- 基于獨立型傳感器測量微尺度熱物性
- 來源：賽斯維傳感器網 發(fā)表于 2015/1/22
在膜蒸餾領域，微孔膜的熱導率直接決定著膜蒸餾工藝的熱效率，因此，其精確測量一直是研究熱點。然而，該類微孔膜的厚度往往小于100微米，在該尺度下，常規(guī)熱物性表征技術已不再適用，造成了熱導率實驗表征的困難。
關于微孔膜熱導率精確表征的實驗技術十分罕見，大部分膜蒸餾材料學家僅能依賴簡單的多孔材料熱傳導計算公式（如串聯模型、并聯模型、串并聯混合模型）估算商用微孔膜的等效熱導率值。因此，開發(fā)適用于數十微米厚微孔膜的熱導率測量技術變得日益迫切。
近日，中國科學院工程熱物理研究所傳熱傳質研究中心科研人員針對這一微尺度熱物性測量難題進行了較深入研究�？蒲腥藛T提出了一種自適應基于獨立型傳感器的3ω技術（圖1、圖2），通過分別測試5層對稱結構（基底-微孔膜-傳感器-微孔膜-基底）及作為對照組的3層對稱結構（基底-傳感器-基底）的獨立型傳感器的溫度響應信號（圖1），結合提出的數學模型，可以較為準確地得到數十微米厚微孔膜的有效熱導率。
圖1 (a) 對稱5層（基底-微孔膜-傳感器-微孔膜-基底）表征結構示意圖，(b)作為對照組的對稱3層（基底-傳感器-基底）表征結構。曲線圖表示不同表征結構對應的頻域內獨立型傳感器的溫度響應信號。
研究表明本技術對于三類典型商用膜蒸餾微孔膜：聚四氟乙烯（PTFE，45 μm厚）、聚丙烯（PP，44 μm厚）和聚偏氟乙烯（PVDF，177 μm厚）的熱導率測量結果與參考結果吻合很好。研究進一步定量了測試結構外界負載（圖3）、微孔膜厚度及界面接觸熱阻對測量精度的影響，給出了確保測量精度的最佳實驗條件。該工作提出的高自適應性方案為各類膜蒸餾領域用微孔膜熱物性表征提供了最有希望的候選技術之一�！�
圖2 用于微孔膜測量的自適應基于獨立型傳感器的3ω系統(tǒng)，包含：信號發(fā)生器、鎖相放大器、前置放大器、運算模塊（運放、低溫漂電阻）及計算機自動控制系統(tǒng)。
圖3 觀測到的熱阻增量隨不同負載壓力的變化曲線：(a)單層PVDF177薄膜及(b)三層 PTFE45薄膜樣品。
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