[發(fā)明專利]測試材料熱物性參數(shù)的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310032893.3
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103149233A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱琳;鄭興華;徐先鋒;李蘭蘭;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: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于交流加熱、頻域下斜率-比較探測原理測試材料熱物性參數(shù)的裝置及方法。

背景技術(shù)

相變儲能材料及技術(shù)是材料科學(xué)與能源科學(xué)的交叉學(xué)科，是解決能量供求在時間和空間上不匹配的矛盾，用于滿足人們在工程和產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求而又提高能源利用率的有效手段。近年來研究表明：把固體或液體材料包覆在成膜材料中，形成微小粒子的技術(shù)，可將相變材料進(jìn)行膠囊化，形成相變微/納膠囊材料，使得相變膠囊芯材與外界環(huán)境分隔開來，免受外界濕度、氧氣等因素的影響，從而改善傳統(tǒng)相變材料的穩(wěn)定性，同時可解決固-液相變材料相變后液相的揮發(fā)、流動、腐蝕及泄漏問題。

目前微/納相變膠囊材料主要在兩個方向進(jìn)行應(yīng)用：一是將相變微膠囊與傳熱流體混合，利用其相變時的潛熱，提高傳熱流體的熱容，用于余熱回收、熱量傳輸、冷卻劑等；二是根據(jù)其相變溫控特性，將其應(yīng)用于電力系統(tǒng)調(diào)峰、可再生能源儲存、空調(diào)采暖、航空航天、紡織品、制冷、建筑物等，提高能源使用效率及控溫性能。

在對相變微/納膠囊材料開展上述應(yīng)用之前，必須知曉其在使用溫度范圍內(nèi)的傳熱特性參數(shù)(熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率和熱容等)。在現(xiàn)有熱物性測量方法中，基于交流加熱的諧波探測技術(shù)在微/納結(jié)構(gòu)材料/器件熱物性表征方面被認(rèn)為是一種十分有效、廣泛的手段。并且，由于使用時膠囊材料往往呈現(xiàn)為與空氣(或流體)隨機(jī)堆積的形式，其傳熱特性明顯依賴于堆積密度的大小。因此，開發(fā)一種能確保精確測量傳熱特性各參數(shù)隨材料密度依賴關(guān)系的測試方法及對應(yīng)裝置對于微/納相變膠囊材料的應(yīng)用具有重要意義。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)采用諧波探測技術(shù)測試熱物性參數(shù)裝置的示意圖。請參照圖1，該裝置測量粉體時是直接將面形探測器垂直埋入樣品中的，這一操作特點(diǎn)無法實(shí)現(xiàn)樣品密度的調(diào)節(jié)，因此也就不能用于分析粉末樣品的熱物性參數(shù)隨密度變化的關(guān)系，若測試時膠囊材料以自重進(jìn)行堆積，則在垂直方向密度不均勻，形成“下重上輕”的結(jié)構(gòu)，這必將影響測量的精度。

此外，目前尚無基于交流加熱的諧波探測技術(shù)是否適用于微/納相變膠囊材料傳熱特性的測試。并且，如圖1所示的裝置只能用于蓄熱系數(shù)(定義為熱導(dǎo)率λ和熱容ρc_p乘積的平方根，)的測量，無法分別區(qū)分出熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率(α＝λ/ρc_p)和熱容三個參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

為解決上述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種測試材料熱物性參數(shù)的裝置及方法，以實(shí)現(xiàn)對材料熱物性參數(shù)對密度依賴性的測試。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種測試材料熱物性參數(shù)的裝置。該裝置包括：樣品密度調(diào)節(jié)容器，包括：容器殼，其左右兩側(cè)開口，用于填充待測樣品；兩運(yùn)動型活塞，可滑動的密封于所述容器殼的兩側(cè)；兩液壓驅(qū)動部件，分別抵接于所述兩運(yùn)動型活塞上，用于驅(qū)動兩運(yùn)動型活塞沿容器殼內(nèi)壁滑動，從而改變?nèi)萜鳉?nèi)樣品的密度；溫度傳感器，貫穿所述樣品密度調(diào)節(jié)容器，用于采用加熱電流對待測樣品進(jìn)行加熱，并探測樣品溫度升高而產(chǎn)生的基波電壓和三次諧波電壓；諧波測量單元，與所述溫度傳感器的相應(yīng)端連接，用于產(chǎn)生加熱電流，測量并記錄多個頻率下線探測器兩端的三次諧波電壓與自然對數(shù)頻率數(shù)據(jù)及基波電壓平均值；以及數(shù)據(jù)處理單元，用于利用多個頻率下線探測器兩端的三次諧波電壓與自然對數(shù)頻率數(shù)據(jù)及基波電壓平均值，計(jì)算待測樣品的熱物性參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，還提供了一種利用上述裝置進(jìn)行材料熱物性參數(shù)測試的方法，包括：采用上述裝置對標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測量，獲得標(biāo)準(zhǔn)樣品的基波電壓(V_1ω)_b和三次諧波電壓(V_3ω)_b；采用上述裝置對被測樣品進(jìn)行測量，獲得被測樣品的基波電壓(V_1ω)_y和三次諧波電壓(V_3ω)_y；采用所述標(biāo)準(zhǔn)樣品的基波電壓(V_1ω)_b和三次諧波電壓(V_3ω)_b；及被測樣品的基波電壓(V_1ω)_y和三次諧波電壓(V_3ω)_y計(jì)算被測樣品的熱物性參數(shù)。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明測試材料熱物性參數(shù)的裝置及方法具有以下有益效果：