專利名稱：導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量裝置，尤其是指一種導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
[0002]導(dǎo)熱系數(shù)又稱熱導(dǎo)率，用來(lái)衡量材料的導(dǎo)熱性能和保溫性能，是反映材料熱性能的重要物理量。熱傳導(dǎo)是工程熱物理、材料科學(xué)、固體物理及能源、環(huán)保等各個(gè)研究領(lǐng)域的課題。材料的導(dǎo)熱機(jī)理在很大程度上取決于它的微觀結(jié)構(gòu)，熱量的傳遞依靠原子、分子圍繞平衡位置的振動(dòng)以及自由電子的遷移，在金屬中電子流起支配作用，在絕緣體和大部分半導(dǎo)體中則以晶格振動(dòng)起主導(dǎo)作用。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)中，所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)都需要精確測(cè)定。[0003]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代低碳生活概念的形成，要求長(zhǎng)時(shí)間地監(jiān)測(cè)材料的導(dǎo)熱系數(shù)的范圍越來(lái)越廣，因?yàn)椴牧蠈?dǎo)熱系數(shù)的變化與材料的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，從材料導(dǎo)熱系數(shù)的變化就可以分析材料結(jié)構(gòu)的變化，由此可以提出改進(jìn)制作新能源材料的方法。[0004]現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的方法一般分兩類一類是穩(wěn)態(tài)法，另一類是動(dòng)態(tài)法。傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x器是通過(guò)控制電路調(diào)控材料的加熱溫度，使材料的溫度保持不變，即到達(dá)穩(wěn)態(tài)，測(cè)量材料兩個(gè)表面的溫度差，再通過(guò)傅立葉(J. Fourier)的一維熱傳導(dǎo)方程，計(jì)算出導(dǎo)熱系數(shù)。傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x器，由其中的控制電路調(diào)控材料的溫度。由于材料的溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)與熱源、周?chē)臏囟群屯L(fēng)情況等密切相關(guān)，為了保持溫度不變，控制電路不斷地調(diào)控，由此產(chǎn)生誤差比較大，而且不適用于長(zhǎng)時(shí)間地監(jiān)測(cè)材料導(dǎo)熱系數(shù)的變化。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量裝置，其能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，能夠精確的測(cè)出不同溫度下待測(cè)樣品的導(dǎo)熱系數(shù)，尤其能夠長(zhǎng)時(shí)間地監(jiān)測(cè)材料的導(dǎo)熱系數(shù)的變化。[0006]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的[0007]—種導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量裝置，其包括有加熱裝置、穩(wěn)壓電路及調(diào)壓開(kāi)關(guān)，所述加熱裝置、所述穩(wěn)壓電路及所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)依次串聯(lián)，其中，所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)設(shè)有多個(gè)分接頭，每一個(gè)所述分接頭對(duì)應(yīng)不同的電壓。[0008]通過(guò)采用穩(wěn)定性高的穩(wěn)壓電路，通過(guò)控制所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)，給加熱裝置提供不同的穩(wěn)定性電壓，給待測(cè)樣品加熱，待測(cè)樣品在一定時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，由此可高精度的測(cè)量待測(cè)樣品的穩(wěn)態(tài)溫度，不需為了保持溫度不變，而需要手動(dòng)或自動(dòng)控制電路，減小誤差。[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)設(shè)有8個(gè)分接頭。[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，8個(gè)所述分接頭分別對(duì)應(yīng)的電壓為30伏、50伏、70伏、90 伏、110伏、130伏、160伏和220伏。[0011]本實(shí)用新型導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果[0012]本實(shí)用新型摒棄現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)控制溫度的調(diào)控加熱裝置的工作電壓， 保持固定的穩(wěn)態(tài)溫度的技術(shù)，而是通過(guò)采用穩(wěn)壓電路，同時(shí)通過(guò)與調(diào)壓開(kāi)關(guān)的配合，給待測(cè)樣品的加熱裝置提供不同的工作電壓，待測(cè)樣品兩個(gè)表面的溫度差在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間內(nèi)會(huì)達(dá)到穩(wěn)定，通過(guò)測(cè)量待測(cè)樣品上下表面的溫度(即測(cè)量加熱金屬塊散熱金屬塊的溫度)，從而測(cè)量出待測(cè)樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。[0013]本實(shí)用新型通過(guò)改變所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)輸出的電壓，不需要連續(xù)地調(diào)節(jié)加熱的電壓以保持待測(cè)樣品預(yù)設(shè)的固定穩(wěn)態(tài)溫度，故測(cè)量精度高，能夠長(zhǎng)時(shí)間地檢測(cè)待測(cè)樣品的導(dǎo)熱系數(shù)的變化。


圖I為本實(shí)用新型導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0015]如圖I所示，本實(shí)用新型導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量裝置，其包括有加熱裝置11、穩(wěn)壓電路12 及調(diào)壓開(kāi)關(guān)13，所述加熱裝置11、所述穩(wěn)壓電路12及所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)13依次串聯(lián)；待測(cè)樣品 14位于所述加熱裝置11的下方，且所述待測(cè)樣品14的上下表面分別緊貼有加熱金屬塊15 和散熱金屬塊16，并在所述加熱金屬塊15和所述散熱金屬塊16上各設(shè)有一小孔，分別連接有溫度傳感器17、18，通過(guò)所述溫度傳感器17、18分別測(cè)出所述加熱金屬塊15和所述散熱金屬塊16的溫度，從而得出待測(cè)樣品14上下表面的穩(wěn)態(tài)溫度T1和T2。在本優(yōu)選實(shí)施例中，所述加熱金屬塊15、所述散熱金屬塊16的材質(zhì)均為銅；所述溫度傳感器17、18均為熱電偶；所述穩(wěn)壓電路12。[0016]所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)13設(shè)有多個(gè)分接頭，每一個(gè)分接頭對(duì)應(yīng)不同的電壓。在本優(yōu)選實(shí)施例中，所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)13設(shè)有8個(gè)分接頭1、2、3、4、5、6、7、8，8個(gè)分接頭分別對(duì)應(yīng)的電壓為30 伏、50伏、70伏、90伏、110伏、130伏、160伏和220伏。[0017]通過(guò)采用穩(wěn)定性高的穩(wěn)壓電路，通過(guò)控制所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)，給加熱裝置提供不同的穩(wěn)定性電壓，給待測(cè)樣品加熱，待測(cè)樣品在一定時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，由此可高精度的測(cè)量待測(cè)樣品的穩(wěn)態(tài)溫度，不需為了保持溫度不變，而需要手動(dòng)或自動(dòng)控制電路，減小誤差。[0018]本實(shí)用新型種導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量方法，所述測(cè)量方法包括有[0019](I)將待測(cè)樣品14兩面分別緊貼設(shè)置有加熱金屬塊15、散熱金屬塊16，并設(shè)置兩個(gè)溫度感測(cè)器17、18分別測(cè)量所述加熱金屬塊15及所述散熱金屬塊16的溫度；[0020](2)調(diào)節(jié)所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)13至任意一個(gè)電壓U，在電壓U的條件下，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，加熱金屬塊給樣品加熱的熱流量就等于散熱金屬塊散發(fā)的熱量，即達(dá)到了穩(wěn)態(tài)，兩個(gè)所述溫度傳感器17、18分別測(cè)出所述加熱金屬塊15的穩(wěn)態(tài)溫度T1、所述散熱金屬塊16的穩(wěn)態(tài)溫度T2 ；[0021](3)根據(jù)所述加熱金屬塊15的穩(wěn)態(tài)溫度T1和所述散熱金屬塊16的穩(wěn)態(tài)溫度T2, 計(jì)算得出所述待測(cè)樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。[0022]根據(jù)傅立葉(J. Fourier)的一維熱傳導(dǎo)方程，熱流量滿足下述表達(dá)式\{)/1-79[0023]公式⑴，At =λ§ h[0024]式中#為熱流量，λ即為該物質(zhì)的熱導(dǎo)率(又稱作導(dǎo)熱系數(shù))。Al[0025]傅立葉的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)模型還認(rèn)為在穩(wěn)定傳熱過(guò)程中，傳熱速率等于散熱速率。也就是說(shuō)，當(dāng)熱傳導(dǎo)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，即 \、τ2的值不變，于是通過(guò)被測(cè)樣品盤(pán)B表面的熱流量與散熱銅盤(pán)C向周?chē)h(huán)境散熱的速度相等。因此，可通過(guò)散熱銅盤(pán)C在穩(wěn)定溫度T2AOAC；時(shí)的散熱速率來(lái)代替熱流量$選取臨近T2的溫度數(shù)據(jù)，散熱銅盤(pán)C在T2的散熱 At ^。速率,Δ(.)、 AT AQ[0026](f)放=me— = f 公式(2)，AtAt τ=τ) At[0027]由公式(I)和公式⑵得, ATh I[0028]A = me —- ■ -~公式(3)，Δ/ r=Ti I1-I2 πΗ-[0029]其中，公式(3)式m為散熱金屬塊16的質(zhì)量，C為散熱金屬塊(銅)的比熱容，R 為待測(cè)樣品的半徑，h為待測(cè)樣品的厚度。[0030]在實(shí)測(cè)過(guò)程中，測(cè)得穩(wěn)態(tài)時(shí)的T1和T2后，即可將所述待測(cè)樣品14移去，而使所述加熱金屬塊15的底面與散熱·金屬塊16接觸。當(dāng)散熱金屬塊16的溫度上升到高于穩(wěn)定溫度T2值后，再將加熱金屬塊15移開(kāi)，讓散熱金屬塊16自然冷卻。觀察所述散熱金屬塊16 的溫度T隨時(shí)間變化情況，Λ T是在Λ t時(shí)間內(nèi)、在T2之間的散熱溫度的溫度差；把上述數(shù)據(jù)代入公式(3)，就可算出待測(cè)樣品14在不同時(shí)間的導(dǎo)熱率。[0031]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)， 但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量裝置，其包括有加熱裝置，其特征在于，其還包括有穩(wěn)壓電路及調(diào)壓開(kāi)關(guān)，所述加熱裝置、所述穩(wěn)壓電路及所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)依次串聯(lián)，其中，所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)設(shè)有多個(gè)分接頭，每一個(gè)所述分接頭對(duì)應(yīng)不同的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量裝置，其特征在于，所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)設(shè)有8個(gè)分接頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量裝置，其特征在于，8個(gè)所述分接頭分別對(duì)應(yīng)的電壓為30伏、50伏、70伏、90伏·、110伏、130伏、160伏和220伏。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置包括有加熱裝置、穩(wěn)壓電路及調(diào)壓開(kāi)關(guān)，所述加熱裝置、所述穩(wěn)壓電路及所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)依次串聯(lián)，其中，所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)設(shè)有多個(gè)分接頭，每一個(gè)所述分接頭對(duì)應(yīng)不同的電壓。本實(shí)用新型通過(guò)采用穩(wěn)定性高的穩(wěn)壓電路，通過(guò)控制所述調(diào)壓開(kāi)關(guān)，給加熱裝置提供不同的穩(wěn)定性電壓，給待測(cè)樣品加熱，待測(cè)樣品兩個(gè)表面的溫度差在一定時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，由此可高精度的測(cè)量待測(cè)樣品的穩(wěn)態(tài)溫度，不需為了保持溫度不變，而需要手動(dòng)或自動(dòng)控制電路，減小誤差。
文檔編號(hào)G01N25/20GK202794083SQ201220499728
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者劉崇進(jìn) 申請(qǐng)人:廣東白云學(xué)院