一種固體材料熱擴散系數測量裝置及其測量方法制造方法及圖紙

一種固體材料熱擴散系數測量裝置及其測量方法，涉及固體材料熱物性的測量技術領域。固體材料熱擴散系數測量裝置，包括加熱裝置、加載裝置、紅外探測器、計算機控制與采集系統、步進電機控制系統和壓力顯示裝置；加載裝置設于加熱裝置的正上方，設有支撐板、施力板、連接件、測試孔和壓力傳感器；加載裝置設有至少3個對稱分布的連接件，連接件上端與施力板固定連接，連接件下端與支撐板固定連接。在每個連接件底部均有個壓力傳感器，施力板和支撐板的中心均設有測試孔；紅外探測器設于加載裝置正上方；計算機控制與采集系統信號輸入端接紅外探測器信號輸出端；壓力顯示裝置信號輸入端分別與各壓力傳感器信號輸出端電連接。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及固體材料熱物性的測量
，尤其是涉及一種基于激光閃射法的固體材料熱擴散系數的測量裝置及其測量方法。
技術介紹
在同一溫度下，材料的熱導率為熱擴散系數、密度以及比熱容的乘積。比熱容和密度是材料本身的屬性，測試方法已經非常成熟，因而，只要測出材料的熱擴散系數，就可以確定熱導率。熱擴散系數表征了材料的熱量傳輸的能力，在材料、能源、建筑、航空、化工、制冷工程等領域中都有著重要的用途，尤其在工程中的熱工設計，系統安全分析方面有著廣泛的應用。其測試方法也一直是研究熱點之一。其中激光閃光法的樣品用量少、測試速度快、準確度高、溫度范圍寬、熱擴散系數測試范圍廣，已成為測量熱擴散系數的常用方法。用該方法測量樣品的熱導率時，熱擴散系數與樣品厚度的平方成正比。目前，對于多層薄膜的熱擴散系數的測量存在困難。在東華大學的公開號為CN101251502A的專利技術專利“紡織品導熱、熱擴散系數和體積熱容的測量裝置和方法”中，提出了一種對于單層厚度為200um的多層樣品測量時用有機玻璃作為施壓裝置，使層與層之間接觸良好的方法。該方法解決了一些問題，但也存在著不足:該專利技術裝置僅適用于大尺度樣品的熱擴散系數的測量，精確度很低，不適用于測量材料的屬性。在文獻“高壓處理對Cu-50.84Cr-0.48A1合金熱擴散系數和熱膨脹性能的影響”中提出了通過六面頂壓機先對樣品進行加壓處理后再測熱擴散系數，該方法可以用來探究壓力對于樣品熱物性的影響，但略顯不足:對壓力的調控不能實時進行，所以每一次改變壓力值都必須重新制備樣品，不僅對研究進度有很大的影響，而且也提高的研究成本。
技術實現思路
本專利技術的的目的是提供一種可有效預防由于在測試過程中多層樣品之間產生的空氣層對實驗結果的影響，使得測試結果重復性好，準確度高，而且可廣泛適用于不同厚度以及負載要求的熱擴散系數的測試裝置及方法。為實現上述目的，本專利技術的技術方案如下:—種固體材料熱擴散系數測量裝置，包括加熱裝置、加載裝置2、紅外探測器、計算機控制與采集系統、步進電機控制系統和壓力顯示裝置；加熱裝置采用紅外激光加熱裝置，加熱裝置的紅外激光軸線與加載裝置的軸線重合；加載裝置設于加熱裝置的正上方，設有支撐板、施力板、連接件、測試孔和壓力傳感器；加載裝置設有至少3個對稱分布的連接件，連接件上端與施力板固定連接，連接件下端與支撐板固定連接。在每個連接件底部均有個壓力傳感器，施力板和支撐板的中心均設有測試孔；紅外探測器設于加載裝置正上方，紅外探測器與加載裝置和加熱裝置同軸；計算機控制與采集系統信號輸入端接紅外探測器信號輸出端；壓力顯示裝置信號輸入端分別與各壓力傳感器信號輸出端電連接。所述加熱裝置采用的波長可為1064nm。所述連接件最好為立桿；所述施力板和支撐板最好為水平圓柱板。所述壓力傳感器最好內嵌于連接件底部。一種固體材料熱擴散系數測量方法，采用上述測量裝置，包括如下步驟:1)制備樣品根據要求制出符合尺寸要求和層數要求的待測樣品，對樣品下表面和上表面均勻噴墨，增強對光的吸收，并測量樣品的厚度；1)加載將樣品疊放整齊后放入加載裝置中，根據要求設定壓力值，使每一層之間達到良好的接觸；2)測量將樣品放入施力板與支撐板之間，確保測試孔不漏光，然后通過編程施加預設載荷，夾緊樣品，將加熱裝置、加載裝置和紅外探測器軸線調整重合，使加熱裝置對樣品的下表面進行加熱，同時在樣品一側通過紅外探測器將入射的紅外輻射信號轉換為電信號輸出，即可得到電壓對時間的曲線，反映出溫度對時間的變化關系；3)數據處理根據公式α = 0.1388*d2/t5。計算出樣品的熱擴散系數；式中，α為熱擴散系數；d為樣品的厚度；t50為半升溫時間。與現有技術比較，本專利技術的有益效果如下:本專利技術工作時，待測樣品置于加熱裝置上，加熱裝置發出的光直接與樣品接觸加熱，以及紅外探測器可直接監測樣品上表面的溫場變化。壓力傳感器與壓力顯示裝置用于傳感及顯示當前施加于樣品上的載荷大小。紅外探測器用于探測樣品上表面的溫場變化。在測試開始前，輸入樣品厚度，通過軟件編程，系統會輸出電壓隨時間變化的曲線，并得到半升溫時間，通過熱擴散系數與半升溫時間之間的關系得到樣品的熱擴散系數值。測試開始后，調整加熱裝置、加載裝置、紅外探測器的位置，使三者的軸線重合，打開加熱裝置對樣品下表面進行短暫加熱，隨后熱量會沿著一維方向向樣品的上表面傳輸，通過紅外探測器對樣品上表面的溫場進行實時監測，并將數據采集到電腦中，通過電腦軟件得到電壓隨時間變化的曲線，同時可根據需要調節加載裝置對樣品進行不同載荷情況下的熱測量。測試中，可根據載荷需求通過步進電機控制系統進行編程設定，從而控制連接件的長度，達到改變載荷的目的，壓力傳感器與壓力顯示裝置用于實時傳感顯示當前壓力，便于隨時調整。本專利技術提供了一種適用于多層樣品的加載裝置，該加載裝置可對所測的多層樣品施加載荷，使層與層之間達到良好的接觸，通過實時改變載荷大小，可以研究樣品的熱擴散系數與負載之間的關系。本專利技術可廣泛適用于用光與樣品接觸來測得樣品參數的測試方法，將需要測量的多層樣品制成要求的形狀和尺寸，通過加載裝置施加載荷，使樣品之間接觸良好，最后進行參數測量?！靖綀D說明】圖1為本專利技術實施例所述測量裝置的結構組成示意圖；圖2為本專利技術實施例所述測量裝置中的加載裝置的結構示意圖；圖3為采用本專利技術實施例所述測量裝置對80層鋁箔紙樣品在90°C、120°C、150°C下各重復測量5次得到的熱擴散系數對溫度的散點圖。【具體實施方式】參見圖1和2，本實施例所述測量裝置包括加熱裝置1、加載裝置2、紅外探測器3、計算機控制與采集系統4、步進電機控制系統5、壓力顯示裝置6，其中:加熱裝置1采用的是波長為1064nm當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種固體材料熱擴散系數測量裝置，其特征在于，包括加熱裝置、加載裝置、紅外探測器、計算機控制與采集系統、步進電機控制系統和壓力顯示裝置；加熱裝置采用紅外激光加熱裝置，加熱裝置的紅外激光軸線與加載裝置的軸線重合；加載裝置設于加熱裝置的正上方，設有支撐板、施力板、連接件、測試孔和壓力傳感器；加載裝置設有至少3個對稱分布的連接件，連接件上端與施力板固定連接，連接件下端與支撐板固定連接；在每個連接件底部均有個壓力傳感器，施力板和支撐板的中心均設有測試孔；紅外探測器設于加載裝置正上方，紅外探測器與加載裝置和加熱裝置同軸；計算機控制與采集系統信號輸入端接紅外探測器信號輸出端；壓力顯示裝置信號輸入端分別與各壓力傳感器信號輸出端電連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭金成，付攀，孫振寧，張宇峰，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：發明
國別省市：福建;35