[发明专利]一种固体材料导热系数的测量装置及其方法

说明书

本发明涉及一种固体材料导热系数测量装置，包括测量主机；核心测量传感器转接板封装壳，其与所述测量主机相连接；核心测量传感器，其与所述核心测量传感器转接板封装壳连接；恒温试验箱，为测量提供恒温的实验环境；设置于恒温试验箱内的第一固体材料样块和第二固体材料样块；位于第一固体材料样块和第二固体材料样块之上的辅助工具。该测量装置可以实现对大于规定尺寸，同时导热系数在0.01～100W/(m·K)范围内的固体材料，在10～60℃的温度范围内的进行测量，导热系数测量偏差小于±5％，重复性优于2％。本发明还提供了一种使用所述固体材料导热系数测量装置进行测量的方法。

技术领域

本发明涉及一种测量装置及其方法，具体涉及一种固体材料导热系数的测量装置，以及基于该测量装置的测量方法。

背景技术

导热系数的作为材料最为重要的热物性参数之一，是材料在保温、散热和节能等领域应用的直接性能指标，因此对于材料导热系数的准确测量是十分必要的。目前对于导热系数的测试方法主要分为两类，稳态法和非稳态法。

目前稳态法中以保护热板法为主要代表，是一种被公认的导热系数测量的标准方法，主要针对的是保温材料等导热系数在1W/(m·K)以下的材料进行测量，其测量准确度高，被各国国家计量院采用，作为标准方法来建立导热系数测量基准装置。然而稳态法其测量所需时间较长，无法满足地方材料导热系数检测单位以及企业的大批量的测试需求。作为非稳态法的测试方法，其中瞬态法以其较为快速的测量时间，以及较为准确的测量结果被广泛研究，发展出了较多的瞬态导热系数测试方法，例如：激光闪光法、平面热源法、热线法、热带法和3ω法等。其中商业化较好的是平面热源法，1995年，Gustafsson采用Hot Disk法即平面热源法，对建筑材料，低导热系数的挤塑聚苯乙烯和有机玻璃(PMMA)和高导热系数的不锈钢和铝进行了导热系数和热扩散系数的测量，与国际上标准材料值的吻合性较好，其测量导热系数准确度在±5％以内，热扩散系数在准确度在±10％以内。同年，HotDisk有限公司在瑞典Uppsala的成立，以其独有的瞬态平面热源法(TPS)专利技术在热物性测试领域成为市场主导，经过十多年的发展，Hot Disk于2007年通过了ISO国际标准委投票并发布了国际标准ISO-CD22007-2.2，《塑料导热系数和热扩散率的测定－瞬态平面热源法(Hot Disk)》。

跟瞬态平面热源法原理相似，瞬态热带法(THS)也是由Gustafsson率先提出并进行研究的，在热线法的基础上，建立了热带的温度变化和空间尺寸的关系式。德国物理技术研究所(PTB)的Hammerschmidt对瞬态热带法(THS)和瞬态热线法(THW)测量导热系数和热扩散系数的原理和不确定度进行了详细的分析和评价，并进行了改进，并使用THS和TWS对水和冰进行了导热系数的测试，提出了THS不是测量液体导热系数最好的选择，THW法是测量液体和气体导热系数较好的选择，目前国内高校和科研院所等对气体、液体和固体导热系数的测量研究，主要是在THS和THW的基础上进行发展，建立实验室测试装置。

然而，目前缺少操作简单，测量结果可靠，成本相对较低，同时较为轻便的材料导热系数测量装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单，测量结果可靠，同时较为轻便的材料导热系数测量装置，适用于实验室恒定温度下检测，也适用于材料现场的快速测量。

本发明提供了一种固体材料导热系数的测量装置，其包括：测量主机；核心测量传感器转接板封装壳，其与所述测量主机相连接；核心测量传感器，其与所述核心测量传感器转接板封装壳连接；恒温试验箱，为测量提供恒温的实验环境；设置于恒温试验箱内的第一固体材料样块和第二固体材料样块；位于第一固体材料样块和第二固体材料样块之上的辅助工具。

其中，所述辅助工具为标准砝码。

其中，进一步包括RTD测温传感器，其用于对恒温试验箱内的温度进行实时监控。

其中，所述测量主机通过USB-B连接线与PC机进行连接。