[发明专利]一种基于保护热板法的用于多孔金属材料有效热导率的快速测定装置和方法

说明书

本发明涉及一种基于保护热板法的用于多孔金属材料有效热导率的快速测定装置包括位于待测样品的热端的保护热板测试单元，与保护热板测试单元相接的温控及计时单元，位于待测样品的冷端的水冷单元，采集待测样品的冷端和热端温度的温度采集单元；保护热板测试单元包括主加热器、绝热层、侧面辅助加热器、底面辅助加热器；水冷单元包括水冷头；水冷头覆盖待测样品的上端面，主加热器覆盖待测样品的下端面。涉及一种基于保护热板法的用于多孔金属材料有效热导率的快速测定方法。采用温度控制及时间累计的组合，实现保护热板法中热流密度的测量，具有器材成本较低，电路连接简单，搭建方便，测试速度较快等特点，属于传热性能测试技术领域。

技术领域

本发明涉及传热性能测试技术领域，具体的说，涉及多孔金属材料有效热导率的测量装置和方法。

背景技术

多孔金属材料具有重量轻、传质能力好、机械强度高、比表面积大等特点，因此多孔金属材料大量地用于催化剂载体领域。多孔材料作为载体时，其导热性能对催化剂的催化性能及寿命有着很大的影响。良好热导率的载体，有助于移去反应热，避免催化剂表面局部过热。有效热导率是反映物质热传导能力的系数，但由于受到多孔材质、多孔骨架、孔隙率、理论适用性等多方面限制，多孔结构的热导率一直未能有统一并且使用范围广泛的，理论公式，因此对于热导率实验测试方法和技术的探索，仍是新型多孔金属材料热导率数据的主要来源。

保护热板法是一种稳态测量方法，具有原理简单，可准确、直接地获得热导率的优点。在保护热板法的测量过程中，有两个关键点，一是一维稳态热流状态的建立，二是热流量的测定。一维稳态热流状态的建立往往需要等到系统达到热平衡状态，即加热器释放出来的热量等于通过待测样品散失出去的热量。由于绝热材料的引入，使得这个稳态过程的建立十分缓慢，所以构建一维稳态热流状态需要花费大量的时间，往往在5-6个小时以上。另一方面，热流量的测定需要用到热流传感器，这便增加了实验测量的投入。所以需要简单、快速、准确、易实现、低投入的测定方法，来实现对多孔金属材料有效热导率的测定。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种成本低、步骤少、测量快速的基于保护热板法的用于多孔金属材料有效热导率的快速测定装置和方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于保护热板法的用于多孔金属材料有效热导率的快速测定装置，包括：位于待测样品的热端的保护热板测试单元，与保护热板测试单元相接的温控及计时单元，位于待测样品的冷端的水冷单元，采集待测样品的冷端和热端温度的温度采集单元；保护热板测试单元包括主加热器、绝热层、侧面辅助加热器、底面辅助加热器；水冷单元包括水冷头；水冷头覆盖待测样品的上端面，主加热器覆盖待测样品的下端面，绝热层将待测样品的侧面和主加热器包裹，侧面辅助加热器覆盖绝热层的侧面，底面辅助加热器覆盖绝热层的下端面。

水冷单元包括水泵、水箱、水冷排、质量块；水冷头、水泵、水箱、水冷排依次通过水路连接管相接，水冷排再与水冷头通过水路连接管相接；质量块位于水冷头的上端面。

温控及计时单元包括底面辅助加热器温度反馈热电偶、侧面辅助加热器温度反馈热电偶、主加热器温度反馈热电偶、控制底面辅助加热器温度的温控仪、控制侧面辅助加热器温度的温控仪、控制主加热器温度的温控仪、电源、功率计、通电计时器、可调变压器；电源、功率计、控制主加热器温度的温控仪、可调变压器依次串接，通电计时器并联接入控制主加热器温度的温控仪的输出口；主加热器温度反馈热电偶与控制主加热器温度的温控仪相接；侧面辅助加热器温度反馈热电偶与控制侧面辅助加热器温度的温控仪相接，控制侧面辅助加热器温度的温控仪与电源相接；底面辅助加热器温度反馈热电偶与控制底面辅助加热器温度的温控仪相接，控制底面辅助加热器温度的温控仪与电源相接。本段所说的三个热电偶，优选的采用线型0.5mmK型热电偶；各部分通过电气连接组成；三个温控仪以继电器方式输出，以PID方式控制；通电计时器的工作电压为220V，以配合温控仪的使用。