[发明专利]材料多热物性参数的测量装置及其测量方法

说明书

本发明提供一种材料多热物性参数的测量装置及其测量方法，包括固定框架、激光产生装置、红外热像装置、凸透镜、温度测量装置以及数据接收处理装置，激光产生装置输出激光信号以加热测量材料，凸透镜将激光聚焦于待测材料上，产生明显温升信号，红外热像装置获取温升信号，数据接收处理装置获取红外热像装置测量的待测材料表面的温度信号和热电偶测量得到的温度信号，之后通过计算可得不同温度下试样的表面发射率，进行实验修正，最后通过计算机数值拟合修正后的温度信息从而获得测量材料的热物性参数。本发明该方法能在不破坏材料表面结构、表面特征的情况下测量材料多热物性参数，消除因接触产生接触热阻以及试样表面破坏而产生的测量误差。

技术领域

本发明属于热物性测量的技术领域，具体涉及一种材料多热物性参数的测量装置及其测量方法。

背景技术

热扩散系数、热导率、比热容、表面发射率等是各类材料的重要物理参数，在涉及传热工程领域有着广泛的应用背景。但各种材料的热物性参数主要靠实验测定，如何快速、准确、方便的测量出各种材料的热物性变得十分重要。现有的热物性测量技术中，按测量方法的物理模型可大致分为稳态测量方法和瞬态测量方法。稳态方法中，样品需要被均匀地加热或冷却至热稳态，再进行热物理参数测量。其优点是数学模型简单，但测量中样品达到热稳态需要较长时间。同时，瞬态测量方法对应的测量装置复杂，样品需加工成规定形状，限制其在工业上的应用。另外目前实验测量多为测量单一参数，或者某一温度下的热物性参数。它仅代表材料一定温度下的一种物理性质，不能反映材料在不同温度下的实际热物性及变化趋势。

红外成像是使用光电设备来检测和测量辐射，并在辐射与表面温度之间建立相互联系。通过接收物体所发射的辐射能进而反推其温度的一项技术。红外测量物体温度必须知道物体表面发射率，但是表面发射率也随着材料温度及材料表面特征的变化而变化，需要进行表面发射率的实时修正。

专利号CN104215660A公开了一种可同时测固体材料导热系数及热扩散率的方法及系统。该测量装置通过使用超级恒温水浴产生具有一定温度的恒温水介质，将试样放入底部为黄铜板、上表面和侧面为绝热材料密封的试样盒，试样盒底部与恒温水介质接触，形成恒温边界下的一维非稳态传热过程，然后利用参数估计法得到被测材料的热扩散率、比热容和导热系数。但是该装置稳态传热模型，稳定需要时间长，测量耗时较长。专利号CN107907565A公开了一种基于激光点热源测固体材料热物性参数的方法。该装置直接基于恒定功率边界一维非稳态传热模型，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。但该测量装置需要进行测量材料表面的磨光处理，对测量环境和测量材料有一定要求。该方法用多个热电偶进行背面温度测量，不能适用于需单面测量的场合，测温点较多，需要多组测温元件，能耗较大，同时可能有接触不良等问题。另外该装置算法复杂，不能实时测量，必须取样实验室测量，限制其在工业上的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种材料多热物性参数的测量装置，该测量装置简单、操作方便，能对测量材料进行单面无损测量、测量结果精准。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种材料多热性参数的测量装置，包括固定框架、激光产生装置、红外热像装置、凸透镜、温度测量装置以及数据接收处理装置；其中，

固定框架，其用于支撑激光产生装置和红外热像装置；

激光产生装置，其用于产生对待测材料进行加热的激光，所述激光产生装置包括激光控制器以及与激光控制器电气连接的激光器，所述激光器可移动地设置在所述固定框架上；

红外热像装置，其用于获取待测材料表面的温度信息，所述红外热像装置包括红外热像仪主机以及与所述红外热像仪主机电气连接的红外热像仪探头，所述红外热像仪探头可移动地设置在所述固定框架上；