雙螺旋平面結(jié)構(gòu)諧波法測(cè)試材料熱物性參數(shù)的裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種雙螺旋平面結(jié)構(gòu)諧波法測(cè)試材料熱物性參數(shù)的裝置。該裝置包括樣品固定臺(tái)和雙螺旋平面結(jié)構(gòu)傳感器。樣品固定臺(tái)包括：橫截面呈“凹”字型的底座；以及由底座的兩側(cè)分別向中間延伸并分別抵壓住待測(cè)樣品的左抵壓部件和右抵壓部件。雙螺旋平面結(jié)構(gòu)傳感器包括：柔性襯底，其材料為絕緣材料；形成于柔性襯底上的由一系列同心圓環(huán)組成的雙螺旋平面結(jié)構(gòu)，其材料為金屬材料；以及通過(guò)膠黏層覆蓋于雙螺旋平面結(jié)構(gòu)上方的柔性覆蓋膜，其材料為絕緣材料；其中，在樣品固定臺(tái)的兩抵壓部件作用下，該雙螺旋平面結(jié)構(gòu)傳感器的兩外側(cè)面分別與待測(cè)樣品充分接觸。本發(fā)明可以保證傳感器和待測(cè)樣品能夠充分接觸。
【專(zhuān)利說(shuō)明】雙螺旋平面結(jié)構(gòu)諧波法測(cè)試材料熱物性參數(shù)的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料物性測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種雙螺旋平面結(jié)構(gòu)諧波法測(cè)試材料熱物性參數(shù)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]熱導(dǎo)率(λ，又稱(chēng)導(dǎo)熱系數(shù))和吸熱系數(shù)(定義為熱導(dǎo)率λ和熱容P Cp乘積的平
方根，
【權(quán)利要求】
1.一種雙螺旋平面結(jié)構(gòu)諧波法測(cè)試材料熱物性參數(shù)的裝置，其特征在于，包括: 樣品固定臺(tái)，包括: 橫截面呈“凹”字型的底座；以及 由所述底座的兩側(cè)分別向中間延伸并分別抵壓住待測(cè)樣品的左抵壓部件和右抵壓部件; 雙螺旋平面結(jié)構(gòu)傳感器，包括: 柔性襯底，其材料為絕緣材料； 形成于所述柔性襯底上的由一系列同心圓環(huán)組成的雙螺旋平面結(jié)構(gòu)，其材料為金屬材料；以及 通過(guò)膠黏層覆蓋于所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)上方的柔性覆蓋膜，其材料為絕緣材料； 其中，在樣品固定臺(tái)的所述兩抵壓部件作用下，該雙螺旋平面結(jié)構(gòu)傳感器的兩外側(cè)面分別與待測(cè)樣品充分接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述底座的兩側(cè)面各有一圓孔，該圓孔內(nèi)側(cè)具有內(nèi)螺紋； 所述左抵壓部包括:左移動(dòng)頂桿和固定于該左移動(dòng)頂桿末端的左移動(dòng)端面； 所述右抵壓部包括:右移動(dòng)頂桿和固定于該右移動(dòng)頂桿末端的右移動(dòng)端面； 其中，所述左移動(dòng)頂桿和右移動(dòng)頂桿的`對(duì)應(yīng)位置具有與所述內(nèi)螺紋相匹配的外螺紋，所述左移動(dòng)端面和右移動(dòng)端面固定于相應(yīng)移動(dòng)頂桿的內(nèi)側(cè)，垂直于頂桿方向設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述金屬材料為銅、銀、鎳、金或鉬；所述絕緣材料聚酰亞胺或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯；所述膠黏層的材料為EVA類(lèi)熱熔膠或邦林熱熔膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)中，同心圓環(huán)的寬度介于10 μ m~1000 μ m之間，相鄰兩同心圓環(huán)之間的間隔介于50 μ m~1000 μ m之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述雙螺旋平面結(jié)傳感器中:所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)的厚度介于0.2 μ m~100 μ m之間,直徑介于5mm~50mm之間,柔性襯底及柔性覆蓋膜厚度在12.5 μ m~50 μ m之間，膠黏層厚度在5 μ m~40 μ m之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述待測(cè)樣品為固體樣品或流體樣品； 當(dāng)待測(cè)樣品為固體樣品時(shí)，所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)傳感器的兩外側(cè)面分別與位于相應(yīng)側(cè)的固體樣品充分接觸； 當(dāng)待測(cè)樣品為流體樣品時(shí)，該裝置還包括:流體樣品容器，所述流體樣品盛放于該流體樣品容器中，所述左抵壓部件和右抵壓部件分別從兩側(cè)頂住該流體樣品容器，所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)傳感器垂直埋入所述流體樣品中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述流體樣品容器為袋狀容器或兩側(cè)開(kāi)口的筒狀容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，還包括: 溫控容器，呈圓桶形，所述樣品固定臺(tái)以及雙螺旋平面結(jié)構(gòu)傳感器均位于該溫控容器中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，還包括:諧波測(cè)量單元，其兩電流引線端分別電性連接至所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)傳感器的第一端和第二端，并通過(guò)兩者向雙螺旋平面結(jié)構(gòu)傳感器提供周期正弦加熱電流；其兩探測(cè)電壓引線端分別電性連接至所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)傳感器的第一端和第二端，并通過(guò)兩者探測(cè)所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)傳感器兩端的電壓值，該電壓值包括各頻率下基波電壓平均值V1 ω，以及三次諧波電壓與自然對(duì)數(shù)頻率曲線ν3ω~Ιηω。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)的第一端引出第一引線端和第二引線端；第二端引出第三引線端和第四引線端；所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)還包括: 第一引線件，形成于所述柔性襯底上，其一端連接所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)的第一引線端，其另一端連接至所述諧波測(cè)量單元的第一探測(cè)電壓引線端； 第二引線件，形成于所述柔性襯底上，其一端連接所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)的第二引線端，其另一端連接至所述諧波測(cè)量單元的第一電流引線端； 第三引線件，形成于所述柔性襯底上，其一端連接所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)的第三引線端，其另一端連接至所述諧波測(cè)量單元的第二探測(cè)電壓引線端； 第四引線件，形成于所述柔性襯底上，其一端連接所述雙螺旋平面結(jié)構(gòu)的第四引線端，其另一端連接至所述諧波測(cè)量單元的第二電流引線端。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述諧波測(cè)量單元包括: 函數(shù)發(fā)生器，輸出角頻率為ω的交流電壓信號(hào)； 電橋模塊，包括: 轉(zhuǎn)換器，將函數(shù)發(fā)生器輸出的交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，該電流信號(hào)經(jīng)由第九可調(diào)電阻和雙螺旋平面結(jié)構(gòu) 傳感器后傳輸入地； 第一差動(dòng)放大器，其第一輸入端連接至轉(zhuǎn)換器的輸出端，其第二輸入端通過(guò)第九可調(diào)電阻連接至轉(zhuǎn)換器的輸出端，并連接第一電流引線端，其將第九可調(diào)電阻兩端的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一差動(dòng)信號(hào)； 第二差動(dòng)放大器，其第一輸入端連接至第一探測(cè)電壓引線端，其第二輸入端連接至第二探測(cè)電壓引線端，其將由雙螺旋平面結(jié)構(gòu)傳感器探測(cè)而來(lái)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二差動(dòng)信號(hào); 前置放大器，其兩輸入端分別連接至第一差動(dòng)放大器的輸出端和第二差動(dòng)放大器的輸出端，其將第一差動(dòng)信號(hào)和第二差動(dòng)信號(hào)的差值信號(hào)進(jìn)行放大； 鎖相放大器，其兩輸入端分別連接至前置放大器的輸出端和函數(shù)發(fā)生器的輸出端，其獲取基波及三次諧波電壓，該基波電壓為第一差動(dòng)信號(hào)的一次諧波的有效值，該三次諧波電壓為第一差動(dòng)信號(hào)和第二差動(dòng)信號(hào)的差值的三次諧波分量的有效值； 微機(jī)控制與數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)，其輸入端連接至鎖相放大器的輸出端，對(duì)鎖相放大器輸出的一次諧波的有效值和三次諧波分量的有效值進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其輸出端連接函數(shù)發(fā)生器，控制函數(shù)發(fā)生器的輸出信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，第九可調(diào)電阻的阻值R9滿(mǎn)足:R9=a X&，其中Rm為雙螺旋平面結(jié)構(gòu)的阻值，a =0.95~1.05。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于: 在第一差動(dòng)放大器的第一輸入端和第二輸入端分別設(shè)置第一低溫漂電阻和第二低溫漂電阻連接至第九可調(diào)電阻R9的兩端；且第一輸入端通過(guò)第三低溫漂電阻連接至地，第二輸入端通過(guò)第四低溫漂連接至其輸出端； 在第二差動(dòng)放大器的第一輸入端和第二輸入端分別通過(guò)第五低溫漂電阻和第六低溫漂電阻連接至雙螺旋平面結(jié)構(gòu)的兩端，且第一輸入端通過(guò)第七低溫漂電阻連接至地，第二輸入端通過(guò)第八低溫漂連接至其輸出端； 其中，第一低溫漂電阻、第二低溫漂電阻、第三低溫漂電阻、第四低溫漂電阻、第五低溫漂電阻、第六低溫漂電阻、第七低溫漂電阻、第八低溫漂電阻為阻值溫度系數(shù)為2ppm / V類(lèi)型的低溫漂電阻。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，還包括: 熱物性參數(shù)獲取單元，用于利用諧波測(cè)量單元獲取的各頻率下基波電壓平均值ν1ω，以及三次諧波電壓與自然對(duì)數(shù)頻率曲線ν3ω~Ιηω，獲取待測(cè)樣品的熱導(dǎo)率和/或吸熱系數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述熱物性參數(shù)獲取單元利用以下公式I和2計(jì)算待測(cè)樣品的熱導(dǎo)率，利用以下公式3計(jì)算待測(cè)樣品的吸熱系數(shù):
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK103852485SQ201410078886
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】邱琳, 鄭興華, 李大慶, 唐大偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所