[发明专利]圆环加热激励中心点测温的热物性传感器及测量方法

说明书

本发明公开了一种圆环加热激励中心点测温的热物性传感器，包括夹在电绝缘保护膜之间的环形电加热器和温度传感器，所述温度传感器一端固定在所述环形电加热器中心，所述环形电加热器和温度传感器均设置有引出线电极。本发明基于热传导理论测量热导率和热扩散系数，本发明结构简单，实现了加热器和温度传感器的分置，避免了接触热阻的影响，同时降低了对加热电源的要求；测量热导率和热扩散系数的方法原理可靠、算法简单；能快速同时测定材料的热导率和热扩散系数，对被测形状无特殊要求。本发明具有结构简单、计算简便、测量周期短和制造成本低的优点。

技术领域

本发明涉及材料热导率和热扩散系数测量装置及方法，具体涉及一种圆环加热激励中心点测温的热物性传感器及测量方法。

背景技术

材料热导率和热扩散系数是材料的重要热物理性质，尤其新材料的热物理性质是热物理科学领域和材料科学领域共同关注的基础数据之一。

测量热导率和热扩散系数的理论基础是热传导理论，其基本原理都是将被测材料置于特定的初始条件和加热激励的边界条件下，测定通过被测对象的热流量以及特征点或面上的温度或温度变化率，再根据在该边界条件下热传导方程的解计算出热导率和热扩散系数。

测量热导率的方法可以依据其测量原理分为稳态法和瞬态法。稳态法包括稳态平板法、稳态圆管法、稳态圆球法、稳态热线法和稳态长杆法等。稳态法的优点是测量原理简单，精度较高，其缺点是不能测出热扩散系数，测试周期较长，并且为了准确量热和维持稳态的工况而采取的辅助措施使得设备及控制系统比较复杂。非稳态法包括正规工况平板法、准稳态圆管法、瞬态热线法、激光脉冲热源法以及由瞬态平面热源法。瞬态方法的主要优点是测试周期短、可以同时测定热导率和热扩散系数等，但加热器及温度传感器的热惯性会影响测量精度。

在实际测量仪器中，除满足测量原理所要求的边界条件外，都要采取相应的技术措施提高量热和测温的精度。例如，常用的稳态平板法是建立在平板一维稳态导热的理论基础之上的，在现实的仪器中，通过控制加热器边缘与周边环形热防护圈的温度一致来削弱侧向散热来接近一维稳态导热条件并采用双试件的对称结构保证加热器发热量均分在两个试件上以保证准确的热计量；在测温精度控制方面，将温度传感器分别埋设在试件两侧的高热导率的均温板内以消除接触热阻的影响。再例如，科研和教学中常用的准稳态平板法是采用双加热器的结构保证测量原理要求的恒热流边界条件和对称面上的绝热边界条件、用四试件的结构保证加热器量热的准确性、用足够大的试件宽度与厚度比保证至少在试件形心附近满足一维导热的条件；但在温度测量精度控制方面，除将传感器尽量安装在试件形心位置外，没有其它的保证措施。由于试件受热面与加热器之间安装的温度传感器，导致试件与加热器之间的接触热阻，在测试硬质材料时会导致很大的误差。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种圆环加热激励中心点测温的热物性传感器及测量方法，解决不能兼顾测试周期和测量精度的问题。

技术方案：本发明所述的圆环加热激励中心点测温的热物性传感器，包括夹在电绝缘保护膜之间的环形电加热器和温度传感器，所述温度传感器一端固定在所述环形电加热器中心，所述环形电加热器和温度传感器均设置有引出线电极。

为了方便测量热导率和热扩散系数，热所述环形电加热器通过引出线电极串联直流可调电源、测试开关和电流检测仪，所述温度传感器通过引出线电极串联电压检测仪。

为了使被测热物性与测量数据之间有明确的数学解析关系而无需标定及节约成本，所述环形电加热器为康铜箔或304不锈钢箔激光切割成型的环形电加热器。所述环形加热器的引出线电极为紫铜箔激光切割成型，且与环形加热器采用激光熔焊焊接在一起。所述温度传感器为K型热电偶或者热敏电阻制成。所述温度传感器的引出线电极由K型热电偶丝或铜镀银导线制作而成。所述电绝缘保护膜采用聚酰亚胺胶带薄膜或天然云母薄膜激光刀模切割成型。

本发明所述的圆环加热激励中心点测温的热物性传感器的测量方法，其特征在于，包括下列步骤：