[发明专利]一种固体材料的导热系数的测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及涉及材料导热系数测试技术领域，尤其涉及一种固体材料的导热系数测量装置。 

背景技术

评价材料绝热性能的物理参数就是材料本身的导热率，它的倒数决定了材料的热阻，这是一个热物性参数，这个参数对于评价材料的绝热性能具有决定性作用；导热系数作为物质的重要物理参数，在化工、材料、能源、动力和制冷工程等领域有着重要的用途，是许多工业流程和产品设计中必不可少的基础数据。随着现代工业的快速发展，固体材料的导热系数测量，日益受到人们的重视。 

物质的导热系数可以通过实验测量、理论推算或计算机模拟等方法来获得，但目前仍然以实验测量为主。根据导热系数的实验测量原理，其测量方法大致可以分为稳态法和非稳态法。 

稳态法是指当试样上的温度分布达到稳定后，即试样内的温度分布是不随时间变化的稳定的温度场，通过测定流过试样的热量和温度梯度等参数来确定试样的导热系数的方法。稳态法的特点是实验原理简单，然而该稳态法需要准确的一维热流，通常需要附设热补偿装置；同时需要布置多个温度测点来获取均匀的温度分布；因此实验装置的电气控制和调节线路比较复杂；此外在准备所需要的测量工况和进行实验，都比较耗时且对环境要求比较苛刻，稳态法主要包括有保护平板法、热流计法、圆管法等。非稳态法是指实验测量过程中试样温度随时间变化，通过测量试样内某些点的温度变化情况以及其他相关参数，从而确定试样的导热系数的方法；这种方法测量时间短，精确性较高，对环境要求低，但也由于受到测量方法本身的限制，多用于测量导热系数趋于常数的物质，主要有瞬态热线法、 热带法、常功率热源法、激光闪烁法等。 

瞬态热带法与瞬态热线法的测量原理非常类似，取两块尺寸相同的待测样品，在两者间夹入一条很薄的金属片，即为热带，在热带上施加恒定的加热功率，作为恒定热源，热带的温度变化可以通过测量热带上电阻的变化获得，也可以直接用热电偶测得。进一步可以获取热带上温度和时间的变化关系，根据其原理关系式就可以获得导热率。这种方法使热带可以很好的与待测材料接触，同时，与比热线法相比能够更好的测量固体材料的导热率，热线法主要用于测量气体或者液体材料导热率方面有比较大的优势。 

热带法测量导热系数所用的热带横截面尺寸为4×0.008mm²，其所选用的金属材料的电阻率为5×10^-3，待测材料的尺寸为80×50×15mm³。为了使待测材料和热带之间有很好的热接触，需要在它们接触面添加一些粘度比较低的油，另外，在热带法基础上出现的瞬态热桥法，即以八个电阻构成惠斯通电桥的形式分布，把原来热带法的温度与时间关系换算成易于测量的电压和时间的关系，利用恒流源来对整个电路进行加热。但该方法在测量过程中采用假设系统总功率不变的前提，得到的理论体系以及相应的恒流测量方案都是错误的。 

总之，目前本领域技术人员迫切需要发展出一种能够操作简单、且可以选用不同方式精确测量固体材料的导热系数的仪器。 

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、并能够采用不同模式精确测量固体材料的导热系数和热扩散系数的的测量装置。 

为达到上述目的，本发明公开了一种固体材料的导热系数的测量装置，包括，加热片，该加热片包括：并列分布的第一热带、第二热带、第三热带；该第一热带和第三热带分别包括一个矩形槽，该第二热带包括两个矩形槽，所述每个矩形槽均为镍材料制备，且以惠斯通电桥的形式电连接，所述四个矩形槽等效为四个电阻，并分别作为所述惠斯通电桥的四个臂； 

电源，用于为该加热片中相对的两个节点提供恒定的能量； 

数据采集系统，连接于所述加热片，并用于采集所述加热片中其它两个相对的节点的电压和温度变化，以及获得该待测材料的导热系数。 

进一步地，所述第二热带包括的两个矩形槽外壁的间距为0.2±0.1mm。 

进一步地，所述矩形槽的长为100±10mm、内壁间距为0.2±0.1mm、深度为20±10μm、内壁和邻近的外壁的厚度为0.4±0.2mm。 

进一步地，所述电源为恒流、恒压、或恒功率的电源。 

进一步地，所述第一矩形槽的等效阻值为R＝3Ω。 

进一步地，所述待测材料长度大于或等于130mm、宽度大于或等于70mm。 

进一步地，所述装置还包括用于使待测材料与加热片密切接触的附加物。 

为达到上述目的，本发明还公开了一种固态材料的导热系数测量方法，包括：包括： 

将上述的加热片放置于两个待测材料中间；