[發(fā)明專利]一種固體材料的導熱系數(shù)的測量裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910076426.4
• 申請日: 2009-01-06
• 公開（公告）號: CN101464423A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發(fā)明（設計）人: 林鴻;張金濤;薛壽清
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權代理有限公司
• 代理人: 王朋飛

技術領域

本發(fā)明涉及涉及材料導熱系數(shù)測試技術領域，尤其涉及一種固體材料的導熱系數(shù)測量裝置。?

背景技術

評價材料絕熱性能的物理參數(shù)就是材料本身的導熱率，它的倒數(shù)決定了材料的熱阻，這是一個熱物性參數(shù)，這個參數(shù)對于評價材料的絕熱性能具有決定性作用；導熱系數(shù)作為物質的重要物理參數(shù)，在化工、材料、能源、動力和制冷工程等領域有著重要的用途，是許多工業(yè)流程和產(chǎn)品設計中必不可少的基礎數(shù)據(jù)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，固體材料的導熱系數(shù)測量，日益受到人們的重視。?

物質的導熱系數(shù)可以通過實驗測量、理論推算或計算機模擬等方法來獲得，但目前仍然以實驗測量為主。根據(jù)導熱系數(shù)的實驗測量原理，其測量方法大致可以分為穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法。?

穩(wěn)態(tài)法是指當試樣上的溫度分布達到穩(wěn)定后，即試樣內的溫度分布是不隨時間變化的穩(wěn)定的溫度場，通過測定流過試樣的熱量和溫度梯度等參數(shù)來確定試樣的導熱系數(shù)的方法。穩(wěn)態(tài)法的特點是實驗原理簡單，然而該穩(wěn)態(tài)法需要準確的一維熱流，通常需要附設熱補償裝置；同時需要布置多個溫度測點來獲取均勻的溫度分布；因此實驗裝置的電氣控制和調節(jié)線路比較復雜；此外在準備所需要的測量工況和進行實驗，都比較耗時且對環(huán)境要求比較苛刻，穩(wěn)態(tài)法主要包括有保護平板法、熱流計法、圓管法等。非穩(wěn)態(tài)法是指實驗測量過程中試樣溫度隨時間變化，通過測量試樣內某些點的溫度變化情況以及其他相關參數(shù)，從而確定試樣的導熱系數(shù)的方法；這種方法測量時間短，精確性較高，對環(huán)境要求低，但也由于受到測量方法本身的限制，多用于測量導熱系數(shù)趨于常數(shù)的物質，主要有瞬態(tài)熱線法、?熱帶法、常功率熱源法、激光閃爍法等。?

瞬態(tài)熱帶法與瞬態(tài)熱線法的測量原理非常類似，取兩塊尺寸相同的待測樣品，在兩者間夾入一條很薄的金屬片，即為熱帶，在熱帶上施加恒定的加熱功率，作為恒定熱源，熱帶的溫度變化可以通過測量熱帶上電阻的變化獲得，也可以直接用熱電偶測得。進一步可以獲取熱帶上溫度和時間的變化關系，根據(jù)其原理關系式就可以獲得導熱率。這種方法使熱帶可以很好的與待測材料接觸，同時，與比熱線法相比能夠更好的測量固體材料的導熱率，熱線法主要用于測量氣體或者液體材料導熱率方面有比較大的優(yōu)勢。?

熱帶法測量導熱系數(shù)所用的熱帶橫截面尺寸為4×0.008mm²，其所選用的金屬材料的電阻率為5×10^-3，待測材料的尺寸為80×50×15mm³。為了使待測材料和熱帶之間有很好的熱接觸，需要在它們接觸面添加一些粘度比較低的油，另外，在熱帶法基礎上出現(xiàn)的瞬態(tài)熱橋法，即以八個電阻構成惠斯通電橋的形式分布，把原來熱帶法的溫度與時間關系換算成易于測量的電壓和時間的關系，利用恒流源來對整個電路進行加熱。但該方法在測量過程中采用假設系統(tǒng)總功率不變的前提，得到的理論體系以及相應的恒流測量方案都是錯誤的。?

總之，目前本領域技術人員迫切需要發(fā)展出一種能夠操作簡單、且可以選用不同方式精確測量固體材料的導熱系數(shù)的儀器。?

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種操作簡單、并能夠采用不同模式精確測量固體材料的導熱系數(shù)和熱擴散系數(shù)的的測量裝置。?

為達到上述目的，本發(fā)明公開了一種固體材料的導熱系數(shù)的測量裝置，包括，加熱片，該加熱片包括：并列分布的第一熱帶、第二熱帶、第三熱帶；該第一熱帶和第三熱帶分別包括一個矩形槽，該第二熱帶包括兩個矩形槽，所述每個矩形槽均為鎳材料制備，且以惠斯通電橋的形式電連接，所述四個矩形槽等效為四個電阻，并分別作為所述惠斯通電橋的四個臂；?

電源，用于為該加熱片中相對的兩個節(jié)點提供恒定的能量；?

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，連接于所述加熱片，并用于采集所述加熱片中其它兩個相對的節(jié)點的電壓和溫度變化，以及獲得該待測材料的導熱系數(shù)。?

進一步地，所述第二熱帶包括的兩個矩形槽外壁的間距為0.2±0.1mm。?

進一步地，所述矩形槽的長為100±10mm、內壁間距為0.2±0.1mm、深度為20±10μm、內壁和鄰近的外壁的厚度為0.4±0.2mm。?

進一步地，所述電源為恒流、恒壓、或恒功率的電源。?

進一步地，所述第一矩形槽的等效阻值為R＝3Ω。?

進一步地，所述待測材料長度大于或等于130mm、寬度大于或等于70mm。?

進一步地，所述裝置還包括用于使待測材料與加熱片密切接觸的附加物。?

為達到上述目的，本發(fā)明還公開了一種固態(tài)材料的導熱系數(shù)測量方法，包括：包括：?

將上述的加熱片放置于兩個待測材料中間；?