[发明专利]一种谐波法水凝胶热导率测试装置及方法

权利要求书

1.一种谐波法水凝胶热导率测试装置，其特征在于，包括探测器、精密电阻箱、信号发生器、电压跟随器和锁相放大器，其中：

所述探测器包括容器、支撑板、电极和金属加热丝，所述支撑板搁置在所述容器的顶端，所述电极安装在所述支撑板上，并且该电极包括多根铜棒，每根铜棒的下端均伸入所述容器内，以用于与容器内的水凝胶接触，并且所有铜棒的下端通过所述金属加热丝连接在一起；

所述探测器的铜棒包括铜棒a、铜棒b、铜棒c和铜棒d，铜棒a连接信号发生器,铜棒b和铜棒c均连接第一电压跟随器，铜棒d连接精密电阻箱，所述精密电阻箱分别连接第二电压跟随器和所述信号发生器，所述第一电压跟随器与所述第二电压跟随器均与所述锁相放大器连接。

2.根据权利要求1所述的一种谐波法水凝胶热导率测试装置，其特征在于，所述金属加热丝在铜棒b和铜棒c之间的部分的电阻为5Ω～150Ω。

3.根据权利要求1所述的一种谐波法水凝胶热导率测试装置，其特征在于，所述金属加热丝上设置有绝缘层。

4.根据权利要求1所述的一种谐波法水凝胶热导率测试装置，其特征在于，所述金属加热丝水平设置，其离容器内底面的距离L＝(1/3～1/2)H，其中H为容器内壁的高度。

5.一种采用权利要求1～4中任一所述谐波法水凝胶热导率测试装置测量水凝胶热导率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在容器内制作水凝胶，并且使金属加热丝距离水凝胶上下界面分别至少5mm，则水凝胶成胶后，金属加热丝就被包埋在水凝胶中；

2)设置锁相放大器，使其测量信号为第一电压跟随器与第二电压跟随器的差值，然后调节信号发生器，向金属加热丝上施加角频率为1ω的正弦信号，设置锁相放大器，使其测量1ω的正弦信号，然后调节精密电阻箱的电阻，使得锁相放大器测量得到的电压幅值为零，此时精密电阻箱的电阻与探测器的电阻相等，从而消去探测器两端的1ω的正弦信号，以获得3ω的正弦信号；

3)调节信号发生器输出的正弦信号，使得锁相放大器测量得到的3ω电压幅值V_3ω为1ω电压幅值V_1ω的1/500～1/1000，保持信号发生器输出的正弦信号的幅值不变，更换不同频率，测量3ω电压幅值V_3ω，获得3ω电压幅值V_3ω与信号频率的关系，从而利用以下公式获得热导率k：

k=-V1ω3β8πRl·slope]]>

其中V_1ω是探测器两端测得的1ω信号，β是探测器中金属加热丝的电阻温度系数，R是探测器电阻，l是金属加热丝在铜棒b和铜棒c之间的部分的长度，slope是3ω电压幅值V_3ω与取自然对数后的相应的信号频率关系中线性度最好的区间的斜率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信号发生器施加的正弦信号的频率为1～100Hz。