[发明专利]基于多维平面热源法测固体材料热物性参数的系统及方法

说明书

本发明属于固体材料热物性参数测试技术领域，具体涉及基于声学测温法测固体热物性参数。基于声学测温法测固体材料热物性参数的系统及方法包括热物性测试试样、恒温水浴箱、试样支架与数据采集模块，所述恒温水浴箱包括水浴箱体、水浴箱控制器、U型加热管与水浴箱隔板，所述试样支架包括夹具与夹具台，所述数据采集模块包括水声换能器、NI数据采集系统、换能器支撑架与计算机。基于恒温度边界三维非稳态传热模型，利用参数估计法测固体材料导热系数及热扩散率，避免了对数学模型过度简化造成的误差。采取了先估计热扩散率，然后对比热容估计值进行校正的策略，实现了对材料导热系数、比热容和热扩散率的同时准确估计。

技术领域：

本发明属于固体材料热物性参数测试技术领域，具体涉及基于多维平面热源法测固体材料热物性参数的系统及方法。

背景技术：

近年来各种新型材料层出不穷，相关的材料热物性测试方法方面的研究得到持续关注和发展。在现有的测试方法中，非稳态平面热源法因测试效果好得到广泛应用，常常应用于耐火材料和非金属固体材料热物性测试中。非稳态平面热源法通常用镍铬带加热片和聚酰亚胺电热膜加热试样，在每次实验前通过观测布置在热源平板不同位置处测温传感器的值，当各点加热温度相同后开始实验，以实现整个加热面温度处处相同的边界条件。为了减小热源与试样之间的间隙，减少接触热阻，使用平面热源法往往在加热板的背面有机械压紧装置。然而，由于加热膜的热容和压紧的效果都会影响加热板整体的温度场分布，因此，该种操作具有一定的难度。

声学测温技术是一种新兴的测温技术，随着近年来国内外相关技术的日益成熟，声学测温技术理论上能够应用的范围越来越广泛。目前声学测温已经应用于国内一些小型发电站,在海洋测温中声学测温已经发展为较完整的体系并得到广泛应用，国内外学者也在研究将声学测温应用在医疗、发动机、超导体等更多领域之中。声学测温技术作为一种非接触式测温方法，其能够适应各种复杂的测量条件，并且能够实现实时连续测量以及远程控制。不同于传统的接触式方法，声学测温技术不仅能够测量获得三维空间温度的分布，而且还能消除由于接触产生的温度误差。

(一)解决的技术问题

针对现有的技术不足，本发明提供了基于多维平面热源法测固体材料热物性参数的系统及方法，用于解决现有方法试样与热源之间存在间隙，加热板温度场分布不均匀的问题。平面热源法主要的误差来源于热源与试样之间接触存在间隙，将会引起很大的接触热阻。由于加热膜的热容和压紧的效果都会影响加热板整体的温度场分布，影响测试结果。

(二)技术方案

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明通过以下技术方案予以实现：

基于多维平面热源法测固体材料热物性参数的系统及方法，包括热物性测试试样、恒温水浴箱、试样支架与数据采集模块。所述恒温水浴箱包括水浴箱体、水浴箱控制器、U型加热管与水浴箱隔板，所述水浴箱体为封闭结构，其上表面设置有端盖且其左侧面设置有进出水口。所述水浴箱控制器设置在所述水浴箱上表面，所述U型加热管设置在所述水浴箱底部，所述水浴箱隔板设置在所述U型管上部；

所述试样支架包括夹具与夹具台，所述夹具设置在所述夹具台立柱上，所述试样支架设置在水浴箱隔板上表面；

所述数据采集模块包括水声换能器、NI数据采集系统、换能器支撑架与计算机，水声换能器通过换能器固定夹设置在换能器支架上，所述换能器支架设置在水浴箱隔板上表面，所述水声换能器连接所述NI数据采集系统，所述NI数据采集系统连接所述计算机。

所述的一种基于水浴声学测固体材料热物性参数的系统及方法，所述热物性试样的温升变化由声学测温法测得：

所述的一种基于水浴声学测固体材料热物性参数的系统及方法，其特征在于，其方法包括以下步骤：

步骤一：将热物性测试试样加工成小于60×60×60mm的块状结构；