[发明专利]一种棒体材料导热系数测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种棒体材料导热系数测量装置，包括装置部分与监测控制部分；装置部分用来安装待测棒体材料，通过监控部分实现待测棒体材料导热系数的测量；其特征在于：

装置部分包括隔热结构、安装平台、主加热器、热保护组件、散热器与制冷器；在安装平台上设置有顶部封闭的筒状隔热结构；隔热结构底端面与安装平台贴合，使隔热结构内部形成密封的用来放置待测棒体材料与标准试样的空腔；隔热结构内部顶面上固定安装有主加热器，主加热器用来对待测棒体材料高温端加热；主加热器的加热面上安装有加热垫片，用来将主加热器产生的热量在加热垫片底面形成均一的温度，使待测棒体材料上部体积内热流均匀；制冷器固定安装在安装平台上，制冷器与隔热结构内部顶面相对，制冷器通过安装在安装平台底面上的散热片进行散热；

所述热保护组件包括辅加热器和热保护垫片；热保护垫片为筒状结构，设置在隔热结构内部周向上，热保护垫片顶端面与待测棒体材料高温端的测温点所在水平平面共面，底端面与待测棒体材料低温端的测温点所在水平平面共面；所述待测棒体材料高温端的测温点与待测棒体材料低温端的测温点均选取在待测棒体材料外壁周向上；热保护垫片外壁上安装有辅加热器；

所述监控部分包括控制模块、可控硅调功模块、温度采集模块、监测模块与控制。其中，控制模块用来向可控硅调功模块发送主加热器与辅加热器的功率控制信号，从而控制可控硅调功模块调节主加热器与辅加热器的输出功率；所述温度采集模块实时采集待测棒体材料与标准试样上的各测温点的温度数据，并通发送给监测模块；监控模块用来对接收的温度数据进行显示、保存，且根据测量装置整体达到热平衡时接收到的各个测温点的温度数据，以及在监测模块中输入的环境温度与主加热器额定功率得出待测棒体材料的导热系数。

2.如权利要求1所述一种棒体材料导热系数测量装置，其特征在于：所述隔热结构为尼龙材料。

3.如权利要求1所述一种棒体材料导热系数测量装置，其特征在于：所述制冷器为半导体制冷片。

4.如权利要求1所述一种棒体材料导热系数测量装置，其特征在于：所述辅加热器至少为2个，均匀分布在热保护垫片外部周向上。

5.如权利要求1所述一种棒体材料导热系数测量装置，其特征在于：所述隔热结构内径与待测棒体材料与标准试样的内径相等，且主加热器嵌入在隔热结构内部顶面中，使主加热器底面与隔热结构内部顶面齐平；制冷器嵌入在安装平台内部，使制冷器顶面与安装平台顶面齐平；加热垫片与隔热结构内部横截面形状相同。

6.如权利要求1所述一种棒体材料导热系数测量装置，其特征在于：所述隔热结构与待测棒体材料、标准试样间涂抹有导热硅脂。

7.如权利要求1所述一种棒体材料导热系数测量装置，其特征在于：所述待测棒体材料高温端的测温点所在水平平面与待测棒体材料顶端面垂直距离为10mm～0.5L；待测棒体材料低温端的测温点所在水平平面与待测棒体材料底端面垂直距离为5mm～0.5L；L为待测材料棒体的长度。

8.如权利要求1所述一种棒体材料导热系数测量装置，其特征在于：所述热保护垫片与待测棒体材料侧壁间隔热结构的厚度为15mm～25mm。

9.如权利要求1所述一种棒体材料导热系数测量装置，其特征在于：所述隔热结构分为内隔热层、外隔热层和隔热上盖，内隔热层为筒状结构，将热保护垫片套接在内隔热层外壁周向上；外隔热层同样为筒状结构，外隔热层的内径与内隔热层的外径相等，通过将外隔热层套接在内隔热层外部，从而将热保护组件在内隔热层与外隔热层间定位；内隔热层1011与外隔热层高度相等，通过隔热上盖将内隔热层顶端与外隔热层顶端固定，实现内隔热层与外隔热层间的定位。

10.基于上述导热系数测量装置的测量方法，其特征在于：通过下述步骤来完成：

步骤1：设置待测棒状材料与标准试样；

将待测棒状材料放置在隔热结构内部，将一个与待测棒体材料横截面均相同的标准试样置于待测棒体材料下部；标准试样的长度可以与待测棒体材料长度相同，且标准试样的导热系数与待测棒体材料的导热系数间相差1个数量级范围内；待测棒体材料高温端紧贴加热垫片，低温端与标准试样高温端贴合，标准试样低温端与安装平台上的制冷器贴合；将隔热结构底端与安装平台固定；

步骤2：装置部分与监控部分的连接；

在待测棒体材料高温端处选取一个测温点a，在待测棒体材料低温端处选取一个测温点b，同样在标准试样高温端外壁上选取一个测温点c，在标准试样低温端处外壁上选取一个测温点d，测温点a、测温点b、测温点c与测温点d通过导线穿过隔热结构上的走线孔与监控部分中的温度采集模块相连；并且通过导线穿过隔热结构上的走线孔将主加热器与辅加热器以及监控部分中的可控硅调功模块相连；

步骤3：加热待测棒体材料；

当待测棒体材料的导热系数估计值为已知时，通过控制模块向可控硅调功模块发送功率控制信号，控制可控硅调功模块将主加热器的功率调节为最大值，直至待测棒体材料高温端处的测温点a的温度值达到估计值，通过控制模块向可控硅调功模块发送功率控制信号，控制可控硅调功模块将主加热器的功率调节为额定功率，直至测温点a的温度不变；当待测棒体材料的导热系数估计值为未知时，则通过控制模块向可控硅调功模块发送功率控制信号，控制可控硅调功模块将主加热器的功率调节为额定功率，直至测温点a的温度不变；

上述过程中，通过控制模块控制可控硅调功模块实时调整辅加热器的功率，始终控制热保护垫片的温度值保持在测温点a处温度与测温点b处温度的平均值；

步骤4：待测棒体材料的导热系数测量；

在监测模块中输入主加热器的额定功率与环境温度，并且通过监测模块在测温点a的温度不变时接收到的测温点a、测温点b、测温点c与测温点d的温度，得到待测棒体材料的导热系数λ_b为：

λb=λstc-tbta-tbΔxabΔxcd]]>

式中，λ_s为标准试样的导热系数；t_a、t_b、t_c、t_d分别为测温点a、b、c、d处的温度，Δx_ab为测温点a、b间距离，Δx_cd为测温点c、d间距离。