[發明專利]基于鏡像熱源原理的固體材料熱物性測試系統及方法

在審

• 申請號: 201711378311.1
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108107073A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 陳清華;劉強;蘇國用;孫美華;王金玉
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/18
• 代理公司: 合肥順超知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 謝永

本發明屬于固體材料熱物性參數測試技術領域，具體涉及基于鏡像熱源原理的固體材料熱物性測試系統及方法，數據采集模塊包括測溫熱電偶，AD轉換器與計算機，測溫熱電偶安裝在試樣的上表面，測溫熱電偶通過導線與信號處理單元連接，信號處理單元將數據通過導線輸入計算機中，顯示并保存。基于平行熱線法結合鏡像熱源原理，提出了一種新的固體材料熱物性參數測算模型，在熱線法測試原理的基礎上，以試樣絕熱邊界為界線，設與真實熱源對稱位置處存在虛擬鏡像熱源，以此消除絕熱邊界造成的熱積聚效應影響，從而測試時可不需再限制實驗時間和試樣厚度，有效提升了熱線法測試精度和降低實驗操作難度。

技術領域：

本發明屬于固體材料熱物性參數測試技術領域，具體涉及基于鏡像熱源原理的固體材料熱物性測試系統及方法。

背景技術

隨著我國對節能減排的日益重視，各種新型材料層出不窮，材料熱物性參數測試方法方面的研究將得到持續關注和發展。現有測試方法中，非穩態熱源法因測試效率較高得到廣泛應用，并被作為耐火材料和非金屬固體材料熱導率的標準測定方法。但為了滿足熱源法原理模型的無限大介質條件，熱源法測試標準對試樣厚度進行了明確要求，如果試樣厚度不夠，則需采用熔融手段進行加厚，同時對試樣厚度和實驗時間進行限定，不利于實驗操作，使其應用范圍受到限制。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明解決了為了滿足熱源法原理模型的無限大介質條件，熱源法測試標準對試樣厚度進行了明確要求，如果試樣厚度不夠，則需采用熔融手段進行加厚，同時對試樣厚度和實驗時間進行限定，不利于實驗操作，使其應用范圍受到限制的問題。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

基于鏡像熱源原理測固體材料熱物性參數的系統，包括試樣、實驗箱體、數據采集模塊與加熱裝置，所述實驗箱體為封閉式結構且其上表面活動設置有端蓋；

所述數據采集模塊包括測溫熱電偶、AD轉換器與計算機，所述測溫熱電偶電連接所述AD轉換器連接，所述AD轉換器電連接所述計算機；

所述加熱裝置包括熱源與穩壓電源，所述熱源為電熱絲，所述電熱絲電連接所述穩壓電源且具有恒定功率q；

優選的，所述電熱絲由鎳鉻電阻絲制成。

優選的，所述電阻絲的截面直徑為0.1mm。

優選的，所述端蓋通過鉸鏈鉸接在所述實驗箱體的上表面。

優選的，所述穩壓電源為直流穩壓電源。

基于鏡像熱源原理測固體材料熱物性參數的方法，其方法包括以下步驟：

1)將所述試樣加工成若干200×200mm的塊狀結構；

2)取兩塊所述試樣，在其表面刻上滑槽，然后將此兩塊所述試樣疊放在實驗箱內，將帶有滑槽的一面相對放置；

3)將所述熱源放置于兩塊所述試樣的滑槽之內，兩塊所述試樣的所述滑槽之間形成縫隙，將所述試樣打磨成試樣粉末，填充在所述滑槽之間的縫隙內；

4)所述測溫熱電偶安裝在所述試樣的上表面；

5)再將兩塊所述試樣的上表面和側面均用絕熱棉包覆，如試樣尺寸足夠或無窮大，則熱源溫升可表示為：