[發明專利]材料多熱物性參數的測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 202011460676.0
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112630261B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 岳亞楠;孫強勝;鄧書港
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 羅敏清

本發明提供一種材料多熱物性參數的測量裝置及其測量方法，包括固定框架、激光產生裝置、紅外熱像裝置、凸透鏡、溫度測量裝置以及數據接收處理裝置，激光產生裝置輸出激光信號以加熱測量材料，凸透鏡將激光聚焦于待測材料上，產生明顯溫升信號，紅外熱像裝置獲取溫升信號，數據接收處理裝置獲取紅外熱像裝置測量的待測材料表面的溫度信號和熱電偶測量得到的溫度信號，之后通過計算可得不同溫度下試樣的表面發射率，進行實驗修正，最后通過計算機數值擬合修正后的溫度信息從而獲得測量材料的熱物性參數。本發明該方法能在不破壞材料表面結構、表面特征的情況下測量材料多熱物性參數，消除因接觸產生接觸熱阻以及試樣表面破壞而產生的測量誤差。

技術領域

本發明屬于熱物性測量的技術領域，具體涉及一種材料多熱物性參數的測量裝置及其測量方法。

背景技術

熱擴散系數、熱導率、比熱容、表面發射率等是各類材料的重要物理參數，在涉及傳熱工程領域有著廣泛的應用背景。但各種材料的熱物性參數主要靠實驗測定，如何快速、準確、方便的測量出各種材料的熱物性變得十分重要。現有的熱物性測量技術中，按測量方法的物理模型可大致分為穩態測量方法和瞬態測量方法。穩態方法中，樣品需要被均勻地加熱或冷卻至熱穩態，再進行熱物理參數測量。其優點是數學模型簡單，但測量中樣品達到熱穩態需要較長時間。同時，瞬態測量方法對應的測量裝置復雜，樣品需加工成規定形狀，限制其在工業上的應用。另外目前實驗測量多為測量單一參數，或者某一溫度下的熱物性參數。它僅代表材料一定溫度下的一種物理性質，不能反映材料在不同溫度下的實際熱物性及變化趨勢。

紅外成像是使用光電設備來檢測和測量輻射，并在輻射與表面溫度之間建立相互聯系。通過接收物體所發射的輻射能進而反推其溫度的一項技術。紅外測量物體溫度必須知道物體表面發射率，但是表面發射率也隨著材料溫度及材料表面特征的變化而變化，需要進行表面發射率的實時修正。

專利號CN104215660A公開了一種可同時測固體材料導熱系數及熱擴散率的方法及系統。該測量裝置通過使用超級恒溫水浴產生具有一定溫度的恒溫水介質，將試樣放入底部為黃銅板、上表面和側面為絕熱材料密封的試樣盒，試樣盒底部與恒溫水介質接觸，形成恒溫邊界下的一維非穩態傳熱過程，然后利用參數估計法得到被測材料的熱擴散率、比熱容和導熱系數。但是該裝置穩態傳熱模型，穩定需要時間長，測量耗時較長。專利號CN107907565A公開了一種基于激光點熱源測固體材料熱物性參數的方法。該裝置直接基于恒定功率邊界一維非穩態傳熱模型，利用參數估計法測固體材料導熱系數及熱擴散率，避免了對數學模型過度簡化造成的誤差。但該測量裝置需要進行測量材料表面的磨光處理，對測量環境和測量材料有一定要求。該方法用多個熱電偶進行背面溫度測量，不能適用于需單面測量的場合，測溫點較多，需要多組測溫元件，能耗較大，同時可能有接觸不良等問題。另外該裝置算法復雜，不能實時測量，必須取樣實驗室測量，限制其在工業上的應用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足之處，提供一種材料多熱物性參數的測量裝置，該測量裝置簡單、操作方便，能對測量材料進行單面無損測量、測量結果精準。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種材料多熱性參數的測量裝置，包括固定框架、激光產生裝置、紅外熱像裝置、凸透鏡、溫度測量裝置以及數據接收處理裝置；其中，

固定框架，其用于支撐激光產生裝置和紅外熱像裝置；

激光產生裝置，其用于產生對待測材料進行加熱的激光，所述激光產生裝置包括激光控制器以及與激光控制器電氣連接的激光器，所述激光器可移動地設置在所述固定框架上；

紅外熱像裝置，其用于獲取待測材料表面的溫度信息，所述紅外熱像裝置包括紅外熱像儀主機以及與所述紅外熱像儀主機電氣連接的紅外熱像儀探頭，所述紅外熱像儀探頭可移動地設置在所述固定框架上；