[发明专利]一种基于稳态法测量块体导热系数的装置

说明书

技术领域

本发明涉及块体热物性测试技术领域。更具体地，涉及一种基于稳态法测量块体导热系数的装置。

背景技术

泡沫绝热材料是一类重要的块状绝热材料，在制备过程中，用发泡剂产生气泡，在绝热材料内部形成许多微小的孔(一般为微米级的封闭孔)，以达到绝热的目的。泡沫绝热材料一般分为泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫橡胶等，其中，综合性能最好的是泡沫塑料。泡沫塑料是以聚合物或合成树脂为原材料，添加发泡剂和稳定剂后，经加热发泡形成的绝热材料。它具有密度小、导热系数低、耐低温、耐振动、绝热性能好、施工方便等特点。泡沫塑料绝热材料又分为聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料和酚醛泡沫塑料等，其中，聚氨酯泡沫塑料的封闭气孔率达到了90％以上，绝热性能好，且吸潮对其导热系数影响很小，得到了广泛的应用。表征绝热材料绝热性能最直接最有效的方法就是测量其导热系数，导热系数的测量是研究绝热材料的关键。因此，研究绝热材料导热系数的测量装置至关重要。

根据热传递的特点，导热系数的测量方法可归纳为稳态法和瞬态法。由于绝热材料的导热系数非常低，瞬态法难以测量准确，所以一般采用稳态法。稳态法符合绝热材料的实际传热规律，能够准确获得样品的导热系数。稳态法是以傅立叶一维传热定律为理论依据，要求在待测样品内部的热量传递达到稳定的状态，也就是使待测样品内部建立一个稳定的温度分布，通过测定加热功率、传热截面积以及温度梯度来计算导热系数。这种方法计算公式简单，测量准确，可用于宽温区测量，但此方法对测量环境(如测量系统的绝热条件、测量过程中的温度控制、样品的形状尺寸等)的要求较为严格。稳态法测量绝热材料的导热系数不受温度的限制，不但可以测量绝热材料在室温下的导热系数，还可以测量绝热材料在低温直至高温下的导热系数。

由于泡沫塑料广泛应用于低温环境中，研究泡沫塑料的低温导热系数显得尤为重要，这也是测量装置研究的难点之一。目前，测量块体绝热材料在低温下的导热系数的装置已有一些报道，刘辉明等(绝热材料低温热导率测量装置研制[C].//第十届全国低温工程大会暨中国航天低温专业信息网2011年度学术交流会论文集.2011:195-197.)提出了一种双平板法测试泡沫绝热材料低温导热系数的装置，此装置可以获得块状绝热材料的导热系数。但是，此装置两个冷板间距离固定，导致待测样品厚度单一，只能测量厚度为10mm的块体，加之此装置的冷板及中心热板不能更换，只能测量直径80mm的圆形板样品，还导致了样品安装、拆卸困难(没有滑动匹配槽，不利于样品的安装和拆卸)等一系列缺点。

因此，需要提供一种新型的测量块体导热系数的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于稳态法测量块体导热系数的装置，该装置不仅测量准确，原理简明，计算简便，可测量不同厚度、不同大小、不同形状的块体导热系数，且样品安装、拆卸简便易行，还可用于块体低温导热系数的测量。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供了一种基于稳态法测量块体导热系数的装置，包括恒温系统、设置于所述恒温系统内的真空室和设置于所述真空室内的样品台；

所述恒温系统用于为待测样品提供一定的温度环境；

所述真空室用于为待测样品提供一定的真空环境；

所述样品台用于放置待测样品。

进一步，所述恒温系统可根据测量需要，为待测样品提供一定的温度环境；本发明中所述装置可测温度范围为4.2K-473K，恒温系统可以是烘箱(RT-200℃)、水浴系统(0℃-100℃)、油浴系统(100℃-200℃)、其它低温系统(最低至4.2K)(如：液氦(4.2K)、液氮(77K)、液氮深冷箱(77K-RT)等)等。

进一步，所述真空室由304不锈钢制成，包括真空室筒体、位于真空室筒体上的法兰和真空引线管；所述真空引线管穿过法兰与真空室筒体内腔连通。

所述真空室筒体内部粘贴铝箔胶带，减少样品台对外界环境的辐射漏热；所述真空室筒体与法兰之间用铟密封，以保证真空室在低温下的密封性；或者所述真空室筒体与法兰之间用欧圈密封，以保证真空室在室温/高温下的密封性；所述真空引线管的作用是兼顾抽真空管和温度计及中心热板加热电阻的引线管。