Độ chính xác của thiết bị kiểm tra độ dẫn nhiệt chất lỏng phụ thuộc rất nhiều vào hiệu suất cảm biến và công nghệ điều khiển nhiệt độ, cả hai đều đạt được sự bắt chính xác của tín hiệu dòng nhiệt nhỏ và bù động của nhiễu môi trường thông qua tác dụng hiệp đồng, sau đây là phân tích từ nguyên tắc kỹ thuật và góc độ thực hiện kỹ thuật:

I. Lựa chọn cảm biến: Hệ thống đo lường hợp nhất đa thông số

Cảm biến dòng nhiệt (HFS)

Sử dụng cảm biến dòng nhiệt loại màng mỏng (như lá bạch kim hoặc lá Khang Đồng), độ dày ≤50μm và thời gian đáp ứng<10ms, mật độ dòng nhiệt nhỏ (phạm vi 0,1-10kW/m²) của thành khoang thử nghiệm có thể được theo dõi trong thời gian thực. Ví dụ, khi đo độ dẫn nhiệt của kim loại lỏng, cảm biến dòng nhiệt hợp kim platinum rhodium chịu được nhiệt độ cao (>500 ° C) cần được chọn để tránh trôi tín hiệu do giãn nở nhiệt.

Mảng cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ điều khiển chính: chọn nhiệt kế kháng bạch kim (PT100, độ chính xác ± 0,01 ℃), được bố trí ở vị trí trung tâm của đầu nóng và lạnh của khoang thử nghiệm, tham gia trực tiếp vào tính toán dẫn nhiệt.

Cảm biến nhiệt độ phụ trợ: sử dụng cặp nhiệt điện loại N (độ chính xác ± 0,1 ℃), được phân bố đồng đều dọc theo trục khoang thử nghiệm (khoảng cách ≤10mm), để theo dõi tính đồng nhất của gradient nhiệt độ. Ví dụ, trong thử nghiệm chất lỏng không Newton, sự biến dạng nhiệt độ gây ra bởi đối lưu bên trong chất lỏng cần được điều chỉnh bằng dữ liệu cảm biến phụ.

Cảm biến áp suất và mức chất lỏng

Tích hợp cảm biến áp suất điện trở (phạm vi 0-10MPa, độ chính xác ± 0,05% FS) và cảm biến mức điện dung (độ phân giải 0,01mm), theo dõi thời gian thực sự sự thay đổi mức do dao động áp suất trong buồng thử nghiệm và sự bay hơi của chất lỏng, tránh đưa ra lỗi đo do hiệu ứng lỗ.

Thứ hai, kiểm soát nhiệt độ: cân bằng động và công nghệ điều chỉnh chính xác

Hệ thống kiểm soát nhiệt độ độc lập hai vùng

Đầu lạnh sử dụng tấm làm lạnh bán dẫn (TEC) kết hợp với làm mát bằng nước tuần hoàn. Đầu nóng sử dụng hệ thống sưởi cảm ứng tần số cao hoặc tấm sưởi phim để đạt được sự ổn định nhiệt độ ± 0,05 ℃ bằng thuật toán PID. Ví dụ, khi thử nghiệm một chất lỏng đông lạnh như nitơ lỏng, cần phải thêm một bình nitơ lỏng với lớp cách nhiệt chân không ở đầu lạnh để giảm rò rỉ nhiệt xung quanh.

Xây dựng trường nhiệt độ gradient

Gradient nhiệt độ tuyến tính (ΔT=5-20 ℃ có thể điều chỉnh) được hình thành trong buồng thử nghiệm bằng cách làm đầy mô-đun sưởi/làm mát đa phần (điều khiển nhiệt độ độc lập cho mỗi phần) với silicone dẫn nhiệt. Ví dụ, sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để tối ưu hóa bố trí tấm sưởi ấm để độ lệch gradient nhiệt độ trong buồng thử nghiệm dài 100mm ≤0,2 ℃/cm.

Thiết kế bù hoạt động và chống nhiễu

Bù nhiệt độ môi trường xung quanh: Cảm biến nhiệt độ được nhúng trong vỏ thiết bị để điều chỉnh ảnh hưởng của biến động nhiệt độ môi trường xung quanh (chẳng hạn như khởi động và dừng điều hòa không khí trong phòng thí nghiệm) đối với khoang thử nghiệm bằng thuật toán phần mềm.

Lá chắn nhiễu điện từ: Cấu trúc xoắn đôi được sử dụng cho dây nguồn mô-đun sưởi và lớp lá chắn nhôm được bọc để giảm ảnh hưởng của nhiễu tần số công suất 50Hz đối với tín hiệu cảm biến nhiệt độ (tăng tỷ lệ tín hiệu tiếng ồn>30dB).

B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

Cảm biến và hệ thống điều khiển nhiệt độ đạt được kiểm soát vòng kín lỗi thông qua các cơ chế sau:

Điều chỉnh khớp nối nhiệt độ dòng nhiệt: Sử dụng dữ liệu cảm biến dòng nhiệt để điều chỉnh động giá trị cài đặt gradient nhiệt độ, bù đắp cho sự mất nhiệt do đối lưu chất lỏng hoặc thay đổi pha. Ví dụ, khi kiểm tra chất lỏng có độ nhớt cao, hệ thống tự động giảm công suất sưởi ấm để duy trì gradient nhiệt độ ổn định.

Cơ chế tự chẩn đoán và chịu lỗi: Khi một trong hai độ lệch cảm biến nhiệt độ vượt quá ngưỡng, chẳng hạn như ± 0,5 ° C, hệ thống chuyển sang cảm biến dự phòng và kích hoạt cảnh báo trong khi ghi lại các đoạn dữ liệu bất thường để phân tích tiếp theo.

Thông qua sự kết hợp của mảng cảm biến chính xác cao với công nghệ điều khiển nhiệt độ thông minh, thiết bị kiểm tra dẫn nhiệt chất lỏng hiện đại có thể đạt được độ lặp lại đo trong phạm vi 0,01-10W/(m · K) ≤ ± 0,3%, ổn định lâu dài ≤ ± 0,5%/năm, đáp ứng nhu cầu thử nghiệm trong nhiên liệu hàng không vũ trụ, chất lỏng nano và các lĩnh vực tiên tiến khác.