導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置及其測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料熱性能測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量精度更高且更實(shí)用的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)熱系數(shù)是材料的重要參數(shù)指標(biāo)，通常把導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料稱為保溫材料(如，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了凡平均溫度不高于350°C時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.12ff/(m.K)的材料稱為保溫材料)，另外，把導(dǎo)熱系數(shù)在0.05W/(m*K)以下的材料稱為高效保溫材料。導(dǎo)熱系數(shù)高的物質(zhì)有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，這在某些領(lǐng)域有很好的用處。所有，通過測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)，可以確定材料更好的用途，尤其在現(xiàn)有一些新型材料，具有非常重大的意義。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)有大量的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量方法，但是，沒有任何一種方法能夠適用于所有的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的方法可以分為兩大類:穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法。穩(wěn)態(tài)法包括:熱流法、保護(hù)熱流法和保護(hù)熱板法等；非穩(wěn)態(tài)法包括:閃光法、熱線法等。其中，非穩(wěn)態(tài)法的測(cè)量環(huán)境要求較為苛刻，儀器價(jià)格昂貴并且操作復(fù)雜；穩(wěn)態(tài)法的原理簡(jiǎn)單、成本低廉且操作簡(jiǎn)便，所有，一般的實(shí)驗(yàn)室或簡(jiǎn)單的工程中，廣泛使用穩(wěn)態(tài)法，但是，現(xiàn)有的測(cè)量?jī)x器只是測(cè)未成形材料或者單種原材料(比如粉末狀材料)，不適用于工程上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了解決上述課題而進(jìn)行的，目的在于提供一種測(cè)量精度更高且更實(shí)用的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。
[0005]本發(fā)明提供了一種導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置，用于測(cè)量固體試樣的導(dǎo)熱系數(shù)，其特征在于，包括:加熱單元，包括試樣放置板及分布在該試樣放置板兩側(cè)與該試樣放置板可拆卸相連的兩個(gè)夾緊蓋，試樣放置板含有絕熱的板本體、位于該板本體兩側(cè)的兩個(gè)試樣放置凹槽以及位于該試樣放置凹槽四周的絕熱的保溫側(cè)壁，設(shè)在兩個(gè)試樣放置凹槽之間的加熱板，試樣放置凹槽的底板上和加熱板相對(duì)試樣放置凹槽的兩側(cè)均設(shè)有多個(gè)熱電偶；測(cè)量單元，包括測(cè)量電路以及位于該測(cè)量電路中且與加熱板相連接的熱量設(shè)定器件、電偶調(diào)控器件和電勢(shì)測(cè)量器件，熱量設(shè)定器件用于設(shè)定對(duì)試樣的加熱量、電偶調(diào)控器件與熱電偶相連，對(duì)熱電偶進(jìn)行調(diào)控使一個(gè)熱電偶接入測(cè)量電路，電勢(shì)測(cè)量器件與電偶調(diào)控器件相連，用于測(cè)定接入測(cè)定電路的熱電偶的熱電勢(shì)；以及計(jì)算單元，根據(jù)加熱量、熱電勢(shì)基于預(yù)定規(guī)則計(jì)算得到試樣的導(dǎo)熱系數(shù)，其中，當(dāng)試樣放在試樣放置凹槽內(nèi)時(shí)，一個(gè)試樣一側(cè)的端面與加熱板的一側(cè)相貼合，另一個(gè)試樣的端面與加熱板的另一側(cè)相貼合，保溫側(cè)壁和夾緊蓋相貼合。
[0006]在本發(fā)明提供的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置中，也可以具有這樣的特征:其中，板本體為電木板材料。
[0007]在本發(fā)明提供的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置中，也可以具有這樣的特征:其中，保溫側(cè)壁為聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料。
[0008]在本發(fā)明提供的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置中，也可以具有這樣的特征:其中，保溫側(cè)壁上為三元乙丙保溫材料。
[0009]在本發(fā)明提供的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置中，也可以具有這樣的特征:其中，加熱板為鋅銅材料。
[0010]在本發(fā)明提供的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置中，也可以具有這樣的特征:其中，電勢(shì)測(cè)量器件為毫伏計(jì)。
[0011]在本發(fā)明提供的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置中，還可以具有這樣的特征:安裝箱，用于放置測(cè)量單元，其中，安裝箱內(nèi)包含用于測(cè)箱內(nèi)溫度的溫度計(jì)。
[0012]本發(fā)明提供了一種使用上述導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量方法，其特征在于，包含以下步驟:步驟一、在放置凹槽內(nèi)撒入一層鋁粉，將與放置凹槽尺寸相匹配的試樣放入放置凹槽內(nèi)，再在試樣的表面撒上鋁粉至所有縫隙填滿并將加熱板蓋上，然后，另一個(gè)試樣同樣放入另一個(gè)放置凹槽中，通過夾緊蓋固定好，最后包上保溫側(cè)壁；
[0013]步驟二、將熱量設(shè)定器件設(shè)定加熱量，然后，通過調(diào)節(jié)電偶調(diào)控器件，使一個(gè)熱電偶接入測(cè)量電路，電勢(shì)測(cè)量器件測(cè)得該熱電偶的熱電勢(shì)，再調(diào)節(jié)電偶調(diào)控器件使另一個(gè)熱電偶接入測(cè)量電路，電勢(shì)測(cè)量器件測(cè)得另一個(gè)熱電偶的熱電勢(shì)，重復(fù)上述操作，測(cè)得所有熱電偶的熱電勢(shì)；
[0014]步驟三、計(jì)算單元根據(jù)測(cè)得的所有熱電偶的熱電勢(shì)和加熱量計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)以及導(dǎo)熱系數(shù)變化曲線。
[0015]發(fā)明的作用與效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明所涉及的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置及其測(cè)量方法，因?yàn)榧訜岚逵蓛?nèi)向外加熱兩個(gè)試樣放置凹槽上的試樣，熱電偶采集試樣的內(nèi)側(cè)與外側(cè)的溫度變化，并且，通過保溫側(cè)壁進(jìn)行保溫，通過熱量設(shè)定器件設(shè)定加熱量，使得加熱板根據(jù)設(shè)定的加熱量進(jìn)行加熱，另夕卜，通過電偶調(diào)控器件選擇對(duì)應(yīng)的熱電偶與測(cè)定電路連通，電勢(shì)測(cè)量器件對(duì)應(yīng)測(cè)量熱電偶的熱電勢(shì)，然后，計(jì)算單元根據(jù)加熱量和熱電勢(shì)計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)，因此，本發(fā)明的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置及其測(cè)量方法不光能夠測(cè)單種材料，也可測(cè)量夾心材料的導(dǎo)熱系數(shù)，并且具有測(cè)量精度更高且實(shí)用性高的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例中加熱單元的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0019]圖3是本發(fā)明的實(shí)施例中導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的扭軸折彎?rùn)C(jī)控制裝置作具體闡述。
[0021]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]如圖1所示，本實(shí)施例所提供的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置100，用于測(cè)量?jī)蓧K試樣的導(dǎo)熱系數(shù)，采用平板穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱法并且對(duì)稱加熱兩塊試樣的方式并且低電壓、小功率測(cè)量手段進(jìn)行測(cè)量，導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置100包含:加熱單元10、測(cè)量單元20、計(jì)算單元30以及安裝箱40。加熱單兀10設(shè)在安裝箱40上，測(cè)量單兀20設(shè)在安裝箱40里。
[0023]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例中加熱單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]加熱單元10用于安裝并且加熱試樣，包含:試樣放置板11、兩個(gè)夾緊蓋12、保溫側(cè)壁13、加熱板14以及二十個(gè)熱電偶15。
[0025]試樣放置板11呈長(zhǎng)方體狀，含有:板本體(圖中未顯示)、兩個(gè)試樣放置凹槽11a。試樣放置凹槽IIa設(shè)在板本體的兩側(cè)。試樣放置凹槽Ila的形狀尺寸與試樣相對(duì)應(yīng)。在本實(shí)施例中，板本體采用具有絕緣、不產(chǎn)生靜電、耐磨以及耐高溫的電木板制成。
[0026]兩個(gè)夾緊蓋12設(shè)在試樣放置板11的兩側(cè)并且與試樣放置板11可拆卸連接。
[0027]保溫側(cè)壁13位于試樣放置凹槽Ila四周，用于對(duì)加熱單元10進(jìn)行保溫。在本實(shí)施例中，保溫側(cè)壁13采用三元乙丙發(fā)泡板。
[0028]加熱板14夾設(shè)在兩個(gè)試樣放置凹槽Ila之間，用于向放置在試樣放置凹槽Ila中的兩個(gè)試樣進(jìn)行加熱。在本實(shí)施例中，加熱板14面積為:200mm*120mm，并且具有與220v、50Hz、5A的電源相連接的電源線，內(nèi)阻為70Ω左右，表面發(fā)射率為0.42。，當(dāng)試樣放在試樣放置凹槽Ila內(nèi)時(shí)，一個(gè)試樣一側(cè)的端面與加熱板14的一側(cè)相貼合，另一個(gè)試樣的端面與加熱板14的另一側(cè)相貼合，保溫側(cè)壁13和夾緊蓋12相貼合。
[0029]二十個(gè)熱電偶15分為兩組，分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)試樣設(shè)置，分為兩個(gè)通道用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)試樣的內(nèi)側(cè)表面溫度和外側(cè)表面溫度。在本實(shí)施例中，選用銅-康銅熱電偶。通道一熱電偶的回歸式為:t = 0.14701e3-l.29743e2+26.59857e_0.00627，eO = -0.0000004t03+0.0000863t02+0.0372629t0+0.0019944 ;通道二熱電偶的回歸式為:t = 0.14833e3-l.31660e2+26.63548e-0.04877，eO = -0.0000004t03+0.0000871t02+0.0372172t0+0.0035718 ；精度±0.1°C，Δ e由數(shù)字精密毫伏計(jì)直讀，e = eO+Δ e，e0為環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì))。
[0030]測(cè)量單元20包含測(cè)量電路(圖中未顯示)、熱量設(shè)定器件21、電偶調(diào)控器件22、電勢(shì)測(cè)量器件23和溫度計(jì)24。
[0031 ] 熱量設(shè)定器件21連接在電源盒加熱板14的電路之間，用于調(diào)節(jié)輸出出功率即、設(shè)定試樣的加熱量。在本實(shí)施例中，熱量設(shè)定器件21采用PZ200P-5K1型供電電壓220V，輸入電壓O?36V，輸入電流O?2A，量程0.00到72.0Off,精度±5% +2的數(shù)顯單相有功功率表。
[0032]電偶調(diào)控器件22與熱電偶15和測(cè)量電路相連接，用于調(diào)節(jié)選定一個(gè)熱電偶連入測(cè)量電路。
[0033]電勢(shì)測(cè)量器件23與電偶調(diào)控器件22相連接，用于測(cè)定接入測(cè)定電路的熱電偶15的熱電勢(shì)。在本實(shí)施例中，電勢(shì)測(cè)量器件23采用MB4101T型，供電電壓220V，量程0.000到19.999mV,精度±0.005mV的數(shù)字精密毫伏計(jì)。
[0034]計(jì)算單元30根據(jù)加熱量、熱電勢(shì)基于下面的導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算公式計(jì)算得到試樣的導(dǎo)熱系數(shù)，由于是壓緊