[發明專利]諧波探測技術測量液體導熱系數和熱擴散率的方法及裝置

有效

• 申請號: 200710064386.2
• 申請日: 2007-03-14
• 公開（公告）號: CN101266220A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 唐大偉;王照亮;鄭興華
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

1.一種諧波探測技術測量液體導熱系數和熱擴散率的方法，其特征在于，其步驟依次為：

①把微型金屬加熱絲兩端采用壓焊工藝分別固定在兩金屬支架上；

②在加熱絲和金屬支架表面沉積絕緣層，然后固定在儲液容器內部；

③把儲液容器放置于恒溫真空腔內，在儲液容器內部充灌測試液體并啟動TEC加熱系統加熱到要求溫度；

④開啟真空泵，恒溫真空腔的真空度滿足要求后關閉真空泵；

⑤把加熱絲與采用模塊化設計的諧波探測系統接通，測試不同頻率下加熱絲兩端的諧波；

⑥根據測試原理擬合液體的導熱系數和熱擴散系數。

2.根據權利要求1所述的諧波探測技術測量液體導熱系數和熱擴散率的方法，其特征在于，所述微型金屬加熱絲采用含有直流分量的周期交流加熱。

3.根據權利要求1所述的諧波探測技術測量液體導熱系數和熱擴散率的方法，其特征在于，所述⑤步中測試開始前，調節串聯的可調電阻接近或略微大于測量過程中加熱器可能達到的最大電阻；為了防止金屬加熱絲有比較明顯的溫升，調節信號發生器或鎖相放大器的輸出電壓，使得可調電阻兩端的電壓接近10mV，微調可調電阻，通過鎖相放大器的差動輸入監測，使得電橋平衡，可調電阻的阻值就等于加熱器的冷態電阻；在頻率30Hz附近，采用交流電壓表或示波器測量兩個單增益運算放大器的輸出電壓，以檢查是否出現直流漂移；在測量給定溫度和某一頻率下加熱絲兩端的三次諧波時，選擇合理的基波電壓，使得加熱絲外膜兩端的三次諧波接近基波的1/500～1/1000。

4.一種根據權利要求1所述的方法使用的裝置，其特征在于，包括

一微型交流加熱/溫度探測器，所述微型交流加熱/溫度探測器表面整體沉積一層導熱絕緣膜，形成耐腐蝕的絕緣層；

一儲液容器，一真空腔，儲液容器置于真空腔內，儲液容器側及下外表面由保溫層包覆，儲液容器與保溫層之間有間距，保溫層底部由大金屬支架支撐；

微型交流加熱/溫度探測器位于儲液容器內；

TEC連續加熱和冷卻模塊位于儲液容器與保溫層之間的間距內，布于儲液容器外側面，使儲液容器內待測液體的溫度從-10℃到200℃之間變化；

一諧波分離電路模塊和一諧波探測電路模塊，通過電壓引線與微型交流加熱/溫度探測器一端連接，所述諧波分離電路將特定的1ω、2ω和3ω諧波相互分離，使鎖相放大器能夠探測到不同諧波的幅值和相位；

所述儲液容器與保溫層之間的間距，在1～100mm范圍內；TEC模塊為-10℃～200℃范圍內連續變溫；諧波分離模塊中，諧波分離采用電橋電路，運算放大器采用AD或AMP系列元件，電路中所有匹配電阻的電阻溫度系數小于5PPM。

5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述微型交流加熱/溫度探測器，包括微型加熱絲、金屬支架、導熱絕緣膜，其中，加熱絲兩端分別固定在兩金屬支架上，兩金屬支架的自由端，接有電源引線和電壓引線，其電壓引線接諧波探測系統，加熱絲和兩金屬支架表面覆有導熱絕緣層，加熱絲中間設有兩個諧波測量點；微型加熱絲的直徑在5～50μm范圍內，表面絕緣層的厚度在0.1～10μm范圍內，加熱絲的總長度在2～100mm范圍內；兩個諧波測量點間距在2～80mm范圍內，加熱絲兩端固定的金屬支架直徑在0.5～5mm范圍內，兩個金屬支架之間的距離在2～80mm范圍內。

6.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述加熱絲采用豎直或水平放置。

7.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述諧波分離電路模塊和諧波探測電路模塊采用前置放大器提高諧波的強度和穩定性。

8.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，在電橋電路中采用阻值小于5Ω的電阻補償加熱絲引線的接觸電阻。

9.根據權利要求4、5、6、7或8所述的裝置，其特征在于，用于測量納米流體、液態金屬、導電和非導電微量液體的導熱系數和熱擴散率參數。