[實用新型]基于獨立型傳感器的諧波法測量材料蓄熱系數(shù)裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201120172059.0
• 申請日: 2011-05-26
• 公開（公告）號: CN202057621U
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭興華;邱琳;唐大偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)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(zé)任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及蓄熱材料蓄熱系數(shù)測試技術(shù)領(lǐng)域，是一種基于獨立型傳感器的諧波法測量材料蓄熱系數(shù)裝置，應(yīng)用于多孔固體、復(fù)合相變材料以及納米粉末等蓄熱材料蓄熱系數(shù)無損測試。

背景技術(shù)

蓄熱系數(shù)作為一個評價材料與其周圍介質(zhì)換熱快慢的參數(shù)，對其準確的測量一直以來受到很多的關(guān)注。尤其隨著各種形態(tài)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(yīng)用領(lǐng)域極為有用。近二十年來發(fā)展起來基于諧波探測的3ω技術(shù)一直被認為是測量固體及薄膜熱物性參數(shù)(熱導(dǎo)率、熱擴散率和蓄熱系數(shù))的一種有效手段。用3ω技術(shù)測量材料的蓄熱系數(shù)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(jù)熱波頻率與溫度變化的關(guān)系求得待測材料的蓄熱系數(shù)。分析該測試方法特點發(fā)現(xiàn)，該方法不能實現(xiàn)固體樣品的無損檢測，并且需要重復(fù)對單個樣品進行絕緣膜(測量導(dǎo)電固體時)及平面形金屬傳感器的制備，因此實施工藝復(fù)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(shù)，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(cè)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(xiàn)蓄熱系數(shù)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(fù)使用。我們所使用的專用于材料蓄熱系數(shù)測試的獨立型傳感器具有以下優(yōu)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(xiàn)導(dǎo)電樣品蓄熱系數(shù)的測量，也省略了事先在導(dǎo)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(gòu)成的獨立型傳感器具有一定的機械強度，可以重復(fù)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(xiàn)了對液體和粉末材料蓄熱系數(shù)的測量并且能保證高的測量精度。

實用新型內(nèi)容

本實用新型目的是解決現(xiàn)有基于諧波探測的3ω測量技術(shù)在測試材料蓄熱系數(shù)時需要重復(fù)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(shù)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(shù)裝置，其獨立型傳感器能重復(fù)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(fù)合相變材料以及納米粉末等蓄熱材料蓄熱系數(shù)無損測試。

為達成所述目的，本實用新型的技術(shù)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(shù)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(nèi)壁固接有保溫層，保溫層內(nèi)是內(nèi)腔，金屬外殼設(shè)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(diào)節(jié)系統(tǒng)、諧波測量單元，其中：

溫度和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括溫度和壓力傳感器、溫度和壓力控制器、進氣系統(tǒng)、TEC加熱/冷卻器，其溫度和壓力傳感器懸置于內(nèi)腔中，進氣系統(tǒng)輸出與內(nèi)腔密封相通連，TEC加熱/冷卻器置于恒溫恒壓腔的保溫層內(nèi)；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(tǒng)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(nèi)腔中，并置于內(nèi)腔的底面上，樣品儲罐上端貫通設(shè)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(nèi)端電連接，樣品儲罐引線桿外端的引線頭經(jīng)導(dǎo)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(guān)系；

諧波測量單元設(shè)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(shù)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(dǎo)電金屬帶首尾相接平布固接于柔性襯底上表面，構(gòu)成一柵欄狀平面；平面形金屬傳感器一側(cè)電連接有四個向外延伸的引線件，四個引線件相互平行設(shè)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(yīng)；兩個外側(cè)的引線端分別與樣品儲罐的外側(cè)引線桿內(nèi)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(nèi)端電連接，輸出電壓。