功能/作用介绍：海底沉积物的热导率测试方法通常有两种，一种是原位测量，如利用自身带有脉冲加热功能的LISTER型地热探针在深海海底直接测量，另一种是室内测量，即利用采样设备把海底柱状样品取上来，在室内测量热导率。前者在测量过程中，通常要求插入海底沉积物中的探针与作业船之间保持稳定二十五分钟左右，作业难度很大，测量设备极易损坏;后者是在实验室完成热导率的测量，这样作业船只要完成沉积物地温梯度的测量，就可以极大地降低探针的水下作业时间，设备损耗的风险也可以大大降低，并且对比发现，两种方法测量获得的热导率基本一致。但是如果利用一套热导率设备测量一根4m长的柱状沉积物样品，需用时一周，效率很低。由于现阶段这类高精度热导率测量设备主要依赖国外进口，虽然采用多台套设备同时工作，可以缩短测量时间，提高效率，但是购置费用非常昂贵。如何提高室内的测量效率，及时给海洋油气勘探提供高精度、高质量的地热参数资料是一个迫切需要解决的技术问题。
中国地质大学(武汉)基于自主知识产权开发的多通道热导率测试仪，是基于非稳态线热源法原理来实现海底沉积物的热物理性质测量的，整个仪器系统包含高精度温度测控、快速多通道测控、测量对象热物理性质解算、测量精度评价和仪器内检等核心技术，拥有1项发明专利、1项软件著作权、1项实用新型专利。
多通道热导率测试仪主要技术与经济指标如下：
1)测量通道：8个;
2)适用范围：测量在常温下(0～45℃)进行;
3)测量范围：0.10～12.00 W/m·K;
4)测量精度：单次测量精度优于±5%，重复测量精度优于±3%;
5)样品加热时间长度、样品加热量强度、测量时间间隔可调;
6)具有环境温度漂移检测功能,开始测量温度漂移范围可调;
7)具有与PC机USB通信的能力;
8)系统电源：AC220V/50Hz。
多通道热导率测试仪的基本工作流程是：首先检测环境和样品之间的温度是否达到相对平衡;然后再激发热脉冲能量，测量并记录热衰减过程中样品的温度变化数据;最后根据温度-时间数据求算沉积物的热导率值。
利用多通道热导率测试仪可以测量海底物质的热物性，结合盆地演化认识和数值手段,获得各烃源层所经历的温度史，借助有机质成熟模型，揭示有机质的成熟历史，从而指导油气的勘探开发。发展海底地热测量的相关技术，可为我国海上油气勘探作技术储备。海底热流值也是准确评价和预测天然气水合物资源潜力的重要依据。
主要性能及特色
教学性：(30分)根据多通道热导率测试仪的工作原理和硬软件结构组成特征，该仪器可以开展以下实验：
1) 误差的估计
2) 误差的消除方法
3) 实验数据处理
4) 测量读数的处理
5) 实验数据的处理方法
6) 实验数据的列表表示法
7) 图线表示法
8) 数据的线性化处理
9) 测量误差的表示方法
10) 热敏电阻的电阻温度特性和测温原理;
11) 热敏电阻测量温度
12) 惠斯通电桥的原理和使用方法
13) 测量系统的校准和曲线拟合
14) 高精度恒流源电路
15) 多路选择器的设计
16) 电加热及其测量
17) 数字滤波器应用
18) 非稳态线热源法测量原理
19) 稳态与稳态传热的加热方式
20) 海底沉积物导热系数测定
21) 测温仪器的定标检验
该装置系统完整，有配套的使用说明书，可用于热学、电工电子、测试技术、传感器技术、油气资源勘查、数学建模、实验数据分析、岩石热物理性等课程的实验教学。实验项目包含种类多，可以针对单门课程做基础性、验证性实验，也可以做扩展设计性实验和专业综合性实验。仪器还能用于科学研究及油气勘探生产。
科学性：(15分)热导率测量方法分为稳态测试和非稳态测试，稳态测量法精度高，但耗时长、造价贵，测量过程中需要将样品加工成岩饼或圆盘，不适合海底沉积物的热导率测量。非稳态测量方法测量快速、造价低廉，通过合理的设计，同样能够使仪器达到较高的精度。
经过对各种非稳态方法的热导率测量模型进行比较后，选择了中心线热源法。中心线热源法有几种实验模型：单探针脉冲加热、双探针持续加热和单探针持续加热，根据实验条件和研究基础，选择在海底沉积物测量中应用单探针持续加热的理论模型，该方法理论模型较为简单，首先检测环境和样品之间温度是否达到相对稳定;达到相对稳定后，激发热脉冲能量，测量并记录热衰减过程中样品的温度;根据温度-时间数据，求算沉积物的热导率值。该方法测量速度快，精度较高，适用于固体、粉末、生物组织、液体、气体的热导率。
仪器科学性体现在以下几个方面：
1)研发了海底沉积物热导率测量主机系统，包含：高精度高灵敏度的环境温度检测技术、测量探针结构技术、多通道的热脉冲控制与激发技术、多通道的高精度温度测量技术以及外围计算机的通讯控制、命令传输和数据存储。
2)研究了测量算法：中心线源法的二维非稳态热传导平面径向热流模型;建立根据测量数据求算沉积物热导率数据的计算技术和多通道测量数据的处理方法。
3)测量精度评价和仪器内检：建立了一套高精度温度校验、热导率测量的标定规程。通过对标准样品进行测定，分析统计测量复现率;与国外同工作原理的设备进行对比测试，评估了研发设备的测量精度。
4)仪器通过了国家级计量认证单位(国家海洋计量站)的技术质量认证，技术指标达到、部分超过国际代表性仪器设备。
创新性：(20分)1)环境温度检测技术：确定了沉积物热导率测量所需要的平衡温度检测方法;构建了环境温度漂移数学模型，建立了环境温度平衡的边界条件参数。
2)测量探针构建技术：研发了测量探针的结构，所研制的探针满足发射热脉冲和接收高精度温度测量的需要。
3)热脉冲控制与激发技术：开展了高精度热脉冲的激发时序与脉宽控制研究;完成了高精度恒流源设计制作。
4)热导率测量算法：完成了热导率测量算法的研究及应用;开展了相关影响因素的分析研究。
启发性：(15分)多通道热导率测试仪可实时显示被测样品的热导率数值，实验内容包含基础、扩展、研究等不同层面，涉及机械、电子、地热学等多种学科领域，可以充分激发学生对多学科交叉的认识，激发学生研究兴趣，拓展学生的视野，培养学生的团队合作意识，有利于学生的全面发展。
实用性：(20分)多通道热导率测试仪采用模块化设计理念，人机界面友好，操作简单方便，易学易用，解决了长期以来我们在使用进口设备过程中存在着工作效率低，设备维护成本高，技术上受制于人等问题，提高了海底地热参数测试的工作效率，可广泛应用于教学、科研和油气资源勘探生产。
作品名称：多通道热导率测试仪
完成单位：中国地质大学(武汉)
