傳統(tǒng)采用大平板熱保護(hù)法測(cè)量真空絕熱板(VIP) 導(dǎo)熱系數(shù)，該方法測(cè)量精度高，但檢測(cè)速度慢。國外HC-120 VIP快速檢測(cè)儀大大提高了檢測(cè)速度，但價(jià)格昂貴。針對(duì)以上問題，本文提出了基于埋入式熱流計(jì)法快速高精度測(cè)量VIP導(dǎo)熱系數(shù)的方法。通過理論分析和仿真分析，證明了測(cè)量原理的可行性。在測(cè)量模型的標(biāo)定中，針對(duì)VIP導(dǎo)熱系數(shù)與頻率變化特征值之間的非線性問題，巧妙結(jié)合遺傳算法和BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而進(jìn)行非線性補(bǔ)償，使測(cè)量精度優(yōu)于1%。與傳統(tǒng)基于最小二乘法進(jìn)行非線性補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ啾�，遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有誤差小、精度高和全局尋優(yōu)能力等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用表明，本文提出的測(cè)量方法滿足了高精度、低成本的測(cè)量要求，具有廣泛推廣的應(yīng)用價(jià)值。

　　真空絕熱板(Vacuum Insulation Panel，VIP) 是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的高效保溫材料，其導(dǎo)熱系數(shù)一般在4 mW/(m·K) 左右，相當(dāng)于普通絕熱材料的10倍甚至更高，而其厚度僅為普通絕熱材料的1/7，因此具有環(huán)保和高效節(jié)能的特性。VIP主要由芯部的隔熱材料和封閉的隔氣薄膜組成，主要依靠其內(nèi)部的真空度來提高絕熱性能。VIP內(nèi)部真空度越高，其導(dǎo)熱系數(shù)則越低，保溫效果則越佳。導(dǎo)熱系數(shù)是表征真空絕熱板導(dǎo)熱性能的重要物理量。在生產(chǎn)制造VIP的過程中，對(duì)生產(chǎn)出低導(dǎo)熱系數(shù)的VIP提出了較高的要求，因此必須精確測(cè)量VIP的導(dǎo)熱系數(shù)。另外，VIP使用長(zhǎng)久之后，氣體會(huì)滲透到板內(nèi)，使板內(nèi)真空度破壞，引起其導(dǎo)熱系數(shù)提高，保溫性能下降。因此，為了檢測(cè)VIP的老化程度，也有必要精確測(cè)量VIP的導(dǎo)熱系數(shù)。

　　目前國內(nèi)主要采用大平板熱保護(hù)法及其原理研制VIP導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置。該裝置是基于一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱下，采用熱流量的方式計(jì)算出VIP的導(dǎo)熱系數(shù)。該方法雖然測(cè)量精度高，但檢測(cè)速度慢，很難滿足大規(guī)模生產(chǎn)VIP的要求。若采用多臺(tái)儀器同時(shí)檢測(cè)，雖然提高了檢測(cè)速度，但大大提高了檢測(cè)成本。為了克服以上問題，對(duì)快速檢測(cè)方法的研究也顯得越來越重要。如EKO公司推出的HC-120 VIP快速檢測(cè)儀，使檢測(cè)時(shí)間縮短至6 min 以內(nèi)，真正實(shí)現(xiàn)了VIP板的快速檢測(cè)。與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比，快速檢測(cè)方法大大提高了速度，但檢測(cè)成本較高。

　　鑒于目前國內(nèi)對(duì)VIP導(dǎo)熱系數(shù)快速檢測(cè)方法的研究還不夠成熟，本文致力于研究出一種基于埋入式熱流計(jì)法快速高精度測(cè)量VIP導(dǎo)熱系數(shù)的方法，其測(cè)量范圍為1 ～15 mW/( m·K) ，測(cè)量誤差小于1%，測(cè)量時(shí)間為60 s。根據(jù)美國ASTM C1484-01 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，VIP的導(dǎo)熱系數(shù)大于11.5 mW/(m·K)被認(rèn)為失效。

　　3、應(yīng)用實(shí)例與誤差分析

　　本文另外選擇10 塊VIP板進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)，從而比較上述兩種非線性補(bǔ)償模型的測(cè)量精度。該10塊VIP板在出廠前同樣已經(jīng)過日本EKO 公司的HC-074-300 導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定其實(shí)際導(dǎo)熱系數(shù)，其測(cè)量結(jié)果如表2 所示。

表2 LSM 補(bǔ)償模型與GNN補(bǔ)償模型測(cè)量結(jié)果對(duì)比表

　　從表2 中不難發(fā)現(xiàn)，VIP導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量值與實(shí)際值之間存在一定的誤差，但基于GNN非線性補(bǔ)償模型的測(cè)量精度可達(dá)±1%，明顯優(yōu)于基于LSM非線性補(bǔ)償模型的測(cè)量精度。其測(cè)量精度非常適合替代昂貴的進(jìn)口導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量設(shè)備，滿足高精度測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的要求。

　　導(dǎo)致VIP導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量值存在誤差的原因：在測(cè)量模型的標(biāo)定中，雖然基于GNN非線性補(bǔ)償模型明顯優(yōu)于基于LSM 非線性補(bǔ)償模型，但仍然存在一定的非線性誤差；在外部測(cè)量模塊中，本文采用STC12C5A60S2 單片機(jī)為主控芯片，測(cè)量VIP內(nèi)部測(cè)量組件的頻率變化特征值，使整套系統(tǒng)的成本大大降低，但頻率測(cè)量精度偏低；另外，VIP內(nèi)部測(cè)量組件中電子元器件的參數(shù)誤差同樣會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)存在一定的誤差，尤其是熱敏電阻的精度極大地影響了本實(shí)驗(yàn)的測(cè)量精度。

　　4、結(jié)論

　　本文通過理論分析、仿真分析和實(shí)驗(yàn)，證明了基于埋入式熱流計(jì)法快速高精度測(cè)量VIP導(dǎo)熱系數(shù)方法的可行性。在測(cè)量模型的標(biāo)定中，針對(duì)VIP導(dǎo)熱系數(shù)與頻率變化特征值之間的非線性問題，提出了應(yīng)用遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償?shù)姆椒�。與基于最小二乘法的非線性補(bǔ)償方法相比，該方法具有誤差小、精度高和全局尋優(yōu)能力等優(yōu)點(diǎn)。最后通過實(shí)際應(yīng)用舉例，證明了本文所提方案的可行性和實(shí)用性。