[實用新型]基于獨立型傳感器的諧波法測量材料蓄熱系數裝置

無效

• 申請號: 201120172059.0
• 申請日: 2011-05-26
• 公開（公告）號: CN202057621U
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 鄭興華;邱琳;唐大偉
• 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
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本實用新型涉及蓄熱材料蓄熱系數測試技術領域，是一種基于獨立型傳感器的諧波法測量材料蓄熱系數裝置，應用于多孔固體、復合相變材料以及納米粉末等蓄熱材料蓄熱系數無損測試。

背景技術

蓄熱系數作為一個評價材料與其周圍介質換熱快慢的參數，對其準確的測量一直以來受到很多的關注。尤其隨著各種形態的新型蓄熱材料的增多，對這些新材料蓄熱性能的評價對于探究其潛在應用領域極為有用。近二十年來發展起來基于諧波探測的3ω技術一直被認為是測量固體及薄膜熱物性參數(熱導率、熱擴散率和蓄熱系數)的一種有效手段。用3ω技術測量材料的蓄熱系數時，需要在待測材料表面制備具有一定尺寸和形狀的平面形金屬傳感器，把該微型金屬傳感器同時作為加熱器和溫度傳感器，然后根據熱波頻率與溫度變化的關系求得待測材料的蓄熱系數。分析該測試方法特點發現，該方法不能實現固體樣品的無損檢測，并且需要重復對單個樣品進行絕緣膜(測量導電固體時)及平面形金屬傳感器的制備，因此實施工藝復雜，成本代價也較高。另外，除非先將平面形金屬傳感器制備在一個標準材料上，否則該方法無法用來測量液體及粉末材料的蓄熱系數，但是這個標準材料的加入將造成熱量在平面形金屬傳感器兩側分配不均從而引起極大的測量誤差。為了解決上述問題，我們采用獨立型傳感器來實現蓄熱系數的測量。所述獨立型傳感器是指具有下列特征的傳感器：測試時與待測樣品接觸完成測試過程、測試完成后與之分離可單獨存放且反復使用。我們所使用的專用于材料蓄熱系數測試的獨立型傳感器具有以下優點：首先，獨立型傳感器上層為柔性覆蓋膜，底層為柔性襯底，且柔性襯底及柔性覆蓋膜本身就是絕緣膜，能實現導電樣品蓄熱系數的測量，也省略了事先在導電樣品上制備絕緣層的工序；其次，柔性襯底和柔性覆蓋膜對平面形金屬傳感器有保護作用，構成的獨立型傳感器具有一定的機械強度，可以重復使用，這就省略了再在待測樣品上制備平面形金屬傳感器的工序；再者，獨立型傳感器實現了對液體和粉末材料蓄熱系數的測量并且能保證高的測量精度。

實用新型內容

本實用新型目的是解決現有基于諧波探測的3ω測量技術在測試材料蓄熱系數時需要重復制備平面形金屬傳感器、絕緣困難以及無法準確表征液體和粉末樣品等技術缺陷，為此，本實用新型提供一種基于獨立型傳感器的諧波法測量材料蓄熱系數裝置，其獨立型傳感器能重復使用、保證平面形金屬傳感器與待測樣品絕緣，可用于多孔固體、復合相變材料以及納米粉末等蓄熱材料蓄熱系數無損測試。

為達成所述目的，本實用新型的技術解決方案是：

一種基于獨立型傳感器的諧波法測量材料蓄熱系數裝置，包括恒溫恒壓腔，恒溫恒壓腔為密封體，表面為金屬外殼，外殼內壁固接有保溫層，保溫層內是內腔，金屬外殼設有密封的門或蓋；其還包括：獨立型傳感器、樣品儲罐、溫度和壓力調節系統、諧波測量單元，其中：

溫度和壓力調節系統包括溫度和壓力傳感器、溫度和壓力控制器、進氣系統、TEC加熱/冷卻器，其溫度和壓力傳感器懸置于內腔中，進氣系統輸出與內腔密封相通連，TEC加熱/冷卻器置于恒溫恒壓腔的保溫層內；溫度傳感器、TEC加熱/冷卻器與恒溫恒壓腔外的溫度控制器電連接，壓力傳感器、進氣系統與恒溫恒壓腔外的壓力控制器電連接；

樣品儲罐放置在恒溫恒壓腔內腔中，并置于內腔的底面上，樣品儲罐上端貫通設置有引線桿；

獨立型傳感器位于樣品儲罐中，獨立型傳感器的引線端與樣品儲罐上端的引線桿內端電連接，樣品儲罐引線桿外端的引線頭經導線與恒溫恒壓腔外的諧波測量單元電連接，諧波測量單元用諧波法測量獨立型傳感器兩端的基波電壓及三次諧波電壓，并計算獨立型傳感器的溫升和電流頻率的關系；

諧波測量單元設于控制主機中；

測量時，待測樣品置于樣品儲罐中，獨立型傳感器置于待測樣品中。

所述的測量材料蓄熱系數裝置，其所述獨立型傳感器，包括：襯底、平面形金屬傳感器、覆蓋膜和四個引線件；平面形金屬傳感器由寬S形導電金屬帶首尾相接平布固接于柔性襯底上表面，構成一柵欄狀平面；平面形金屬傳感器一側電連接有四個向外延伸的引線件，四個引線件相互平行設置，各引線件外端為引線端，引線件、引線端固接于柔性襯底上表面；在襯底、平面形金屬傳感器、引線件上方固接一層柔性覆蓋膜，四個引線端暴露于覆蓋膜外，形成一具有機械強度的平板狀體；平面形金屬傳感器、引線件、引線端的厚度為幾十微米級；

樣品儲罐有四個引線桿，與引線端一一對應；兩個外側的引線端分別與樣品儲罐的外側引線桿內端電連接，接入電流，周期對平面形金屬傳感器電加熱；另兩個中間的引線端分別與樣品儲罐的中間引線桿內端電連接，輸出電壓。