[發(fā)明專利]一種熱擴散系數(shù)測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011341326.2
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112305020B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮喜平;張坤;梁群;王樂;陳嘉輝
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發(fā)明公開了一種熱擴散系數(shù)測量裝置及方法。該裝置包括：半導(dǎo)體制冷片TEC、上加熱板、下加熱板、第一恒溫控制器、第二恒溫控制器、溫控模塊、第一熱電偶、第二熱電偶、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及計算機；通過恒溫控制器使加熱板保持一恒定溫度，再由溫控模塊控制半導(dǎo)體制冷片一面產(chǎn)生固定頻率的溫度余弦波，一面溫度保持不變，將試樣放置在半導(dǎo)體制冷芯片的溫度變化面上，通過溫度傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對每一時刻的溫度變化數(shù)據(jù)進行檢測、采集和分析，從而計算得到熱擴散系數(shù)。本發(fā)明測量裝置具有結(jié)構(gòu)兼容性良好、功耗低、體積小等特點，且本發(fā)明提供的方法計算精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料熱物性測量領(lǐng)域，特別是涉及一種熱擴散系數(shù)測量裝置及方法。

背景技術(shù)

復(fù)合材料一般由增強纖維和樹脂構(gòu)成，在固化過程中，樹脂發(fā)生固化反應(yīng)，其物性參數(shù)發(fā)生變化。樹脂及樹脂復(fù)合材料在工業(yè)中常被用作結(jié)構(gòu)件或粘合涂層。熱擴散系數(shù)是一個十分重要的熱物性參數(shù)，電子設(shè)備在使用過程中產(chǎn)生的熱量可能導(dǎo)致溫度梯度過大，從而導(dǎo)致部件失效。故確定熱擴散系數(shù)，并計算樹脂固化過程中的溫度梯度變化是一項有意義的工作。

現(xiàn)有的熱擴散系數(shù)的測量裝置大體可分為基于穩(wěn)態(tài)方法的測量裝置與基于非穩(wěn)態(tài)方法的測量裝置。

基于穩(wěn)態(tài)方法常用的測量方法有熱平板法測量裝置、同軸圓柱法測量裝置等。熱平板法需要較大的樣品數(shù)量，且一般需要增加熱防護結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝置體積較大。

目前常用的非穩(wěn)態(tài)測量方法有瞬態(tài)熱線法、脈沖熱源法、閃光法、紅外激光散射法、周期性熱源法等。其中，瞬態(tài)熱線法測量裝置中，探頭與待測材料接觸面積小，不太適用于松散材料的測量；激光脈沖法裝置中，激光發(fā)生器較為昂貴，且光學(xué)調(diào)試過程復(fù)雜；閃光法和激光反射法測量裝置均不能實現(xiàn)對透明材料進行測量；同時，這些光散射方法所用儀器昂貴、操作復(fù)雜、對周圍環(huán)境有嚴格要求，大大限制了樹脂材料熱物理性能的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種熱擴散系數(shù)測量裝置及方法，其測量原理是在一定距離的兩次溫度測量的基礎(chǔ)上，利用施加的周期性溫度變化的頻率，可以計算出熱擴散系數(shù)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種熱擴散系數(shù)測量裝置，包括：半導(dǎo)體制冷片TEC、上加熱板、下加熱板、第一恒溫控制器、第二恒溫控制器、溫控模塊、第一熱電偶、第二熱電偶、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及計算機；

所述溫控模塊用于輸出功率，使得所述半導(dǎo)體制冷片TEC的上端面的溫度為余弦變化；

樹脂試樣設(shè)置在所述半導(dǎo)體制冷片TEC的上端面，所述上加熱板設(shè)置在所述樹脂試樣的上端面，所述第一恒溫控制器與所述上加熱板連接，用于控制所述上加熱板為所述樹脂試樣的上端面加熱，使所述樹脂試樣的上端面保持恒定溫度；

所述下加熱板設(shè)置在所述半導(dǎo)體制冷片TEC的下端面；所述第二恒溫控制器與所述下加熱板連接，用于控制所述下加熱板為所述半導(dǎo)體制冷片TEC的下端面加熱，使所述半導(dǎo)體制冷片TEC的下端面保持恒定溫度；

所述第一熱電偶和所述第二熱電偶分別設(shè)置在所述樹脂試樣的下表面和中間截面，用于采集所述樹脂試樣的下表面溫度和中間截面溫度；

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與所述第一熱電偶和所述第二熱電偶連接，用于采集所述樹脂試樣的下表面溫度和中間截面溫度；

所述計算機與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，用于根據(jù)所述樹脂試樣的下表面溫度和中間截面溫度計算樹脂試樣的熱擴散系數(shù)。

可選地，所述上加熱板中設(shè)置有第一溫度傳感器，用于檢測所述上加熱板的溫度，并將檢測到的上加熱板的溫度反饋至所述第一恒溫控制器，所述第一恒溫控制器根據(jù)反饋的上加熱板的溫度對所述上加熱板進行控制。