[發明專利]應用于高溫高應力接觸熱阻測試的測試設備

無效

• 申請號: 201010229833.7
• 申請日: 2010-07-13
• 公開（公告）號: CN101915780A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 侯衛國;張衛方;王宗仁;崔本倉;唐慶云;劉肖;丁美麗;王曉亮;姚婧
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 官漢增

技術領域

本發明屬于測試技術領域，具體涉及一種接觸熱阻測試方法及設備，適用于在不同溫度和加載應力范圍內進行接觸熱阻的測試，尤其具備高溫、高接觸應力條件下的接觸熱阻測試條件。

背景技術

當兩個物體表面相互接觸時，不論表面多么光滑，總存在微觀的不完全接觸點。物體的接觸表面是由分散細小的接觸點組成的，這些接觸點之間被大的空隙隔離開，這些空隙中可能是真空，也可能充滿導熱介質。因此，在接觸面處除了固有的熱阻之外，還存在額外的傳熱阻力——接觸熱阻。接觸熱阻在很多工程應用中是一個重要的參數。現在接觸熱阻的研究主要集中在理論分析和計算方法的研究方面，即通過建立數學模型，運用計算機模擬的方式預測接觸熱阻，然后通過與文獻中的試驗數據進行比較，再判斷模型的可靠性。目前的主要計算方法有：有限元法、蒙特卡羅隨機點法、分子動力學法等。但這些方法參數較多、誤差較大，在工程上并不實用。

發明內容

本發明為了解決現有技術中單純依托理論和模擬計算進行接觸熱阻測試存在的問題，提供一種接觸熱阻工程試驗測試方法及其設備，所述的測試方法采用多根材料試樣與一個熱流計形成一個軸向熱流通道，分別采集軸向熱流傳輸方向多測試點溫度，同時采用多層隔熱材料和界面溫度補償技術降低熱量橫向散失現象對接觸熱阻測試的影響，根據采集的測試點溫度實現接觸熱阻的測試。

本發明提供的接觸熱阻測試設備是應用于高溫高應力接觸熱阻測試的測試設備，主要包括支架、頂板、底板、應力加載裝置、數據采集系統和加熱裝置，所述頂板和底板分別通過四組螺母水平固定在四根支架，并且頂板位于底板的上方，底板和頂板之間由下至上依次設置加熱裝置、試樣和應力加載裝置；所述應力加載裝置固定在頂板中心位置，應力加載裝置的力傳導桿穿過冷卻裝置與試樣的頂端接觸，用于為試樣頂端加載應力；所述底板設置加熱裝置，用于為試樣加熱；所述的加熱裝置，主要包括加熱塊，加熱塊直接連接可控硅調壓器，可控硅調壓器連接溫控儀，為試樣加熱；所述的加熱塊為圓柱體結構，圓柱體的上端面上設置有一個圓柱形凹槽，凹槽直徑大于試樣直徑，用于固定試樣的底端，并將加熱塊的熱量傳遞給試樣；加熱塊的底部有一個螺紋柱，該螺紋柱與耐火磚上布置的金屬板之間螺紋連接，所述耐火磚置于底板上。

本發明的優點在于：

(1)本發明采用的加熱裝置中的加熱塊為高溫材料，應力加載裝置可以提供500MPa的界面接觸應力，因此本發明提供的設備能夠進行高溫、高接觸應力下的接觸熱阻測試試驗，并且能夠連續按要求改變熱端溫度(≤1000℃)和調整加載應力(≤500MPa)。

(2)通過可控硅調壓器控制加熱絲的功率控制熱端所需溫度，通過多層隔熱材料和界面溫度補償避免橫向熱流損失，并采用冷卻裝置使得測試試樣的熱端和冷卻端形成極大溫差，實現了熱流軸向的一維傳遞。

(3)本發明提供的設備能夠對多通道的監測點溫度同時進行檢測和記錄，并進行分析和統計，因而提高了工作效率，避免了循環記錄各通道所帶來的誤差。

(4)本發明提供的測試方法可以測試試樣在熱應力和壓應力同時作用下的接觸熱阻，并且方法簡單易于實現。

附圖說明

圖1為本發明提供的接觸熱阻測試設備整體結構示意圖；

圖2為本發明中試樣上熱電偶的布局圖；

圖2a為本發明中穩定支撐架的結構示意圖；

圖3為本發明中頂板減重結構示意圖；

圖4a為本發明中冷卻水箱的主視剖視圖；

圖4b為本發明中冷卻水箱的俯視圖；

圖5a為本發明中加熱裝置結構示意圖；

圖5b為本發明中加熱裝置的圓筒形加熱筒結構示意圖；

圖5c為本發明中加熱塊的結構示意圖；

圖6為本發明中補償加熱裝置的結構示意圖；

圖6a為補償加熱裝置中固定支架的仰視圖；

圖6b為補償加熱裝置中固定支架的主視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。

本發明提供一種接觸熱阻測試方法，該測試方法利用熱流在不同材料界面間傳遞的溫度變化的特性來檢測界面接觸熱阻，因而此種方法采用比較簡單、可靠、測量精度較高、易于操作的測試設備就可以。但因測溫元件與周圍介質需要進行充分的熱交換，需要一定的時間才能達到熱平衡，所以達到穩態后的數據才是可信的。基于上述因素，本發明提供的接觸熱阻測試方法具體通過如下步驟實現：

第一步，測試試樣和設備的準備。