[發(fā)明專利]一種可高精度測量小熱導率材料的界面接觸熱阻的裝置

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• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN115032228A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設計）人: 孟兆明;曹安;嚴睿豪;黃宇森;李文哲;姜和睿;孫中寧;丁銘
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N35/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種可高精度測量小熱導率材料的界面接觸熱阻的裝置，其特征在于：包括隔離罩(1)、保溫箱體(2)、通氣口(101)、臺面板(607)、試件部分、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)；

所述隔離罩(1)內(nèi)放置測試裝置主體，隔離罩(1)的上、下對角位置各設1個通氣口(101)，通過通氣口(101)對隔離罩(1)抽真空或置換實驗氣體環(huán)境，進行不同氣體環(huán)境下的實驗；

所述臺面板(607)安裝在隔離罩(1)內(nèi)靠近底部；

所述保溫箱體(2)位于臺面板(607)上方，包括保溫底座(201)、保溫底座蓋(202)和保溫耳室(203)；所述保溫底座(201)與保溫底座蓋(202)構成矩形密閉承壓金屬盒，金屬盒內(nèi)設有支撐保溫底座蓋(202)受載荷的承壓柱，金屬盒內(nèi)其余空間填滿氣凝膠隔熱氈，試件部分位于保溫底座蓋(202)上，保溫耳室(203)為兩個半圓形金屬絲架，位于溫底座蓋(202)上；

所述試件部分包括熱端試件(301)和冷端試件(302)；所述熱端試件(301)為圓心所在軸線鏤空出一個小半圓柱體卡槽后的半圓柱實體；冷端試件(302)為半圓柱殼體，冷端試件(302)與熱端試件(301)的長度相等，冷端試件(302)內(nèi)徑與熱端試件(301)的外徑相等，冷端試件(302)包裹在熱端試件(301)上，兩個保溫耳室(203)位于試件部分兩端的半圓端面處；

所述加熱系統(tǒng)包括硅碳棒(401)；所述硅碳棒(401)安裝在保溫底座蓋(202)上；

所述冷卻系統(tǒng)包括矩形冷卻通道(505)；冷卻系統(tǒng)部分安裝在隔離罩(1)外部，位于隔離罩(1)內(nèi)的部分為矩形冷卻通道(505)，并位于保溫箱體(2)和臺面板(607)之間；

所述加壓系統(tǒng)包括控制部分和多根絕熱加壓桿(601)組成的加壓部分，加壓部分位于隔離罩(1)內(nèi)，與冷端試件(302)的外曲面連接。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種可高精度測量小熱導率材料的界面接觸熱阻的裝置，其特征在于：所述保溫底座蓋(202)上設有內(nèi)置硅碳棒(401)的貫通卡槽(204)和試件定位卡槽(205)；保溫底座蓋(202)將絕熱加壓桿(601)加載到試件部分上的載荷傳遞給矩形冷卻通道(501)和臺面板(607)，對硅碳棒(401)起到保護作用，使硅碳棒(401)在任何實驗載荷工況下都無受壓破損的風險；貫通卡槽(204)的軸線與保溫底座蓋(202)上表面持平，卡槽的內(nèi)徑等于加熱所用硅碳棒(401)的直徑；定位卡槽(205)可使試件放到保溫底座蓋(202)上時試件的軸線與貫通卡槽(204)的軸線重合；

所述保溫耳室(203)內(nèi)徑與冷端試件(302)外徑相等，保溫耳室(203)與試件部分的端面之間填充多層氣凝膠隔熱氈，兩個保溫耳室(203)之間由多根金屬絲連接，緊固連接金屬絲使隔熱氈緊貼試件部分半圓端面。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種可高精度測量小熱導率材料的界面接觸熱阻的裝置，其特征在于：所述試件部分還包括熱電偶(303)和溫度采集系統(tǒng)(304)；冷端試件(302)的內(nèi)曲面與熱端試件(301)的外曲面的結合面為所需測試接觸熱阻的接觸界面；熱端試件(301)的材料熱導率和冷端試件(302)的材料熱導率可相同，也可互不相同；熱端試件(301)的外曲面表面粗糙度和冷端試件(302)的內(nèi)曲面表面粗糙度可相同，也可互不相同；熱電偶(303)一端連接在冷端試件(302)和熱端試件(301)上，另一端與溫度采集系統(tǒng)(304)連接；熱電偶(303)測點合理布置在接觸界面附近試件的不同軸向深度、不同徑向深度處上；根據(jù)試件同一徑向深度不同軸向深度處測得的溫度，可選定熱流沿試件的徑向方向呈一維傳遞的測溫區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)各測點的最大溫差不超過1℃；選定的測溫區(qū)域所對應的試件接合面面積即為測量接觸熱阻所需的接觸界面面積；根據(jù)在選定的測溫區(qū)域測得試件的不同徑向深度處的溫度，由一維導熱法可求得熱端試件(301)和冷端試件(302)間的接觸熱阻。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種可高精度測量小熱導率材料的界面接觸熱阻的裝置，其特征在于：所述加熱系統(tǒng)還包括溫控箱(402)；硅碳棒(401)安裝在保溫底座蓋(202)上的貫通卡槽(204)內(nèi)；硅碳棒(401)和溫控箱(402)連接，通過溫控箱(402)調(diào)節(jié)硅碳棒(401)的加熱功率，可做不同溫度工況下的實驗。