[发明专利]高温热物理性能测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种材料高温热导率检测技术领域的装置和测量方法，具体是一种高温热物理性能测量装置及其测量方法。

背景技术

材料的热导率、热容等热物理性能在冶金、化工、电子、建筑、航天等领域中是非常重要的参数。在热加工、通风设计、电子原件的冷却过程中，都需要知道材料的热导率与热容等热物理性能。对于这些过程的数值模拟，热导率及热容也是不可或缺的参数。

目前材料的热导率测试方法有稳态法与瞬态法两类。稳态法是通过待测样本达到两端温度平衡的状态来获得待测样本的热导率。稳态法有原理简单、待测样本制作简单、测量方法简单的优势，然而存在着一次检测只能测某一特定温度点的热导率的问题，并且难以准确实现稳态过程。瞬态法通过测量材料两端面在瞬时热输入条件下的温度以获得材料的热导率。可以用于高温测量，但是对于受温度影响较大的热导率则很难获得准确的测量数据。

材料的热容测试方法分为冷却法和加热法。冷却法是通过将被测待测样本放入量热卡计中，通过待测样本与标准物质进行换热从而测得待测样本的热容。然而在降温过程中如果出现相变则此方法不适用。加热法通过在绝热卡计内以一定功率加热被测待测样本，通过读取待测样本温度获得待测样本的热容。加热法的限制由绝热能力造成。目前的绝热层在500℃以上的绝热能力不足，很难测量到高温状态下的热容。

经过对现有技术的检索发现，现有的热导率及热容测试方法集中于测量稳态或瞬态温度，并直接将测得温度通过热导率及热容的简化计算公式求得。如中国专利CN101126729A提供了用双热流计测量热导率的技术，中国专利CN101620192A提供了一种测量薄膜热导率的测试结构，中国专利CN101354365A提供了一种测量热容用的绝热量热计。以上发明能够对热导率以及热容做出较为准确的测量，但是所测待测样本必须为致密块状或薄膜状，并且对绝热层的要求较高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种材料的高温热物理性能测量装置及其测量方法，克服现有的热导率、热容测试方法的不足，能够同时测量被测材料在多个温度点条件下的热导率及热容。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种高温热物理性能测量装置，包括：相互连接的检测模块与计算模块；其中：

所述的检测模块包括：2个K型热电偶、数据采集卡、温度采集单元和测试容器，其中：两个K型热电偶的测量端分别点焊固定于测试容器内壁或者待测样本外表面，第一K型热电偶与第二K型热电偶的另一端连接于数据采集卡的采样通道上，数据采集卡通过USB接口与温度采集单元相连并传输待测样本处于不同时刻的温度数据，温度采集单元生成降温曲线数据并输出至计算模块。

所述的K型热电偶采用0.5mm直径的K型热电偶，短期使用温度上限为900℃。

所述的数据采集卡的最高采样率高于0.5次/秒。

所述的测试容器采用不锈钢圆柱形容器，容器的高度及直径范围应在80mm-200mm，壁厚不得超过1mm。

所述的计算模块包括：温度数据待测样本、有限元计算单元和模式搜索法单元，其中：检测模块根据温度采集单元输出的降温曲线数据经筛选后制作成温度数据待测样本并输出至计算模块，计算模块通过有限元计算单元与模式搜索法单元联合计算，获得测试待测样本降温曲线所对应的不同温度热导率及热容数据。

本发明涉及上述装置的测量方法，包括以下步骤：

第一步、对待测样本进行预处理后加热待测样本并测量温度，当待测样本温度达到稳定状态后，将待测样本通过钢丝悬空设置，并通过K型热电偶和数据采集卡记录下待测样本从电炉中取出直到降温至室温的降温温度曲线；

所述的待测样本预处理是指：对于颗粒状待测样本则置于测试容器内，所加入的待测样本量必须充满测试容器；对于致密体待测样本则加工成直径大于等于80mm且高度大于等于15mm的圆柱体，并在圆柱体待测样本的横截面0°、90°、180°、270°位置沿圆柱体高度方向开槽，槽的尺寸为3mm×3mm。

所述的加热待测样本并测量温度是指：首先固定待测样本，然后开启温度采集单元并对待测样本加热，同时通过温度采集单元中读取到的温度读数判定待测样本是否达到温度稳定状态。

所述的记录的频率高于0.5次/秒。