导热系数是材料的热物性参数之一,导热系数的准确测量有着非常重要的理论意义和使用价值。防护热板法是目前为止测量绝热导热材料导热系数最准确的绝对方法,但是近年来中国计量科学研究院开展的国内绝热材料导热系数测量的比对结果显示,不同实验室、不同来源的防护热板导热仪的测量偏差达到±15%。分析比对结果,认为产生测量差异较大的关键原因是导热仪的温度测量和控制水平不高,急需一种精确控温的方法和热控制系统,来提高导热仪测量导热系数的精度。由于防护热板高温导热仪热惯性很大,部件之间温度的差异,干扰部件和装置整体的温度控制,因此本文以研究高温防护热板导热仪的优化控温参数为目标,主要研究工作包括:通过分析防护热板法测导热系数的基本原理、冷热板的结构和加热丝最优位置的分布,设计了一套防护热板导热仪装置。采用精密铂电阻温度计、高精度测温仪、虚拟PID控制器等搭建了热控制系统,基于Lab View设计了温控系统软件,实现了温度数据采集、记录,PID精确控温等功能。通过对温控实验和优化参数方法的研究,在常温至500℃范围内,实现了对导热仪温度的精确控制,控温的稳定性和准确度与国际上最先进的美国国家标准技术研究所（NIST）防护热板法装置的水平一致。本文主要的研究成果如下:1.基于防护热板法原理设计了一套单试样保护热板法导热仪装置,装置测量范围为常温至500℃。此导热仪对控制温度精度要求较高,因此控温系统由两种控温模式结合,定功率控制计量板温度和定点定温控制周防护层温度,使周防护板温度跟随中心板温度,从而消除计量板向非计量区域的散热。2.针对该导热仪设计了一种快速控温策略,即对控制程序进行了分段PID设计,并且在整体测试中设计了加热顺序,使测试装置的各部分之间的相互影响降低,能够快速升温和精确控温,使温度过冲量不超过0.3℃,同时使得系统快速进入热稳定状态。3.针对该导热仪设计了一种PID控制参数的优化方法,使得升温时间和控制的稳定性达到优化的状态;研究了不同的测温段对应的优化参数组合,在常温至400℃范围,同时使得各部分温度被长时间稳定控制在设定值±0.01℃范围以内,可以满足扩展测量不确定度1%的要求。在300℃～400℃范围内,系统进入稳态后,防护板、冷板实际温度与预设值相差在0.005℃以内,温度的波动度维持在5 m K以内。