[发明专利]一种接触热阻测试设备

说明书

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种接触热阻测试方法及设备，适用于在不同温度和加载应力范围内进行接触热阻的测试，尤其具备高温、高接触应力条件下的接触热阻测试条件。

背景技术

当两个物体表面相互接触时，不论表面多么光滑，总存在微观的不完全接触点。物体的接触表面是由分散细小的接触点组成的，这些接触点之间被大的空隙隔离开，这些空隙中可能是真空，也可能充满导热介质。因此，在接触面处除了固有的热阻之外，还存在额外的传热阻力——接触热阻。接触热阻在很多工程应用中是一个重要的参数。现在接触热阻的研究主要集中在理论分析和计算方法的研究方面，即通过建立数学模型，运用计算机模拟的方式预测接触热阻，然后通过与文献中的试验数据进行比较，再判断模型的可靠性。目前的主要计算方法有：有限元法、蒙特卡罗随机点法、分子动力学法等。但这些方法参数较多、误差较大，在工程上并不实用。

发明内容

本发明为了解决现有技术中单纯依托理论和模拟计算进行接触热阻测试存在的问题，提供一种接触热阻工程试验测试方法及其设备，所述的测试方法采用多根材料试样与一个热流计形成一个轴向热流通道，分别采集轴向热流传输方向多测试点温度，同时采用多层隔热材料和界面温度补偿技术降低热量横向散失现象对接触热阻测试的影响，根据采集的测试点温度实现接触热阻的测试。

本发明提供的接触热阻测试设备主要包括支架、顶板、底板、应力加载装置、数据采集系统和加热装置，所述顶板和底板分别通过四组螺母水平固定在四根支架上，并且顶板位于底板的上方，底板和顶板之间由下至上依次设置加热装置、试样和应力加载装置；所述应力加载装置固定在顶板中心位置，调节顶板上四组螺母，应力加载装置的力传导杆与试样的顶端接触，为试样顶端加载应力；所述底板通过四组螺母调节水平角度和垂直高度，底板上设置加热装置，用于为试样加热。所述的试样的数量至少三个，竖直轴向排列，并且其中一个试样作为热流计试样，其余为待测接触热阻的材料试样；所述的热流计试样位于最顶端或者最底端。所述的温度采集系统将所采集的温度数据分为两部分，一部分是测试点热电偶的所有温度数据，用于计算机绘制成温度变化曲线，检测试样加热温度的稳定变化，然后根据该采集的温度数据进行接触热阻的解算；另一部分是距离接触界面处最近的两个热电偶的温度数据，用于解算试样接触界面处的平均温度，控制对于试样接触界面处的温度补偿。

本发明的优点在于：

(1)本发明采用的加热装置中的加热块为高温材料，应力加载装置可以提供500MPa的界面接触应力，因此本发明提供的设备能够进行高温、高接触应力下的接触热阻测试试验，并且能够连续按要求改变热端温度(≤1000℃)和调整加载应力(≤500MPa)。

(2)通过可控硅调压器控制加热丝的功率控制热端所需温度，通过多层隔热材料和界面温度补偿避免横向热流损失，并采用冷却装置使得测试试样的热端和冷却端形成极大温差，实现了热流轴向的一维传递。

(3)本发明提供的设备能够对多通道的监测点温度同时进行检测和记录，并进行分析和统计，因而提高了工作效率，避免了循环记录各通道所带来的误差。

(4)本发明提供的测试方法可以测试试样在热应力和压应力同时作用下的接触热阻，并且方法简单易于实现。

附图说明

图1为本发明提供的接触热阻测试设备整体结构示意图；

图2为本发明中试样上热电偶的布局图；

图2a为本发明中稳定支撑架的结构示意图；

图3为本发明中顶板减重结构示意图；

图4a为本发明中冷却水箱的主视剖视图；

图4b为本发明中冷却水箱的俯视图；

图5a为本发明中加热装置结构示意图；

图5b为本发明中加热装置的圆筒形加热筒结构示意图；

图5c为本发明中加热块的结构示意图；

图6为本发明中补偿加热装置的结构示意图；

图6a为补偿加热装置中固定支架的仰视图；

图6b为补偿加热装置中固定支架的主视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供一种接触热阻测试方法，该测试方法利用热流在不同材料界面间传递的温度变化的特性来检测界面接触热阻，因而此种方法采用比较简单、可靠、测量精度较高、易于操作的测试设备就可以。但因测温元件与周围介质需要进行充分的热交换，需要一定的时间才能达到热平衡，所以达到稳态后的数据才是可信的。基于上述因素，本发明提供的接触热阻测试方法具体通过如下步骤实现：