导热率的测试装置、方法以及相关设备

1.本发明涉及材料测试领域，尤其涉及一种导热率的测试装置、方法以及相关设备。


背景技术：

2.随着科学技术的发展以及能源危机的到来，能源问题已经成为全世界共同关注的话题。因此，对于材料的热物理性质的研究与测量越来越受到人们的重视。针对不同材料进行热参数测试的方法和设备也日新月异。常用的热参数测量的方法有很多，大致可以分为稳态测量法和瞬态测量法两种。虽然稳态法具有测量原理简单、测量精确度高等优点，但是也有测量时间长、测量范围小、测量所需要的装置相对复杂以及对环境的要求严苛等缺点，因此应用范围比较受限。
3.瞬态平面热源法(transient plane source method,tps法)的测量原理是通过采用恒定的加热功率对材料进行瞬态加热，在加热过程中测量土样表面的温升与时间的关系，获取到材料内部瞬态变化的温度场，建立与之对应的导热微分方程，求解得到土样的导热率。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种导热率的测试装置、方法及相关设备，可以快速准确定的确定土样的导热率。
5.本发明第一方面提供了一种导热率的测试装置，包括：
6.称量单元、壳体、溶液槽、基座材料、测试电路、电源及控制器；
7.其中，所述壳体罩设于所述称量单元，所述溶液槽设置于所述壳体的内部；
8.所述基座材料设置于所述称量单元上，目标土样设置于所述基座材料之上，所述目标土样为待测导热率的土样，所述称量单元用于确定所述目标土样的质量信息；
9.所述电源与所述测试电路连接，用于为所述测试电路提供激励电压；
10.所述测试电路与所述目标土样连接，所述测试电路用于测试所述目标土样的电压变化值；
11.所述控制器与所述测试电路以及所述称量单元连接，用于获取所述目标土样的质量信息，并根据所述目标土样的质量信息确定所述目标土样的土样饱和度，并在所述土样饱和度达到预设阈值时，控制所述电源向所述测试电路施加激励电压，并获取所述目标土样的电压变化值，根据所述电压变化值确定所述目标土样的温升函数，并根据所述温升函数以及所述目标土样的属性信息确定所述目标土样的导热率。
12.一种可能的设计中，所述壳体包括环形侧壁以及壳顶，所述环形侧壁与所述壳顶可拆卸连接，所述环形侧壁和所述壳顶均为透明玻璃材质。
13.一种可能的设计中，所述测试电路包括温度传感器以及高精度电阻，所述温度传感器设置于所述目标土样与所述基座材料之间，且所述温度传感器分别与所述目标土样与所述基座材料相抵接。
14.一种可能的设计中，所述环形侧壁上设置有导线开窗，所述tps传感器通过所述导线开窗与所述高精度电阻连接。
15.一种可能的设计中，所述测试装置还包括：
16.显示单元，所述显示单元为万用表，用于记录所述目标土样在测试过程中的电压变化值与时间；
17.所述显示单元与所述控制器连接，用于记录的所述目标土样在测试过程中的电压变化值与时间，并将所述电压变化值以及所述时间发送至所述控制器。
18.本发明第二方面提供了一种导热率的测试方法，包括：
19.确定目标土样所对应的测试参数，所述目标土样为待测导热率的土样；
20.确定目标土样处于特定湿度环境下的目标饱和度；
21.若所述目标饱和度达到预设阈值，则向所述目标土样所对应的目标电路施加激励电压；
22.记录施加所述激励电压后所述目标电路在预设时长内的电压变化值；
23.根据所述电压变化值确定所述目标土样所对应的温升函数；
24.根据所述温升函数以及所述目标土样所对应的测试参数确定所述目标土样的导热率。
25.一种可能的设计中，所述目标电路包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述目标土样与基座材料之间，所述根据所述温升函数以及所述目标土样所对应的属性参数确定所述目标土样的导热率包括：
26.确定所述温升函数与所述目标土样所对应的无量纲特征时间函数的线性关系；
27.根据所述线性关系确定所述基座材料不同热扩散系数下的所述温升函数与所述无量纲特征时间函数的线性拟合残差值集合；
28.确定目标线性拟合残差值时所述温升函数与所述无量纲特征时间函数的目标斜率以及所述目标土样的热扩散系数；
29.根据所述目标土样所对应的属性参数、所述目标斜率以及所述目标土样的热扩散系数值确定所述目标土样的导热率。
30.一种可能的设计中，所述根据所述目标土样所对应的属性参数、所述目标斜率以及所述热扩散系数值确定所述目标土样的导热率包括：
31.通过如下公式确定所述目标土样的导热率：
[0032][0033]
其中，k和ks为所述目标土样的导热率，kb为所述基座材料的导热率，as为所述目标土样的热扩散系数，ab为所述基座材料的热扩散系数，p为所述目标电路的加热功率，l为所述目标电路中的高精度电阻边长的一半，δt(τ)为所述温升函数，h(τ)为无量纲特征时间函数，其中，通过如下公式确定所述h(τ)：
[0034][0035]
其中，h为所述电压变化值所对应的温度，τ为所述电压变化值所对应的时间，erf
为误差函数，v为积分变量，e为自然对数。
[0036]
本发明实施例第三方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如上述第二方面所述的导热率的测试方法的步骤。
[0037]
本发明实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现如上述第二方面所述的导热率的测试方法的步骤。
[0038]
综上所述，可以看出，本发明提供的实施例中，采用一块热参数已知的材料作为基座材料；所用的tps传感器既是加热元件，同时又是传感元件，作为加热元件对被测土样和基座材料进行加热，作为传感元件测量加热过程中传感元件表面的实时温升，通过得到的温升和已知的基座材料热参数进行数值计算得到相应的待测土样的热参数。由此可以简单、快速、精准的测试出土样的导热率。
附图说明
[0039]
图1为本发明实施例提供的导热率的测试装置的结构示意图；
[0040]
图2为本发明实施例提供的导热率的测试方法的流程示意图；
[0041]
图3为本发明实施例提供的目标土样所对应的温升函数δt(τ)与无量纲特征时间函数h(τ)之间的线性关系示意图；
[0042]
图4为本发明实施例提供的温升函数δt(τ)与无量纲特征时间函数h(τ)之间的线性拟合残差值的示意图；
[0043]
图5为本发明实施例提供的非饱和土导热率的曲线示意图；
[0044]
图6为本发明实施例提供的一种导热率的测试装置的硬件结构示意图；
[0045]
图7为本发明实施例提供的一种电子设备的实施例示意图；
[0046]
图8为本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。
具体实施方式
[0047]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
在以下的说明中，本发明的具体实施例将参考由一部或多部计算机所执行的步骤及符号来说明，除非另有述明。因此，这些步骤及操作将有数次提到由计算机执行，本文所指的计算机执行包括了由代表了以一结构化型式中的数据的电子信号的计算机处理单元的操作。此操作转换该数据或将其维持在该计算机的内存系统中的位置处，其可重新配置或另外以本领域测试人员所熟知的方式来改变该计算机的运作。该数据所维持的数据结构为该内存的实体位置，其具有由该数据格式所定义的特定特性。但是，本发明原理以上述文字来说明，其并不代表为一种限制，本领域测试人员将可了解到以下所述的多种步骤及操作亦可实施在硬件当中。
[0049]
本发明的原理使用许多其它泛用性或特定目的运算、通信环境或组态来进行操
作。所熟知的适合用于本发明的运算系统、环境与组态的范例可包括(但不限于)手持电话、个人计算机、服务器、多处理器系统、微电脑为主的系统、主架构型计算机、及分布式运算环境，其中包括了任何的上述系统或装置。
[0050]
本发明中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
[0051]
为了便于理解，首先对本发明涉及的一些名词进行解释：
[0052]
饱和度：是土的孔隙中水的体积与孔隙体积之比，形容土的孔隙被水所充满的程度
[0053]
所述接触热阻：两个互相接触的材料，实际上没有完全接触，未接触的界面之间的间隙常常充满了空气，这种情况与固体表面完全接触相比，增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。
[0054]
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的导热率的测试装置的结构示意图，该导热率的测试装置100包括：
[0055]
称量单元101、壳体102、溶液槽103、基座材料104、测试电路105、电源106及控制器(图中未示出)；
[0056]
其中，所述壳体102罩设于所述称量单元101，所述溶液槽103设置于所述壳体102的内部，具体的所述溶液槽103可以挂设于所述壳体102的侧壁；
[0057]
所述基座材料104设置于所述称量单元101上，目标土样107设置于所述基座材料104之上，所述目标土样107为待测导热率的土样，所述称量单元102用于确定所述目标土样的质量信息；
[0058]
所述电源106与所述测试电路105连接，用于为所述测试电路105提供激励电压；所述电源106(编程精度0.03％+3mv/0.05％+4ma)的电压可以在0～25v范围内调节，由此可以为所述测试电路105提供稳定的激励电压。
[0059]
所述测试电路105与所述目标土样107连接，用于测试所述目标土样107的电压变化值；
[0060]
所述控制器与所述测试电路105以及所述称量单元101连接，用于获取所述目标土样的质量信息，并根据所述目标土样的质量信息确定所述目标土样的土样饱和度，并在所述土样饱和度达到预设阈值时，控制所述电源向所述测试电路施加激励电压，并获取所述目标土样的电压变化值，根据所述电压变化值确定所述目标土样的温升函数，并根据所述温升函数以及所述目标土样的属性信息确定所述目标土样的导热率。
[0061]
需要说明的是，在进行测试之前需要对目标土样和基座材料进行制备，采用土体材料作为目标土样，用压实模具将一定质量的干燥土颗粒压制成一定厚度的土饼，加水抽真空饱和后脱模。为了进行良好的测量，根据样品制备的原理，目标土样和基座材料的表面应足够光滑，有助于减小实验过程中的接触热阻。另外，该目标土样可以为固体、液体、粉末、薄板、薄膜以及各向异性材料等多种状态的土样。
[0062]
一个实施例中，所述壳体102包括环形侧壁1021以及壳顶1022，所述环形侧壁1021与所述壳顶1022可拆卸连接，所述环形侧壁1021和所述壳顶1022均为透明玻璃材质。也即将透明的环形侧壁1021放置在称量单元(此处以称量单元为天平为例进行说明，当然也还可以为其他的称量装置，例如电子秤，具体不做限定上)，由此，该环形侧壁1021可以将天平
托盘整个罩住，在溶液槽103内注入盐溶液控制壳体102内的相对湿度，达到控制目标土样蒸发速率的目的，使目标土样缓慢蒸发至目标饱和度。
[0063]
一个实施例中，所述测试电路105包括温度传感器1051以及高精度电阻1052，所述温度传感器1051设置于所述目标土样107与所述基座材料104之间，且所述温度传感器1051分别与所述目标土样107与所述基座材料104相抵接。也即，通过所述目标土样107与所述基座材料将所述温度传感器1051夹住，并将其放置于所述称量单元104上，通过所述称量单元确定重量信息，并将该重量信息发送至控制器，进而可以根据该重量信息计算出土样饱和度；同时，将所述温度传感器1051与所述高精度电阻1052连接，形成惠斯通电桥，其中，所述温度传感器1051为tps传感器，该温度传感器即作为热源，又用于检测温度，该惠斯通电桥可以测量电阻的微小变化，并将电阻的变化转换为电压的变化。
[0064]
需要说明的是，所述环形侧壁1022上设置有导线开窗，所述温度传感器1051通过所述导线开窗与所述高精度电阻1052连接。
[0065]
一个实施例中，所述测试装置100还包括：
[0066]
显示单元108，所述显示单元108为万用表，用于记录所述目标土样在测试过程中的电压变化值与时间；所述显示单元与所述控制器连接，用于记录的所述目标土样在测试过程中的电压变化值与时间，并将所述电压变化值以及所述时间发送至所述控制器。也即，将电源与万用表和惠斯通电桥连接，提供激励电压和测量材料温升曲线。
[0067]
在进行测试时，同时启动电源与万用表，给目标电路施加固定的激励电压，万用表记录目标电路在施加电压后一段时间内的电压变化值，同时将所述激励电压控制在适宜范围，使整个测量过程温升不超过1k。同时，所述万用表每秒记录的数据点不宜过少，以保证热参数的一般性。控制器在获取到实验测试数据之后，可以计算得到相应的温升曲线，通过最小二乘法拟合测量过程中试样表面温度增值随时间变化的函数和无量纲特征时间函数的线性关系，根据已知的基座材料热参数计算得出目标土样的导热率。
[0068]
需要说明的是，该温升曲线可由测量的电压值转化计算得出，将获得的探头表面平均温升与无量纲时间函数进行线性拟合，由拟合直线的斜率和基座材料已知的热物参数即可求得目标土样的导热率。
[0069]
综上所述，可以看出，本发明提供的实施例中，采用一块热参数已知的材料作为基座材料；所用的tps传感器既是加热元件，同时又是传感元件，作为加热元件对被测土样和基座材料进行加热，作为传感元件测量加热过程中传感元件表面的实时温升，通过得到的温升和已知的基座材料热参数进行数值计算得到相应的待测土样的热参数。在运用瞬态平面热源技术，只需要单个土样，为单一土样的测量热参数，具有简单、快速、精准等优势，且弥补了目前已有的瞬态平面热源法测试装置在单一土样测试的空白。
[0070]
上面从导热率的测试装置法对本发明实施例进行了描述，下面从导热率的测试方法对本发明实施例进行描述。
[0071]
请参阅图2，图2为本发明实施例提供的导热率的测试方法的流程示意图，该导热率的测试方法应用于图1所示的导热率的测试装置，该导热率的测试方法包括：
[0072]
201、确定目标土样所对应的测试参数。
[0073]
本实施例中，控制器可以确定目标土样所对应的测试参数，该目标土样为待测导热率的土样，该土样可以为固体、液体、粉末、薄板、薄膜以及各向异性材料等多种状态的土
样。
[0074]
需要说明的是，该测试参数包括但不限于目标土样的属性信息(例如直径、厚度)目标土样所对应的基座材料的属性参数、目标土样所对应的目标电路中高精度电阻的电阻片的长度以及目标电路的加热功率等参数，其中，此处选取abs为基座材料(热物参数已知，热扩散系数为0.098mm2/s，导热率为0.17w/(m
·
k)))，三门峡粘土为待测土样，abs与三门峡粘土的尺寸分别为：直径为50mm、厚度为20mm、直径为35mm、厚度为37.5mm的圆柱体。并将材料接触面打磨平整光滑。将abs与三门峡粘土放置在天平上，夹住tps传感器，使土样和待测材料之间土样，和传感器之间具有良好接触。
[0075]
202、确定目标土样处于特定湿度环境下的目标饱和度。
[0076]
本实施例中，在溶液槽注入饱和氯化钠溶液来控制壳体内的相对湿度，以此降低土样蒸发速率，保证土样内水分分布均匀，通过高精度天平读数，换算出土样饱和度，饱和度每间隔0.05测试一次热参数。
[0077]
203、若目标饱和度达到预设阈值，则向目标土样所对应的目标电路施加激励电压。
[0078]
204、记录施加激励电压后目标电路在预设时长内的电压变化值。
[0079]
本实施例中，当土样蒸发到目标饱和度，同时启动电源与万用表，向目标电路施加固定的激励电压，并通过万用表记录目标电路在施加电压后一段时间内的电压变化值。
[0080]
205、根据电压变化值确定目标土样所对应的温升函数。
[0081]
本实施例中，控制器在确定目标电路在预设时长内的电压变化值之后，可以将该电压变化值进行转化，进而计算目标土样所对应的温升函数。
[0082]
需要说明的是，通过步骤201可以确定目标土样所对的测试参数，通过步骤202至步骤205可以确定目标土样所对应的温升函数，然而步骤201与步骤202至步骤205之间并没有先后执行顺序的限制，可以先执行步骤201，也可以先执行步骤202至步骤205，具体不做限制。
[0083]
206、根据温升函数以及目标土样所对应的测试参数确定目标土样的导热率。
[0084]
本实施例中，控制器可以确定温升函数与目标土样所对应的无量纲特征时间函数的线性关系，其中，该线性关系如图3所示；并根据线性关系确定基座材料在不同热扩散系数下的温升函数与无量纲特征时间函数的线性拟合残差值集合，其中，该温升函数与无量纲特征时间函数的线性拟合残差值如图4所示；并确定目标线性拟合残差值时温升函数与无量纲特征时间函数的目标斜率以及目标土样的热扩散系数；根据目标土样所对应的属性参数、目标斜率以及目标土样的热扩散系数值确定目标土样的导热率，导热率曲线如图5所示。
[0085]
一个实施例中，通过如下公式确定目标土样的导热率：
[0086][0087]
其中，k和ks为所述目标土样的导热率，kb为所述基座材料的导热率，as为所述目标土样的热扩散系数，ab为所述基座材料的热扩散系数，p为所述目标电路的加热功率，l为所述目标电路中的高精度电阻边长的一半，δt(τ)为所述温升函数，h(τ)为无量纲特征时间
函数，其中，通过如下公式确定所述h(τ)：
[0088][0089]
其中，h为所述电压变化值所对应的温度，τ为所述电压变化值所对应的时间，erf为误差函数，v为积分变量，e为自然对数。
[0090]
也即，通过最小二乘法拟合测量过程中目标土样表面温度增值随时间变化的函数δt(τ)和无量纲特征时间函数h(τ)的线性关系(如图4所示)，取不同的热扩散系数得到不同的拟合残差值(如图3所示)，当拟合残差最小时得到h(τ)与δt(τ)斜率值和对应的热扩散系数值，该热扩散系数之即为目标土样的热扩散系数。将得到的斜率值与对应的热扩散系数代入如下公式：
[0091]
进而可以计算得出目标土样的导热率(如图5所示)。
[0092]
综上所述，可以看出，本发明提供的实施例中，采用一块热参数已知的材料作为基座材料；所用的tps传感器既是加热元件，同时又是传感元件，作为加热元件对被测土样和基座材料进行加热，作为传感元件测量加热过程中传感元件表面的实时温升，通过得到的温升和已知的基座材料热参数进行数值计算得到相应的待测土样的热参数。在运用瞬态平面热源技术，只需要单个土样，为单一土样的测量热参数，具有简单、快速、精准等优势，且弥补了目前已有的瞬态平面热源法测试装置在单一土样测试的空白。
[0093]
下面从硬件处理的角度对本发明实施例中的导热率的测试装置进行详细描述，请参阅图6，本发明实施例中的导热率的测试装置600的实施例示意图，该导热率的测试装置600包括：
[0094]
输入装置601、输出装置602、处理器603和存储器604(其中处理器603的数量可以一个或多个，图6中以一个处理器603为例)。在本发明的一些实施例中，输入装置601、输出装置602、处理器603和存储器604可通过通信总线或其它方式连接，其中，图6中以通信总线连接为例。
[0095]
其中，通过调用存储器604存储的操作指令，处理器603，用于执行如下步骤：
[0096]
确定目标土样所对应的测试参数，所述目标土样为待测导热率的土样；
[0097]
确定目标土样处于特定湿度环境下的目标饱和度；
[0098]
若所述目标饱和度达到预设阈值，则向所述目标土样所对应的目标电路施加激励电压；
[0099]
记录施加所述激励电压后所述目标电路在预设时长内的电压变化值；
[0100]
根据所述电压变化值确定所述目标土样所对应的温升函数；
[0101]
根据所述温升函数以及所述目标土样所对应的测试参数确定所述目标土样的导热率。
[0102]
通过调用存储器604存储的操作指令，处理器603，还用于执行图2对应的实施例中的任一方式。
[0103]
请参阅图7，图7为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。
[0104]
如图7所示，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器710、处理器720及存储在存储器710上并可在处理器720上运行的计算机程序711，处理器720执行计算机程序711时实现以下步骤：
[0105]
确定目标土样所对应的测试参数，所述目标土样为待测导热率的土样；
[0106]
确定目标土样处于特定湿度环境下的目标饱和度；
[0107]
若所述目标饱和度达到预设阈值，则向所述目标土样所对应的目标电路施加激励电压；
[0108]
记录施加所述激励电压后所述目标电路在预设时长内的电压变化值；
[0109]
根据所述电压变化值确定所述目标土样所对应的温升函数；
[0110]
根据所述温升函数以及所述目标土样所对应的测试参数确定所述目标土样的导热率。
[0111]
在具体实施过程中，处理器720执行计算机程序711时，可以实现图2对应的实施例中任一实施方式。
[0112]
由于本实施例所介绍的电子设备为实施本发明实施例中一种导热率的测试装置所采用的设备，故而基于本发明实施例中所介绍的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本发明实施例中的方法不再详细介绍，只要本领域所属技术人员实施本发明实施例中的方法所采用的设备，都属于本发明所欲保护的范围。
[0113]
请参阅图8，图8为本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。
[0114]
如图8所示，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质800，其上存储有计算机程序811，该计算机程序811被处理器执行时实现如下步骤：
[0115]
确定目标土样所对应的测试参数，所述目标土样为待测导热率的土样；
[0116]
确定目标土样处于特定湿度环境下的目标饱和度；
[0117]
若所述目标饱和度达到预设阈值，则向所述目标土样所对应的目标电路施加激励电压；
[0118]
记录施加所述激励电压后所述目标电路在预设时长内的电压变化值；
[0119]
根据所述电压变化值确定所述目标土样所对应的温升函数；
[0120]
根据所述温升函数以及所述目标土样所对应的测试参数确定所述目标土样的导热率。
[0121]
在具体实施过程中，该计算机程序811被处理器执行时刻以实现图2对应的实施例中任一实施方式。
[0122]
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0123]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0124]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0125]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0126]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0127]
本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机软件指令，当计算机软件指令在处理设备上运行时，使得处理设备执行如图2对应实施例中的流程。
[0128]
所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，ssd))等。
[0129]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0130]
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时刻以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0131]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0132]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0133]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0134]
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修该，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种导热率的测试装置，其特征在于，包括：称量单元、壳体、溶液槽、基座材料、测试电路、电源及控制器；其中，所述壳体罩设于所述称量单元，所述溶液槽设置于所述壳体的内部；所述基座材料设置于所述称量单元上，目标土样设置于所述基座材料之上，所述目标土样为待测导热率的土样，所述称量单元用于确定所述目标土样的质量信息；所述电源与所述测试电路连接，用于为所述测试电路提供激励电压；所述测试电路与所述目标土样连接，所述测试电路用于测试所述目标土样的电压变化值；所述控制器与所述测试电路以及所述称量单元连接，用于获取所述目标土样的质量信息，并根据所述目标土样的质量信息确定所述目标土样的土样饱和度，并在所述土样饱和度达到预设阈值时，控制所述电源向所述测试电路施加激励电压，并获取所述目标土样的电压变化值，根据所述电压变化值确定所述目标土样的温升函数，并根据所述温升函数以及所述目标土样的属性信息确定所述目标土样的导热率。2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述壳体包括环形侧壁以及壳顶，所述环形侧壁与所述壳顶可拆卸连接，所述环形侧壁和所述壳顶均为透明玻璃材质。3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述测试电路包括温度传感器以及高精度电阻，所述温度传感器设置于所述目标土样与所述基座材料之间，且所述温度传感器分别与所述目标土样与所述基座材料相抵接。4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述环形侧壁上设置有导线开窗，所述tps传感器通过所述导线开窗与所述高精度电阻连接。5.根据权利要求1至4中任一项所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括：显示单元，所述显示单元为万用表，用于记录所述目标土样在测试过程中的电压变化值与时间；所述显示单元与所述控制器连接，用于记录的所述目标土样在测试过程中的电压变化值与时间，并将所述电压变化值以及所述时间发送至所述控制器。6.一种导热率的测试方法，其特征在于，包括：确定目标土样所对应的测试参数，所述目标土样为待测导热率的土样；确定目标土样处于特定湿度环境下的目标饱和度；若所述目标饱和度达到预设阈值，则向所述目标土样所对应的目标电路施加激励电压；记录施加所述激励电压后所述目标电路在预设时长内的电压变化值；根据所述电压变化值确定所述目标土样所对应的温升函数；根据所述温升函数以及所述目标土样所对应的测试参数确定所述目标土样的导热率。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述目标电路包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述目标土样与基座材料之间，所述根据所述温升函数以及所述目标土样所对应的属性参数确定所述目标土样的导热率包括：确定所述温升函数与所述目标土样所对应的无量纲特征时间函数的线性关系；根据所述线性关系确定所述基座材料不同热扩散系数下的所述温升函数与所述无量纲特征时间函数的线性拟合残差值集合；
确定目标线性拟合残差值时所述温升函数与所述无量纲特征时间函数的目标斜率以及所述目标土样的热扩散系数；根据所述目标土样所对应的属性参数、所述目标斜率以及所述目标土样的热扩散系数值确定所述目标土样的导热率。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标土样所对应的属性参数、所述目标斜率以及所述热扩散系数值确定所述目标土样的导热率包括：通过如下公式确定所述目标土样的导热率：其中，k和k
s
为所述目标土样的导热率，k
b
为所述基座材料的导热率，a
s
为所述目标土样的热扩散系数，a
b
为所述基座材料的热扩散系数，p为所述目标电路的加热功率，l为所述目标电路中的高精度电阻边长的一半，δt(τ)为所述温升函数，h(τ)为无量纲特征时间函数，其中，通过如下公式确定所述h(τ)：其中，h为所述电压变化值所对应的温度，τ为所述电压变化值所对应的时间，erf为误差函数，v为积分变量，e为自然对数。9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如上述权利要求6-8中任一项所述的导热率的测试方法。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，其特征在于：所述计算机管理类程序被处理器执行时实现如权利要求6-8中任意一项所述的导热率的测试方法。

技术总结
本发明实施例提供了一种导热率的测试装置、方法及相关设备，可以快速准确地确定土样的导热率。该方法包括：称量单元、壳体、溶液槽、基座材料、测试电路、电源及控制器；其中，所述壳体罩设于所述称量单元，所述溶液槽设置于所述壳体的内部；所述基座材料设置于所述称量单元上，目标土样设置于所述基座材料之上，所述目标土样为待测导热率的土样，所述称量单元用于确定所述目标土样的质量信息；所述电源与所述测试电路连接，用于为所述测试电路提供激励电压；所述测试电路与所述目标土样连接，所述测试电路用于测试所述目标土样的电压变化值；所述控制器与所述测试电路以及所述称量单元连接。连接。连接。


技术研发人员：董毅 刘傲寒 彭兰月
受保护的技术使用者：中国科学院武汉岩土力学研究所
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/7/12