本發(fā)明專利技術(shù)在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ASTMD5470基礎(chǔ)上提出了一種上下恒溫溫度修正測(cè)固-固接觸熱阻的方法，通過對(duì)測(cè)試件進(jìn)行多點(diǎn)恒溫采用高精度溫度傳感器進(jìn)行上下恒定溫度參數(shù)辨識(shí)消去各溫度傳感器的誤差項(xiàng)和熱損失誤差，結(jié)合可控溫?zé)彷椛浞垒椛淦羴砑拜o助措施減小橫向熱流損失，來達(dá)到高精度測(cè)試試件的熱物性參數(shù)的目的，本方法可高精度的測(cè)量同種材料及不同種材料間的界面接觸熱阻。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于測(cè)試
，具體涉及一種固-固接觸熱阻測(cè)試方法，特別是一種上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)固-固接觸熱阻。
技術(shù)介紹
接觸熱阻是一個(gè)受材料物性、機(jī)械特性、表面形貌、接觸壓力、溫度、間隙材料等眾多因素影響的參數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)熱流是否穩(wěn)定，一般把接觸熱阻測(cè)量方法分為瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法。瞬態(tài)法也是一種常用的接觸熱阻實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，其主要包括激光光熱測(cè)量法、熱成像法、“ flash”閃光法、激光光聲法等，其中激光光熱測(cè)量法又包含調(diào)制光熱法和熱掃描法，調(diào)制光熱法又有光熱幅值法、光熱相位法和脈沖法之分。雖然各種瞬態(tài)法雖宜于快速測(cè)量且可測(cè)量小到納米數(shù)量級(jí)的薄膜，但其測(cè)量過程易受各種因素影響，且公式推導(dǎo)相對(duì)復(fù)雜，測(cè)量精度也較難保證。因此，界面接觸熱阻測(cè)量方法最常用的是穩(wěn)態(tài)法在兩接觸樣品上維持 一定的溫差，測(cè)量?jī)蓸悠份S向上的溫度值，再由傅里葉定律外推至接觸界面處從而得到界面上的溫差；熱流量可由熱流量計(jì)測(cè)量或由樣品材料的熱導(dǎo)率和溫度梯度計(jì)算得到，從而R= I T1-T2 I /Q0穩(wěn)態(tài)接觸熱阻測(cè)試方法多是和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ASTMD5470-06的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備相類似，但多有文獻(xiàn)指出由于溫度測(cè)量的不確定性誤差和熱損失誤差很難保證對(duì)界面接觸熱阻有足夠高的測(cè)量精度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提一種上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)固-固接觸熱阻。實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)目的的技術(shù)解決方案是一種上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)固-固接觸熱阻，包括以下具體步驟第一步，測(cè)試設(shè)備的準(zhǔn)備和測(cè)試試樣測(cè)試點(diǎn)的選取加工出兩試樣，將試樣豎直同軸夾裝在兩個(gè)上下對(duì)稱設(shè)置的制冷加熱套之間，在兩制冷加熱套上設(shè)置有應(yīng)力加載裝置，所述的試樣上設(shè)置有溫度傳感器，溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，用于測(cè)試試樣的軸向溫度；試樣上測(cè)試點(diǎn)之間的位置滿足如下關(guān)系每個(gè)試樣從下端面到上端面之間均設(shè)置n個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)試樣上的相鄰兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間的軸向距離相等，測(cè)試點(diǎn)之間的距離為dx ；第二步，加載壓應(yīng)力，正向?qū)υ嚇蛹訜釋?duì)兩試樣軸向的一端加熱，另一端冷卻，試樣溫度達(dá)到穩(wěn)定后開始采集測(cè)試溫度；所述的測(cè)試溫度包括各試樣上n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度Ti, ji=l,......n，n為試樣上測(cè)試點(diǎn)數(shù)目，j=l，2分別表示兩不同的試樣；第三步，測(cè)試點(diǎn)測(cè)量溫度的修正在做好充分的絕熱條件下，對(duì)試樣的兩端同時(shí)設(shè)定同一個(gè)恒定溫度，試樣溫度達(dá)到穩(wěn)定后開始采集測(cè)試溫度；所述的測(cè)試溫度包括試樣上n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度, i = l-......n,n為試樣上測(cè)試點(diǎn)數(shù)目；對(duì)步驟二中所采集的n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度測(cè)量范圍根據(jù)精度需要進(jìn)行上述的多恒定溫度點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行試樣上n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度采集，并把試樣上各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度與所設(shè)定的恒定溫度進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)分析，進(jìn)行線性擬合或多元擬合成相關(guān)函數(shù)；第四步，接觸熱阻R的計(jì)算把第三步的相關(guān)函數(shù)對(duì)步驟二中采集的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度進(jìn)行求解得到一修正溫度1 i=l ......n,n為試樣上測(cè)試點(diǎn)數(shù)目；進(jìn)而在忽略熱流損失的情況下，可較高精度的計(jì)算得到試樣的接觸熱阻R。為較高精度的計(jì)算得到熱流量，也可在測(cè)試試樣兩端或任意一端軸向加設(shè)同樣截面尺寸的標(biāo)準(zhǔn)熱流量計(jì)。所述的溫度傳感器采用熱電偶、熱電阻、PT100或PT25。 同現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)所述的一種上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)固-固接觸熱阻采用上下雙向熱流的對(duì)稱測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行上下恒定溫度基本消除熱損失和溫度傳感器的誤差項(xiàng)，且可在保證較高的精度前提下能快速的測(cè)定接觸熱阻。為了便于深入了解本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)內(nèi)容以及所能達(dá)成有益效果，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。附圖說明圖I為本專利技術(shù)一種上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)固-固接觸熱阻的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本專利技術(shù)的系統(tǒng)測(cè)試原理圖；圖3為本專利技術(shù)中測(cè)試試件I的示意圖；圖4為采用本專利技術(shù)方法的上下恒定溫度后的溫度偏差同恒定溫度的關(guān)系圖。圖5為采用本專利技術(shù)方法的上下恒定溫度后的擬合函數(shù)的相關(guān)參數(shù)。圖6為本專利技術(shù)方法修正后的接觸熱阻與熱流量的關(guān)系圖。具體實(shí)施例方式因此，為解決上述問題，本專利技術(shù)在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ASTM D5470基礎(chǔ)上提出了一種上下恒溫溫度修正測(cè)固-固接觸熱阻的方法，通過對(duì)測(cè)試件進(jìn)行多點(diǎn)恒溫采用高精度溫度傳感器進(jìn)行上下恒定溫度參數(shù)辨識(shí)消去各溫度傳感器的誤差項(xiàng)和熱損失誤差，結(jié)合可控溫?zé)彷椛浞垒椛淦羴砑拜o助措施減小橫向熱流損失，來達(dá)到高精度測(cè)試試件的熱物性參數(shù)的目的，本方法可高精度的測(cè)量同種材料及不同種材料間的界面接觸熱阻。在圖I中，本專利技術(shù)公開了一種高精度熱界面材料的測(cè)試裝置，該裝置為上下正反雙向熱流測(cè)試的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括控制系統(tǒng)、支架3、第一滾珠套筒4-1、第二滾珠套筒4-2、滑動(dòng)螺桿5、定向鋼球和壓力傳感器6、輔助加熱器7、真空罩9、試件測(cè)試區(qū)10、應(yīng)力加載裝置、真空抽放氣口 13、進(jìn)出水口 14、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、密封底盤16，支撐板17，水平調(diào)節(jié)桿20和加熱絲21 ;其特征在于應(yīng)力加載裝置由液壓缸11和壓力動(dòng)力源12組成，液壓缸11位于壓力動(dòng)力源12的上方；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由溫度傳感器、密封數(shù)據(jù)接頭15組成，溫度傳感器通過導(dǎo)線與密封數(shù)據(jù)接頭15相連；控制系統(tǒng)由可控溫防輻射屏2、加熱制冷套I和控制防輻射屏加熱絲R2組成；試樣測(cè)試區(qū)10包括測(cè)試試件，其中定向鋼球和壓力傳感器6、支架3、支撐板17和加熱制冷套I上下對(duì)稱，定向鋼球和壓力傳感器6固定在支撐板17中心位置，應(yīng)力加載裝置通過支架3定位并和定向鋼球以及壓力傳感器6接觸，為試樣加載應(yīng)力，第一滾珠套筒4-1設(shè)置在滑動(dòng)螺桿5的上下兩端與支撐板17固定，第二滾珠套筒4-2設(shè)置在滑動(dòng)螺桿5的底部并與支架3固定，輔助加熱器7位于支撐板17和加熱制冷套I之間，試樣測(cè)試區(qū)10位于上下對(duì)稱的兩個(gè)加熱制冷套I之間，兩個(gè)可控溫防輻射屏2位于試樣測(cè)試區(qū)10的外部，真空罩9位于整個(gè)裝置的外部固定于密封底盤16上，滑動(dòng)螺桿5固定于密封底盤16的上部，真空抽放氣口 13、進(jìn)出水口 14和密封數(shù)據(jù)接頭15均設(shè)置在密封底盤16上，液壓缸11貫穿密封底盤16的中心，密封底盤上設(shè)置有四組水平調(diào)節(jié)桿20。圖2為本專利技術(shù)的測(cè)試原理示意圖，在進(jìn)行測(cè)試過程中，根據(jù)熱流量計(jì)和試件上的溫度傳感器測(cè)量溫度由控制系統(tǒng)調(diào)控防輻射屏上的加熱裝置和試件近似的溫度梯度以此來減小熱量損失。在上下制冷加熱套的位置也相應(yīng)布置有輔助加熱器來調(diào)控和加熱源近似的溫度來減小熱損失。在圖3中，本專利技術(shù)中插裝有溫度傳感器的測(cè)試試件I的主視圖，在該試件上插裝有位置上下對(duì)稱度有嚴(yán)格要求的3組溫度傳感器，相鄰傳感器之間距離為25mm，接觸界面至第一個(gè)傳感器位置的距離為2_。試件可加工成圓柱形或者長(zhǎng)方體形，溫度傳感器的插裝孔 有嚴(yán)格的位置精度和形狀精度要求。在插裝溫度傳感器前對(duì)加工試件進(jìn)行丙酮、異丙酮和超聲波清洗。溫度傳感器為等距排列，溫度傳感器的探頭是通過焊接或?qū)岣嗾辰Y(jié)插裝孔里。本專利技術(shù)公開了一種上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)定一對(duì)銅合金材料試件之間接觸熱阻的方法，其測(cè)試步驟如下第一步，測(cè)試設(shè)備的準(zhǔn)備和測(cè)試試樣測(cè)試點(diǎn)的選取如圖I和圖2所示，可根據(jù)已知材料的導(dǎo)熱系數(shù)制作出兩標(biāo)準(zhǔn)材料(本實(shí)施例采用99. 999%的純銅)熱流量計(jì)，加工出兩銅合金材料試件，將試件豎直安裝在兩個(gè)上下對(duì)稱設(shè)置的制冷加熱套之間，在兩制冷加熱套上設(shè)置有應(yīng)力加載裝置，所述的試件上設(shè)置有溫度傳感器，溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，用本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)固？固接觸熱阻，其特征在于所述方法包括以下具體步驟：第一步，測(cè)試設(shè)備的準(zhǔn)備和測(cè)試試樣測(cè)試點(diǎn)的選取：加工出兩試樣，將試樣豎直同軸夾裝在兩個(gè)上下對(duì)稱設(shè)置的制冷加熱套之間，在兩制冷加熱套上設(shè)置有應(yīng)力加載裝置，所述的試樣上設(shè)置有溫度傳感器，溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，用于測(cè)試試樣的軸向溫度；試樣上測(cè)試點(diǎn)之間的位置滿足如下關(guān)系：每個(gè)試樣從下端面到上端面之間均設(shè)置n個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)試樣上的相鄰兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間的軸向距離相等，測(cè)試點(diǎn)之間的距離為dx；第二步，加載壓應(yīng)力，正向?qū)υ嚇蛹訜幔簩?duì)兩試樣軸向的一端加熱，另一端冷卻，試樣溫度達(dá)到穩(wěn)定后開始采集測(cè)試溫度；所述的測(cè)試溫度包括各試樣上n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度Ti，ji=1，······n，n為試樣上測(cè)試點(diǎn)數(shù)目，j=1，2分別表示兩不同的試樣；第三步，測(cè)試點(diǎn)測(cè)量溫度的修正：在做好充分的絕熱條件下，對(duì)試樣的兩端同時(shí)設(shè)定同一個(gè)恒定溫度，試樣溫度達(dá)到穩(wěn)定后開始采集測(cè)試溫度；所述的測(cè)試溫度包括試樣上n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度n為試樣上測(cè)試點(diǎn)數(shù)目；對(duì)步驟二中所采集的n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度測(cè)量范圍根據(jù)精度需要進(jìn)行上述的多恒定溫度點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行試樣上n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度采集，并把試樣上各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度與所設(shè)定的恒定溫度進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)分析，進(jìn)行線性擬合或多元擬合成相關(guān)函數(shù)；第四步，接觸熱阻R的計(jì)算：把第三步的相關(guān)函數(shù)對(duì)步驟二中采集的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度進(jìn)行求解得到一修正溫度n為試樣上測(cè)試點(diǎn)數(shù)目；進(jìn)而在忽略熱流損失的情況下，可較高精度的計(jì)算得到試樣的接觸熱阻R。FDA00001983696600011.jpg,FDA00001983696600012.jpg...
【技術(shù)特征摘要】
1.ー種上下恒溫參數(shù)辨識(shí)法測(cè)固-固接觸熱阻，其特征在于所述方法包括以下具體步驟 第一歩，測(cè)試設(shè)備的準(zhǔn)備和測(cè)試試樣測(cè)試點(diǎn)的選取 加工出兩試樣，將試樣豎直同軸夾裝在兩個(gè)上下對(duì)稱設(shè)置的制冷加熱套之間，在兩制冷加熱套上設(shè)置有應(yīng)カ加載裝置，所述的試樣上設(shè)置有溫度傳感器，溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，用于測(cè)試試樣的軸向溫度； 試樣上測(cè)試點(diǎn)之間的位置滿足如下關(guān)系每個(gè)試樣從下端面到上端面之間均設(shè)置n個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)試樣上的相鄰兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間的軸向距離相等，測(cè)試點(diǎn)之間的距離為dx ； 第二步，加載壓應(yīng)力，正向?qū)υ嚇蛹訜? 對(duì)兩試樣軸向的一端加熱，另一端冷卻，試樣溫度達(dá)到穩(wěn)定后開始采集測(cè)試溫度；所述的測(cè)試溫度包括各試樣上n個(gè)測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量溫度Ti, ji=l,......n, n為試樣上測(cè)試點(diǎn)數(shù)目，j=l，2分別表示兩不同的試樣； 第三步，測(cè)試點(diǎn)測(cè)量溫度的修正 在做好充分的絕熱條件下，對(duì)試樣的兩端同時(shí)設(shè)定同一個(gè)恒定溫度，試樣溫度達(dá)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宣益民，張平，李強(qiáng)，徐德好，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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