光熱輻射背檢測(cè)技術(shù)對(duì)材料熱擴(kuò)散率的測(cè)量研究.pdf

1、本文在光熱輻射(PTR)簡(jiǎn)化理論模型的基礎(chǔ)上，利用PTR背檢測(cè)技術(shù)開(kāi)展了對(duì)金屬體材料和薄層材料熱擴(kuò)散率的測(cè)量研究，準(zhǔn)確測(cè)量了不同材料的熱擴(kuò)散率值，獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確有效。
　?。?）完成了PTR背檢測(cè)技術(shù)對(duì)金屬體材料熱擴(kuò)散率的測(cè)量研究。首先，根據(jù)三維熱傳導(dǎo)理論及灰體輻射理論，建立了PTR單層簡(jiǎn)化理論模型，獲得了PTR背檢測(cè)技術(shù)的理論。其次，設(shè)計(jì)并建立了PTR背檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開(kāi)展了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品紫銅和鋁的體材料熱擴(kuò)散率值的驗(yàn)證測(cè)試。本系

2、統(tǒng)在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中測(cè)試信號(hào)穩(wěn)定，獲得了較好的信噪比，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，與理論曲線的擬合度高。通過(guò)對(duì)比振幅—頻率關(guān)系及相位—頻率關(guān)系的測(cè)量結(jié)果，得到利用相位信息能夠更加準(zhǔn)確有效地測(cè)量材料的熱擴(kuò)散率值。這表明PTR背檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。第三，開(kāi)展了對(duì)其他金屬體材料熱擴(kuò)散率的測(cè)量，樣品的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與相應(yīng)材料的參考值完全一致。分析六種不同材料的測(cè)量結(jié)果，相對(duì)誤差?均小于3.0％。利用參數(shù)對(duì)擬合結(jié)果進(jìn)行分析，決定系數(shù)R2均大于97％

3、，一致性參數(shù)var均小于0.01。本文PTR背檢測(cè)技術(shù)能夠準(zhǔn)確測(cè)量材料的熱擴(kuò)散率。
　?。?）完成了PTR背檢測(cè)技術(shù)對(duì)金屬薄層材料熱擴(kuò)散率值的測(cè)量研究。首先，利用ANSYS軟件的熱分析功能對(duì)不同厚度的模型內(nèi)部溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了仿真，通過(guò)溫度分布結(jié)果可以看出隨著材料厚度降低，薄層材料的導(dǎo)熱性能受邊界影響而不同于厚度較大的體材料。其次，利用PTR背檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)不同厚度的鋁及紫銅薄層材料的熱擴(kuò)散率值進(jìn)行測(cè)量研究，測(cè)得厚度為40um和20

4、um鋁的熱擴(kuò)散率值分別為78.999mm2/s、68.271mm2/s，厚度為20um和10um紫銅的熱擴(kuò)散率值分別為90.059mm2/s、83.131mm2/s。分析實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，決定系數(shù)R2均大于97％，一致性參數(shù)var均非常小，相比于傳統(tǒng)的PTR檢測(cè)方法，本文測(cè)量值更加可靠。材料厚度到微米量級(jí)時(shí)，薄層材料的熱擴(kuò)散率值要小于相應(yīng)的體材料熱擴(kuò)散率值。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文PTR背檢測(cè)技術(shù)能夠準(zhǔn)確測(cè)量材料的熱擴(kuò)散率，利用相位信息