温度外推在瞬态高温测试中的应用
瞬态温度响应曲线
瞬态温度响应曲线概述瞬态温度响应曲线是指物体在受到突发温度变化时，温度的变化过程所绘制出的曲线。
这个曲线对于理解物体的热传导、热惯性等性质非常重要。
本文将从物理背景、实验方法、曲线分析和应用等方面全面介绍瞬态温度响应曲线。
物理背景瞬态温度响应曲线是基于热传导理论的。
热传导是指物质内部热量从高温区域向低温区域的传递过程。
物质的温度分布会受到热传导的影响，当物体受到突发温度变化时，会有一定的热传导过程导致温度变化。
瞬态温度响应曲线能够反映物体对温度变化的响应速度和传热特性。
实验方法实验装置进行瞬态温度响应曲线实验需要一些基本的实验装置，包括温度探头、温度计、加热源和数据采集系统等。
实验步骤1.在实验装置上选择一个物体，可以是一个金属棒或者其他导热物体，预先确定好该物体的初始温度。
2.将温度探头固定在物体的一侧，确保其与物体的接触良好。
3.在实验开始前，将加热源打开，使其向物体施加一个突发温度变化。
4.同时开始记录物体的温度变化情况，可以使用温度计进行实时测量，也可以使用数据采集系统进行数据记录。
5.持续记录物体的温度变化，直到温度稳定恢复到初始温度。
曲线分析响应时间瞬态温度响应曲线中的一个重要参数是响应时间。
响应时间指的是物体从初始温度到达最终稳定温度所需要的时间。
响应时间越短，表示物体对温度变化的敏感度越高。
暂态过程瞬态温度响应曲线中的暂态过程是指温度在响应变化过程中，从初始温度到最终稳定温度之间的变化过程。
暂态过程既包括温度上升的过程，也包括温度下降的过程。
通过对暂态过程的分析，可以了解物体的热惯性和热传导特性。
稳态过程瞬态温度响应曲线中的稳态过程是指物体温度稳定在某个数值之后，不再发生变化的过程。
稳态过程可以反映物体对温度变化的最终适应状态。
应用瞬态温度响应曲线在许多领域中都有重要的应用价值。
1. 材料研究：通过瞬态温度响应曲线的分析，可以对材料的导热性能进行评估，进而优化材料的热传导特性。
Hot Disk瞬态平面热源导热仪的基本原理及影响因素
目前，随着电子产品行业的微型化、轻量化和高性能化，对相应材料热管理的要求也随之提升。
因此，如何迅速而准确地测试出材料的导热性能就成为该行业的研究重点。
目前，已经商业化的导热测试设备按照测试原理主要分为稳态法和瞬态法[1]- [3]。
稳态法由于达到测试所需的稳态时间较长，在离室温较远的测试条件下，不利于样品的物态保持。
与之相反，瞬态法由于其测试时间较短、精准度高，便得到了更为广泛的应用[3]- [5]。
瞬态法的基本原理是测试材料表面在瞬态或周期性热源下温度随时间的变化，主要包括激光闪点法、热带法以及平面热源法。
本文采用的瞬态平面热源法（TPS）导热系数测试仪（型号1500）为瑞士Hot Disk公司所生产，通过螺旋状的大接触面热源向试样传递热量和测试温度变化，经数学模型处理，得到待测样品的导热系数，相关偏差为5%。
一、Hot Disk导热仪测试原理Hot Disk导热仪的核心部件为由经蚀刻形成的具有连续双螺旋结构的导电金属探头。
该探头同时具备热源及温度感应的双重作用。
测试时需要选取两块表面相对平整的样品，将探头夹在其中形成类似于三明治的结构。
测试时，通过恒定输出的电流对探头进行加热，依据待测材料导热系数的差异，探头的热量传递（散失）情况可依据其随温度改变的电阻变化关系得到，进而通过热传导方程的一系列数学工具，得到待测材料的热传导系数与比热容，进而计算出其热导率。
该测试过程中，最为重要的一个前提是假设外部热流只通过导电金属探头沿待测样品的轴向进行一维传播，即不考虑传感器内部的热损耗以及扩散出样品边界的热量损失。
内部的热损耗可以通过隔热层材料的选取以及导电金属螺旋设计的优化而尽可能减少；样品边界的热量损失则显著依赖于测试条件的选取。
通常，由于测试时间较短，施加的热量较少，相对于样品的厚度，其水平方向的尺寸可以视作无限大，进而忽略该部分误差，满足ISO22007－2.2008标准和国标GB/T 32064-2015。
瞬态热阻和稳态热阻测试方法
瞬态热阻和稳态热阻测试方法瞬态热阻和稳态热阻是两种常用于热传导性能测试的方法。
瞬态热阻测试方法用于测量材料在瞬态状态下的热阻，而稳态热阻测试方法则用于测量材料在稳态状态下的热阻。
本文将详细介绍这两种测试方法的原理和操作步骤。
一、瞬态热阻测试方法瞬态热阻测试方法主要用于测量材料在瞬态条件下的热传导性能。
其原理基于温度传感器记录材料温度变化的过程，通过分析温度变化曲线可以计算出瞬态热阻。
下面是该测试方法的操作步骤：1. 准备测试样品：选择适当的材料样品，并确保其表面光洁平整，以保证热传导的准确性。
2. 安装温度传感器：将温度传感器固定在样品的表面，并确保其与样品紧密接触，以避免温度测量误差。
3. 施加热源：将热源放置在样品的一侧，以提供热量。
热源可以是恒温水槽、电热板等，根据实际需要选择合适的热源。
4. 记录温度变化：启动温度记录设备，并开始记录样品表面温度的变化。
记录时间应足够长，以确保获取到完整的温度变化曲线。
5. 数据分析：将记录到的温度数据导入计算软件中，通过分析温度变化曲线，可以计算出瞬态热阻的数值。
二、稳态热阻测试方法稳态热阻测试方法主要用于测量材料在稳态条件下的热传导性能。
其原理基于施加稳定的热流量，测量样品两侧的温度差，通过计算可以得到稳态热阻。
下面是该测试方法的操作步骤：1. 准备测试样品：选择适当的材料样品，并确保其尺寸和形状符合测试要求，以保证热传导的准确性。
2. 安装温度传感器：将温度传感器固定在样品的两侧，并确保其与样品紧密接触，以避免温度测量误差。
3. 施加稳定热流量：使用热源将稳定的热流量施加到样品的一侧，可以是电热丝、热板等，根据实际需要选择合适的热源。
4. 测量温度差：使用温度计或热电偶等设备测量样品两侧的温度差，确保测量的准确性和稳定性。
5. 计算热阻：根据施加的热流量和测得的温度差，通过计算可以得到样品的稳态热阻。
通过瞬态热阻和稳态热阻测试方法，可以获得材料的热传导性能数据，用于评估材料的热性能和热管理能力。
高温试验的温度条件
高温试验的温度条件高温试验是一种常见的物理实验方法，通过在高温环境下对物质进行测试，验证其性能和稳定性。
高温试验的温度条件是关键因素之一，它直接影响着实验的结果和物质的性能评估。
本文将介绍高温试验的常见温度条件，并分析其应用领域和影响因素。
高温试验的温度条件通常涵盖室温以上的温度范围，可以根据实验需求而定。
一般来说，高温试验可以分为几个常见的温度区间。
首先是中温试验，温度范围通常为200-800摄氏度。
中温试验常用于金属和合金材料的性能评估，如热膨胀系数、热导率、热稳定性等。
中温试验还可用于模拟工艺条件下材料的变形行为，评估其加工性能。
在实验中，可以通过炉内控制温度，确保稳定的温度条件，并对不同材料进行比较和分析。
其次是高温试验，温度范围通常为800-1600摄氏度。
高温试验常用于陶瓷材料、高温合金等耐高温材料的研究和评估。
在高温环境下，这些材料的力学性能、热性能和化学稳定性可能会发生显著变化。
高温试验可模拟材料在极端环境下的使用条件，评估其可靠性和耐久性。
同时，高温试验也用于研究材料的相变行为和热处理效果，为材料的制备和加工提供依据。
再次是超高温试验，温度范围通常超过1600摄氏度。
超高温试验通常适用于石墨、陶瓷复合材料等特殊材料的研究。
这些材料具有良好的耐高温性能和热导性能，在航空航天、能源等领域有广泛应用。
超高温试验可模拟材料在高速飞行、火箭发动机等极端条件下所受到的热应力和热氧化环境，评估其性能和可靠性。
高温试验的温度条件受多种因素影响，包括试验目的、物质特性和实验设备等。
不同的试验目的需要不同的温度条件，因此研究人员需要根据实际需求来确定温度范围。
同时，物质的特性也是确定温度条件的重要因素。
不同的物质在高温下可能表现出不同的热膨胀系数、热导率和热稳定性，因此需要选择适当的温度条件来评估其性能。
此外，实验设备的性能和控制能力也限制了温度条件的选择。
一些实验设备可能无法达到极高的温度，从而限制了试验的范围。
蓝宝石光纤温度传感器测温上限的瓶颈分析及解决方案
这 两种 黑体腔 制作 方法 的关键都 是使得 感温 腔
膜层很薄 ， 由于光纤基体细小热容极小 ， 温腔的轴向 感
长度尺寸也足够小 ， 温腔与热 源很快处 于热平衡状 感 态 ， 以近似认 为此 时 的感 温腔 处于 等温状态 ， 可 其辐 射光 与温度 之间满 足Ｐａ ｃ 黑体辐 射公式 ， 为保护 ｌｎｋ 但
传 统 的高温测 量方 法主要 采用 铂铑 热点 偶和 钨 铼热 电偶 ，Ｈ二者 的使 用都存 在很 大 的局 限性 ： 作 ｆ 制 铂 铑热 电偶 的 贵金 属材 料资 源稀 缺 ， 格 昂贵 ， 价 提炼 和 回收时 易造 成环境 污 染 ： 高温 下铢 的挥 发 很严 而 重． 致使 热 电偶 的热 电动 势不 稳定 ， 并且 高温状 态 下
要 占用 比接触 式 光纤 温度 传感 器更 多的空 间 ； 后 ． 最
它 在 研 制 应 用 过 程 中不 可 避 免 地 涉 及 到 确 定 非 黑 体
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收 稿 日期 ：０１ 一ｆ — ４ ２ ０ １２
作者简介： 赵靖 （ ９ ７ ） ，【 ｆ 州 人 ， 滇 硕 ｝研 究 ， ， 究 方 向 、 测 试 计 量技 术 及仪 器 １８ 一 ， ｌ 尔 Ｊ 卜研 ： 土 Ｊ
计算 过于 复杂 ，而且计 算过 程 中必须 已知辐 射腔沿
量 精 度 和长期 稳 定性 ， 因此 之前 的蓝宝 石 光纤 温 度
传 感 器 的测 温 上 限一 般 在 １７ ０Ｃ， 过在 单 晶光 纤 ０ ｏ 通
瞬态超高温传感器结构设计
１ 宝 石光纤 传感 嚣 蓝 蓝 宝石 光纤 温度 传感 器通 过直 接探 测光 纤 黑体 腔本 身 的热辐 射 来探 测 所 处 环境 的温 度 ，因此 具 有很 高 的灵敏 度 和较 高 的测 温精 度 。而 一般 的 接 触 式 辐射温 度 计测 定温 度 时 ， 由于被 测物 体 的发 射率 往往 随温 度 、波 长 、 表 面形 状等 条件 不同而 有很 大变 化 ，故很 难得 知被测 物温 度 的准确 值 。 蓝 宝 石 （—Ａ ａ Ｉ ）单 晶 物 理 化 学性 能稳 定 ，机 械 强 度 好 、 硬度 高 Ｏ （ 式硬度 为 ９ 、绝缘 （ 莫 ） 电阻率 ＞Ｏ Ｑ） 、耐 腐蚀 、折 射率 大 ，熔 点 高 ｌ
畸变 所致 的误差 ［ － ］ ２ ３ ，本文 是基 于外 推法 设计 的。
自动 成型 技 术 的 本质 是 用 积 分 制造 三 维 实 体 。在 成 型 过 程 中 ，先 由 三 维 造 型 软件 在 计 算 机 中做 成 部 件 的 三 维 实 体 模 型 ， 然 后 将 其 用 软 件 “ ” 出 设定 厚 度 系 列 片层 （ 个 微 米 ） ；再 将 这 些 片 层 的数 据 信 息 传 切 几 递 给成 型机 ，通 过 材 料 逐层 添 加 法 制 造 出来 ，而 不 需 要特 殊 的模 具 、 工 具 或人 工 干 涉 。 目前 ， 比较 成 熟 的 快 速 成 型方 法 有 如 下 几种 ：分 层 实 体
料。 ４外 壳陶 瓷 的加工
数 ，尤 其是 表 面瞬态 温 度 ，它可 以反映 燃烧 过程 中的一 些 重要 信 息。在 热 工 设 备 、动 力 机 械 、火 箭 发 动机 、化 工 容 器 、 核 能工 程 等 多 种 学科 领 域
中，瞬态温 度 的测量 都 占有非 常重 要的地 位 ［ ］ １ 目前 瞬 态 温度 的测 量 方法 是 多种 多样 的 ，归 纳起 来 可 以划 分 为两 大
数字散斑瞬态高温测试技术方案设计
第一章绪论1.1 研究目的和意义在工程实际中，由于工件和设备的各种运动，使得设备之间产生了许多非稳态导热现象。
热力设备的启动，停机，变工况，突然冷却等，使设备产生了瞬态高温。
若瞬态温度太高，则会由于过大的热应力而损坏部件，因此对瞬时温度的检测和控制变得极其重要。
传统的温度探测器多是使用热-电的方法，而由热到电的过程需引入电阻、电感、电容等元件，这样温度的产生和探测之间会产生时间延迟，并且引入电路的过程可能会导致原温度场频率发生变化，同时一些机械的探测需要无接触性探测。
另外，在很多情况下，当温度达到，甚至超过一定极限时，传统的温度传感器会失去探测能力。
因此，传统的温度传感器遇到了很大的挑战，实现瞬态高温的实时、非接触性检测具有重大的意义。
散斑干涉测量技术是60年代末由J. M. Burch 和J. T. To kardki首先提出的一种光学测量技术, 具有非接触、测量精度高、对环境的防震要求低、可在明光下操作、能进行全场测量等特点, 因而广泛应用于光学粗糙表面的变形测量和无损检测。
随着计算机技术、电子技术和数字图像处理技术的发展, 形成了电子散斑干涉测量技术( electronic speckle pattern interferometry, 简称ESPI)，它具有实时处理信息、实时显示干涉条纹、快速方便、对工作环境的防震要求低并可以实现条纹自动化测量等优点。
另外由散斑干涉模型可以知道，温度与弹性模量，等温压缩系数，体胀系数等有关系，而弹性模量等的测量时一个复杂的过程，如果本系统能非常完美地解决高温的测试，那么我们可以将本实验扩展为对弹性模量，等温压缩系数和体膨胀系数的测量，即本系统对其它物理量的研究也有重要意义。
本文在充分利用ESPI优点的基础上，应用CCD通过图像采集卡把散斑图像变成一种完全数字化的图像，并且借助于计算机程序对变形或位移前后散斑图求相关运算而实现计量。
这样，本系统即摆脱了传统高温测量的不足，又实现了高温测试的进一步的创新。
瞬态表面温度传感器超高温外推测试技术研究
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仪 表 技 术 与 传 感 器
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Ｎｏ ７ ．
ห้องสมุดไป่ตู้第 ７期
温 度外 推在 瞬态 高温 测 试 中的应 用
郭 海伟 ， 晓剑 ， 郝 周汉 昌， 潘保 武
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和 红外测温仪测得的 黑体腔 内外膜 层温度变化 曲线 ， 而验证 了该外推模 型及 方法的正确性 。 从
关键词 ： 宝石光 纤温度传 感器 ； 限差分逼近法 ；温度 外推 蓝 有
中图分类号 ： Ｐ １ Ｔ２２ 文 献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ２—１４ （ ０ １ ０ ０ ７ １０ ８ １ ２ １ ）７— ０ ３—０ ３
（ 中北大 学仪 器科学与动态测试教育 部重 点实验室 ， 山西太原 ００ ５ ） ３ ０ １
摘要： 借助蓝 宝石 光纤温度传感 器和 多路数据 采集卡 ， 根据传 热学的基 本原理 ， 建立了瞬态高温的黑体腔 外推测试模
型， 并通过有 限差分逼近 外推 法 实现 了对瞬 态高温的测 量。在 此基础上 ， 用氢氧焰来模 拟瞬态高温热源 ， 到 了传感 器 利 得
Ａｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｔ ａ ｌｔｏ ｎ ｅ ｓ ｒｎｇ Ｔｒ ｎ ｉｎｔ ｐｌ ｔｏ ｆＥｘ ｒ ｐｏ ａ ｉ ｎ ｉ Ｍ ａ ｕ ｉ ａ ｓｅ ｃ
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０ 引 言
严格要求 ， 在测量精 度方 面大 大得 到提高 ， 对整 个传 感器 系统 性能 的提 高具 有重 大的实际意义 。 １ 瞬态高温测试及外推验证 系统 基于 Ｐａｃ ｌ ｋ黑体辐射定 律 的瞬态 高温测量 及外 推验 证系 ｎ 统 由蓝宝石光纤 黑体腔温度传感器 、 ｏｌ ｅ ｍ ｄｉ ３型红外测温仪 、 ｎ 三