[实用新型]一种可同时测固体材料导热系数及热扩散率的系统

说明书

技术领域

本实用新型属于固体材料热物性参数测试技术领域，具体涉及一种可同时测固体材料导热系数及热扩散率的系统。 

背景技术

随着我国对节能及能源利用效率的日益重视，材料热物性及其测试方法方面的研究方兴未艾。固体材料热物性测试总体上分为稳态法和非稳态法，稳态法测试由于所需时间长、测试环境要求高，而不能适应现代科技迅速发展的需要，非稳态法应运而生并因为其具有快速、准确、可实现多参数测量的优势而得到了更为广泛的应用。然而，非稳态法在实际应用中也存在一些问题，例如目前多采用加热板、加热丝、加热棒等固态电热器作为加热热源，存在着热源热流密度的准确给定、加热探头热容及时间延迟性、热丝电阻温度依变性和功率波动等问题，这些问题在一定程度上影响了热物性参数测试的精度。近年来，发展了一种陶瓷基底刻蚀双螺旋铂金属丝加热膜，热稳定性好且厚度极薄，可有效提高材料热物性测试精度，但成本不菲且制作困难，难以推广应用。因此，目前尚无一种精度理想的可同时测固体材料导热系数及热扩散率的系统。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种同时测固体材料导热系数及热扩散率的系统，以克服不能同时测试固体材料导热系数及热扩散率以及测 试精度不理想的缺陷。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案： 

一种可同时测固体材料导热系数及热扩散率的系统，其特征在于：包括超级恒温水浴系统、试样盒和温度采集与分析系统，所述超级恒温水浴系统包括水介质(1)、加热元件(2)、温度传感器(3)、温控单元(4)、搅拌器(5)、绝热水浴箱(6)组成，所述水介质(1)装在所述绝热水浴箱(6)中，所述加热元件(2)安装在所述绝热水浴箱(6)的内侧下方，与所述温控单元(4)电连接，所述温控单元(4)安装在所述绝热水浴箱(6)的顶部，所述温控单元(4)输出端与所述温度传感器(3)电连接，所述温度传感器(3)输出端进入所述绝热水浴箱(6)，所述搅拌器(5)向内安装在所述绝热水浴箱(6)的底部；所述试样盒安装在所述绝热水浴箱(6)的顶部，由底部黄铜板(7)、侧绝热板(8)和上绝热板(9)组成，所述温度采集与分析系统包括热电偶(11)、信号采集与传输单元(12)和微型计算机(13)，所述热电偶(11)一端通过所述上绝热板(9)进入所述试样盒，另一端通过所述采集与传输单元(12)与微型计算机(13)电连接。 

优选的，所述试样盒的内腔尺寸满足长与厚的比值大于8-10，宽与厚度的比值大于8-10。 

本实用新型与现有技术相比所取得的有益效果为：利用超级恒温水浴作为热源，与试样盒底部的黄铜板形成恒温边界，温度均匀性和稳定性好，且易于实现，达到了同时测试固体材料导热系数及热扩散率的目的，且测得的结果可靠、精度高。 

附图说明

1.图1为本实用新型的硬件结构原理图； 

2.图2为本实用新型计算原理模型； 

图1和图2中，1、水介质  2、加热元件  3、温度传感器  4、温控单元  5、搅拌器  6、绝热水浴箱  7、底部黄铜板  8、侧绝热板  9、上绝热板  10、试样  11、热电偶  12、信号采集与传输单元  13、微型计算机。 

3.图3和图4为本发明待估参数灵敏度系数计算曲线图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。 

如图1所示，水介质1温度由超级恒温水浴系统控制，超级恒温水浴系统包括加热元件2、温度传感器3、温控单元4、搅拌器5、绝热水浴箱6等组成，其中加热元件2用于加热水介质1，温度传感器3用于检测水介质1的实时温度，并反馈给温控单元4，控制加热元件2的启闭，以保证水介质1维持恒定温度。搅拌器5用以搅拌水介质1，以使其温度均匀，绝热层6用于使水介质1与周围环境绝热，降低热量散发因素的影响。试样盒由底部黄铜板7、侧绝热板8和上绝热板9组成，当其底部黄铜板7与恒温的水介质1接触时，将形成恒温边界。如在某一时刻τ突然将厚度为δ，初始温度为t₀的试样10与黄铜板7接触，试样10中将被加热，而产生恒温边界条件下的一维热传导过程。当试样盒的内腔尺寸满足长和宽与厚度的比值大于8-10时，能更好地形成一维非稳态传热条件。试样10被加热过程中，上绝热面处的温度变化通过热电偶11检测，并通过信号采集与传输单元12传送给微型计算机13，进而利用数学模型计算得 到试样热物性参数。