的溫度變化的解析解(deVries,1952；Kluitenbergetal.,1993)：ΔT(r,t)=-q′4παρcEi[-r24αt]t<t0q′4παρc{Ei[-r24α(t-t0)]-Ei[-r24αt]

【技術保護點】
一種可原位自我校正探針間距的雙針熱脈沖熱特性測量系統，包括加熱探針、底座、加熱裝置、數據處理裝置和至少一個溫度探針，其特征在于，所述溫度探針和加熱探針沿軸向平行固定在所述底座上，所述加熱探針內設置加熱絲，所述加熱探針的長度與內徑的比值大于預設的數值，所述加熱探針連接所述加熱裝置，利用所述加熱裝置進行加熱，每個溫度探針內沿其軸向設置有至少三個測溫元件，所述數據處理裝置連接所述測溫元件，用于獲取加熱探針和溫度探針插入待測物質后，所述測溫元件采集到的溫度數據，生成溫度響應曲線，根據所述響應曲線，利用原位間距校正公式計算得到所述測溫元件和加熱探針之間的實際間距，根據所述實際間距計算得出所述待測物質的熱特性參數。

【技術特征摘要】
2016.01.15 CN 20161002935861.一種可原位自我校正探針間距的雙針熱脈沖熱特性測量系統，包括加熱探針、底座、
加熱裝置、數據處理裝置和至少一個溫度探針，其特征在于，
所述溫度探針和加熱探針沿軸向平行固定在所述底座上，所述加熱探針內設置加熱
絲，所述加熱探針的長度與內徑的比值大于預設的數值，所述加熱探針連接所述加熱裝置，
利用所述加熱裝置進行加熱，每個溫度探針內沿其軸向設置有至少三個測溫元件，所述數
據處理裝置連接所述測溫元件，用于獲取加熱探針和溫度探針插入待測物質后，所述測溫
元件采集到的溫度數據，生成溫度響應曲線，根據所述響應曲線，利用原位間距校正公式計
算得到所述測溫元件和加熱探針之間的實際間距，根據所述實際間距計算得出所述待測物
質的熱特性參數。
2.根據權利要求1所述的可原位自我校正探針間距的雙針熱脈沖熱特性測量系統，其
特征在于，若所述溫度探針為一個，所述數據處理裝置，用于根據所述曲線，得到所述測溫
元件采集到的溫度數據上升到最大值的時長，根據所述時長計算所述測溫元件和加熱探針
之間的實際間距，計算公式為ri=a1li+a2li2+......+an-1lin-1+ri0,]]>其中，ai由公式
(r10+a1l1+......+an-1l1n-1)2K1=(r20+a1l2+......+an-1l2n-1)2K2=......=(rn0+a1ln+......+an-1lnn-1)2Kn]]>計算，ri為第i個測溫元件和所述加熱探針之間的實際

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉剛，任瑞琪，溫敏敏，李保國，
申請(專利權)人：中國農業大學，
類型：發明
國別省市：北京;11