[發(fā)明專利]基于多維平面熱源法測固體材料熱物性參數(shù)的系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010916638.5
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112034001A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋皓然
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于固體材料熱物性參數(shù)測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于聲學測溫法測固體熱物性參數(shù)。基于聲學測溫法測固體材料熱物性參數(shù)的系統(tǒng)及方法包括熱物性測試試樣、恒溫水浴箱、試樣支架與數(shù)據(jù)采集模塊，所述恒溫水浴箱包括水浴箱體、水浴箱控制器、U型加熱管與水浴箱隔板，所述試樣支架包括夾具與夾具臺，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括水聲換能器、NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、換能器支撐架與計算機。基于恒溫度邊界三維非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，利用參數(shù)估計法測固體材料導熱系數(shù)及熱擴散率，避免了對數(shù)學模型過度簡化造成的誤差。采取了先估計熱擴散率，然后對比熱容估計值進行校正的策略，實現(xiàn)了對材料導熱系數(shù)、比熱容和熱擴散率的同時準確估計。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于固體材料熱物性參數(shù)測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于多維平面熱源法測固體材料熱物性參數(shù)的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

近年來各種新型材料層出不窮，相關(guān)的材料熱物性測試方法方面的研究得到持續(xù)關(guān)注和發(fā)展。在現(xiàn)有的測試方法中，非穩(wěn)態(tài)平面熱源法因測試效果好得到廣泛應用，常常應用于耐火材料和非金屬固體材料熱物性測試中。非穩(wěn)態(tài)平面熱源法通常用鎳鉻帶加熱片和聚酰亞胺電熱膜加熱試樣，在每次實驗前通過觀測布置在熱源平板不同位置處測溫傳感器的值，當各點加熱溫度相同后開始實驗，以實現(xiàn)整個加熱面溫度處處相同的邊界條件。為了減小熱源與試樣之間的間隙，減少接觸熱阻，使用平面熱源法往往在加熱板的背面有機械壓緊裝置。然而，由于加熱膜的熱容和壓緊的效果都會影響加熱板整體的溫度場分布，因此，該種操作具有一定的難度。

聲學測溫技術(shù)是一種新興的測溫技術(shù)，隨著近年來國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的日益成熟，聲學測溫技術(shù)理論上能夠應用的范圍越來越廣泛。目前聲學測溫已經(jīng)應用于國內(nèi)一些小型發(fā)電站,在海洋測溫中聲學測溫已經(jīng)發(fā)展為較完整的體系并得到廣泛應用，國內(nèi)外學者也在研究將聲學測溫應用在醫(yī)療、發(fā)動機、超導體等更多領(lǐng)域之中。聲學測溫技術(shù)作為一種非接觸式測溫方法，其能夠適應各種復雜的測量條件，并且能夠?qū)崿F(xiàn)實時連續(xù)測量以及遠程控制。不同于傳統(tǒng)的接觸式方法，聲學測溫技術(shù)不僅能夠測量獲得三維空間溫度的分布，而且還能消除由于接觸產(chǎn)生的溫度誤差。

(一)解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有的技術(shù)不足，本發(fā)明提供了基于多維平面熱源法測固體材料熱物性參數(shù)的系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有方法試樣與熱源之間存在間隙，加熱板溫度場分布不均勻的問題。平面熱源法主要的誤差來源于熱源與試樣之間接觸存在間隙，將會引起很大的接觸熱阻。由于加熱膜的熱容和壓緊的效果都會影響加熱板整體的溫度場分布，影響測試結(jié)果。

(二)技術(shù)方案

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

基于多維平面熱源法測固體材料熱物性參數(shù)的系統(tǒng)及方法，包括熱物性測試試樣、恒溫水浴箱、試樣支架與數(shù)據(jù)采集模塊。所述恒溫水浴箱包括水浴箱體、水浴箱控制器、U型加熱管與水浴箱隔板，所述水浴箱體為封閉結(jié)構(gòu)，其上表面設(shè)置有端蓋且其左側(cè)面設(shè)置有進出水口。所述水浴箱控制器設(shè)置在所述水浴箱上表面，所述U型加熱管設(shè)置在所述水浴箱底部，所述水浴箱隔板設(shè)置在所述U型管上部；

所述試樣支架包括夾具與夾具臺，所述夾具設(shè)置在所述夾具臺立柱上，所述試樣支架設(shè)置在水浴箱隔板上表面；

所述數(shù)據(jù)采集模塊包括水聲換能器、NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、換能器支撐架與計算機，水聲換能器通過換能器固定夾設(shè)置在換能器支架上，所述換能器支架設(shè)置在水浴箱隔板上表面，所述水聲換能器連接所述NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接所述計算機。

所述的一種基于水浴聲學測固體材料熱物性參數(shù)的系統(tǒng)及方法，所述熱物性試樣的溫升變化由聲學測溫法測得：

所述的一種基于水浴聲學測固體材料熱物性參數(shù)的系統(tǒng)及方法，其特征在于，其方法包括以下步驟：

步驟一：將熱物性測試試樣加工成小于60×60×60mm的塊狀結(jié)構(gòu)；