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激光闪光法测量固体材料热扩散率的实验研究

作　者: 刘建庆
导　师: 李晓苇；张金涛
学　校: 河北大学
专　业: 光学
关键词: 热扩散率激光闪光法漏热修正
分类号: TN247
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 23次
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内容摘要

热扩散率是表征材料内部非稳态导热过程的重要热物理参数之一,准确测量材料的热扩散率,对于了解材料的导热性能,进行材料非稳态导热过程分析以及研究新材料都具有非常重要的意义。课题在中国计量科学研究院最新建立的激光热导仪上,重新开发了一套测量更准确、数据处理更方便的自动采集软件,并分别用不同直径的K型热电偶和S型热电偶,对五个不同厚度的316不锈钢样品以及德国物理技术研究院(PTB)标准试样的热扩散率,从常温到1000℃进行了测量。实验结果表明,直径为0.1mm的K型热电偶由于其具有灵敏度高,响应速度快,热电势大,测温范围广,易于焊接等优点,因此,在该装置上得到了较好的实验结果。在确定测温热电偶的基础上,又分别对不同的样品厚度、不同的激光能量、不同的漏热修正方法对热扩散率测量结果所带来的差异一一进行了比较,发现样品热扩散率的测量值基本上随着样品厚度的增加而增大,并且每种样品均有其合适的厚度范围；热扩散率与激光能量大小的依赖关系并不明显；Cowan的漏热修正法、ASTM漏热修正法以及参数估计法各有其适用的温度范围,通过与参考值的比较,前两种方法更适合于本套实验系统。这些研究分析工作,对于提高该装置的性能、确定合适的测量方法等都具有重要的实际应用价值。最后以0.1mm K型热电偶对PTB标准试样,在常温、300℃、500℃、800℃、1000℃进行了测量,测量值在各个温度点的相对标准偏差均小于2%,对实验数据进行了激光有限脉冲宽度、热膨胀、漏热以及热电偶响应时间修正,修正后的结果在常温到1000℃与欧洲比对结果(参考值)进行比较,其相对于PTB参考值的相对偏差值均小于2%,并给出了试样在各温度点的测量不确定度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 研究意义  8-9
  1.2 国内外的研究概况  9-11
  1.3 研究目的  11-12
  1.4 研究工作  12-13
第2章热扩散率测量原理及实验装置  13-19
  2.1 热扩散率的物理意义  13
  2.2 固体热扩散率测量方法  13-14
  2.3 闪光法测量原理  14-18
  2.4 本章小结  18-19
第3章闪光法测量热扩散率的实验系统  19-25
  3.1 热扩散率测量装置  19-21
  3.2 热扩散率测量软件  21-24
  3.3 本章小结  24-25
第4章热扩散率实验过程及数据处理  25-31
  4.1 实验步骤  25
  4.2 实验过程  25-27
  4.3 测量结果数据处理  27-30
  4.4 本章小结  30-31
第五章不同实验条件下的实验结果比较  31-47
  5.1 不同偶丝的比较  31-35
  5.2 不同直径的K型热电偶的比较  35-37
  5.3 不同厚度的样品的测量结果的比较  37-41
  5.4 不同激光能量的比较  41-42
  5.5 三种漏热修正方法的比较  42-44
  5.6 直径为0.1MMK型热电偶测量PTB标样热扩散率  44-45
  5.7 本章小结  45-47
第6章测量不确定度评定  47-53
  6.1 数学模型  47
  6.2 标准不确定度分量的评定  47-50
  6.3 合成标准不确定度及扩展不确定度  50-51
  6.4 本章小结  51-53
第7章结束语  53-55
参考文献  55-59
致谢  59

激光闪光法测量固体材料热扩散率的实验研究

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