LabVIEW开发3ω热导率测试

1. 系统硬件配置

  • 信号源 / 锁相放大器:SR830(GPIB 接口)

  • 电流源:Keithley 2636B(GPIB 接口)

  • 温控系统:独立调控(支持集成至程序,RS232 / 串口扩展)

  • 数据采集 / 数模转换:DAC(待定,预留 GPIB / 串口通讯接口)

  • 通讯模块:GPIB 卡(或串口适配模块)

2. 软件功能模块( LabVIEW 实现)

(1)电阻温度系数(α)标定模块
  • 流程逻辑
    1. 温控系统稳定至目标温度(15/20/25/30/35/40℃);

    2. Keithley 2636B 输出 2/4/6/8/10 μA 直流电流;

    3. SR830 采集 ChA 电压\(V_A\),计算对应电阻\(R = V_A/I\);

    4. 拟合单温度下\(R-I\)直线得\(R_0\),多温度下拟合\(R-T\)曲线得 α。

  • LabVIEW 实现
    • 调用NI-488.2驱动实现 GPIB 设备指令收发;

    • 集成Linear Fit VI完成数据拟合,自动输出\(R_0\)、α 参数。

(2)3ω 电压测试模块
  • 流程逻辑
    1. 温控稳定至 25℃,Keithley 2636B 输出\(I=I_0\cos(\omega t)\)交流信号(ω=0.2Hz),调节\(I_0\)使铂丝温升≈5℃(通过\(R=R_0(1+\alpha\Delta T)\)闭环反馈);

    2. 控制 DAC 调节\(R_{\text{std}} \approx R_0\),SR830 差分模式采集\(V_{A-B}\);

    3. 若 Keithley 与 SR830 频率不统一,切换为 "SR830 电压输出 + 标准电阻\(R_{\text{std}}\)" 模式,通过\(I=V_{\text{SR830}}/R_{\text{std}}\)计算电流,再采集\(V_{3\omega}\)。

  • LabVIEW 实现
    • DAQmx模块控制 DAC 输出;

    • 调用 SR830 的Frequency Lock VI实现频率同步检测,自动切换工作模式;

    • 集成FFT VI提取\(V_{3\omega}^{\text{rms}}\)分量。

(3)热导率计算模块
  • 公式集成

直接调用 LabVIEW 数学模块,代入参数计算热导:

\(G=\frac{\alpha R_0^2 I^3}{2\sqrt{2} \left| V_{3\omega}^{\text{rms}} \right|}\)

  • 结果输出:自动生成测试报告(含\(R_0\)、α、\(V_{3\omega}\)、G 及拟合曲线)。

3. 系统优势

  • 硬件兼容性:适配 GPIB / 串口通讯,支持温控系统的程序集成扩展;

  • 自动化程度:一键完成 "标定→3ω 测试→热导计算" 全流程,闭环反馈调节电流 / 电阻;

  • 可靠性:通过 LabVIEW 设备驱动库保证硬件通讯稳定性,数据拟合及频率同步逻辑经行业案例验证。

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