[實用新型]一種金屬材料比熱容的測量裝置

有效

• 申請號: 201922098053.2
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN211603000U
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 周逸;林鴻;張金濤;馮曉娟;邱萍
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院;鄭州計量先進技術研究院
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京華仁聯合知識產權代理有限公司 11588
• 代理人: 陳建

本實用新型涉及一種金屬材料比熱容的測量裝置，包括激光加熱器及其控制模塊；加熱爐體及其控制模塊；樣品架；測量熱電偶組；數據采集模塊；基座；帶控制和測量功能軟件的PC機及其設備連接線。該裝置可以實現對規定的小尺寸金屬試樣，在進行相應的加工和處理后進行比熱容的測量，根據提出的絕對法測量模型和修正模型可以較為精準的獲得待測金屬試樣的比熱容。在常溫至300℃下的比熱容測量結果偏差小于±3％，重復性優于2％，其中在常溫下測量偏差小于±1％，重復性優于1％。

技術領域

本實用新型涉及一種測量裝置，具體涉及一種金屬材料比熱容的測量裝置。

背景技術

比熱容作為材料最為重要的熱物性參數之一，表征單位質量下材料升高1℃所需消耗的熱能，作為物質的重要性質和理論分析的數據，它是評價其熱性能的依據，在實際生產生活中廣泛應用，尤其在材料、能源、航天、環境保護、物質的合成與應用開發、醫學和工程熱力學等領域具有重要的應用價值。

固體材料比熱容的測量方法主要有：量熱計法和比較法等，其中比較法主要有：差示掃描量熱計(DSC) 法和激光閃光法等，國際上普遍使用合成藍寶石(α-Al₂O₃)作為比熱容的標準物質，其中DSC法是目前用途最廣，測量精度較高的方法之一，目前市面上商用DSC儀器的比熱容測量精度聲稱可以能達到 2％～3％，但實際不同廠家生產的設備測量結果存在較大的差異，同一種材料的測量偏差可能達到20％以上。

激光閃光法是當下材料熱物性參數測量最主要的方法之一，適用于金屬材料熱擴散系數和比熱容的測量，擁有測量速度快、樣品尺寸小和準確性較高的優點，目前已經成為測量熱擴散系數的標準方法之一。然而，市面上商用的閃光法系列導熱儀測量材料比熱容偏差較大，一般聲稱偏差為5％～10％，主要是因為閃光法激光脈沖加熱時間極短，試樣前表面噴涂石墨來提高熱吸收率等處理，會導致對前表面熱吸收能量精準測定較為困難；同時無論是通過熱電偶或紅外測溫儀對試樣后表面測溫，熱損失都會導致對試樣后表面最大溫升的測量造成較大偏差，從而通過相對法測量獲得的材料的比熱容偏差較大，重復性也較差。

目前，激光閃光法測量儀通常使用銅或石墨作為測量比熱容的標準樣品，樣品缺乏相應的量值溯源，其標稱值的準確性得不到保證，因此，使用標準樣品比熱容的不確定度對相對法測量結果的準確性有直接影響，從而導致了閃光法測量儀通過測量的熱擴散系數、比熱容和密度等值計算獲得的導熱系數引入了較大的不確定度，測量結果可靠性較差。

實用新型內容

本實用新型的目的是在閃光法測量原理和裝置的基礎上進行改進，提供一種使用連續激光加熱來測量金屬材料比熱容的測量裝置，并基于連續激光加熱所建立的準穩態溫升過程，通過絕對法獲得金屬材料的比熱容。

本實用新型提供了一種金屬材料比熱容的測量裝置，其包括，激光加熱器，其提供照射激光光束；加熱爐，其具有預定溫度范圍的控溫；以及控制模塊；其特征在于：所述加熱爐固定爐體和可移動爐體，所述固定爐體和所述可移動爐體可進行合體和分離，在所述固定爐體和所述可移動爐體之間設置有樣品架；待測樣品，其位于所述樣品架上，且在所述待測樣品的側部和表面上具有微孔，在所述微孔中設置熱電偶。

其中，所述預定溫度范圍為室溫～300℃溫度范圍。

其中，采用測溫熱電偶組對爐溫和均勻性進行測量，爐溫偏差小于±1℃，均勻性小于1℃。

其中，所述熱電偶組含有兩根極細k型鎧裝熱電偶，直徑為0.15mm，用于測量打孔金屬試樣內部溫度。

其中，所述控制模塊對激光加熱器快門進行控制和讀取熱電偶溫度，并可以進行數據處理和存儲。

其中，進一步包括數據采集模塊。

本實用新型的對金屬材料進行比熱容測量的方法，其包括：