CN104132963B

CN104132963B - 一种微应力条件下接触热阻检测装置

Info

Publication number: CN104132963B
Application number: CN201410390771.6A
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 孙付仲; 卢礼华; 梁迎春
Original assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Current assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2034-08-08
Also published as: CN104132963A

Abstract

一种微应力条件下接触热阻检测装置，涉及接触热阻检测技术领域。解决了传统的接触热阻检测装置只能检测被测件在较大应力下的传热情况，无法实现微应力以致无应力状态下的接触热阻状况，同时存在材料本身自重产生的接触应力作用不能消除的问题。本发明所述检测装置通过螺杆和螺母的配合使左固定板和右固定板将被测件夹紧，通过螺母控制弹簧的伸长量，从而实现被测件的微应力加载，由于螺母上刻有刻度，因此能够确定螺杆的伸长量，进而确定被测件之间的预应力，同时通过升降台对被测件进行支撑；通过隔热元件将左固定板和支撑架隔开，使得加热板中的热量不会通过支撑架传递至真空罩，从而使热量能够集中，提高检测精度。本发明适用于对接触热阻进行检测。

Description

一种微应力条件下接触热阻检测装置

技术领域

本发明涉及接触热阻检测技术领域。

背景技术

结合面接触热阻作为结合面重要特性参数之一，其准确程度将直接影响到结合面参数特性模型，而在激光器等高精度光学系统中，由于高接触应力会使材料产生变形，影响光学精度，因此在此类光学系统中，广泛存在着微应力接触界面，而在不同的预紧力作用下，会大大影响材料之间的传热，因此在微应力条件下，准确测量不同材料间的接触热阻对光学元件的设计计算起着至关重要作用。传统的测量方法只能检测被测件在较大应力下的传热情况，无法实现微应力以致无应力状态下的接触热阻状况，同时在加载应力时，尤其是材料本身自重产生的接触应力作用不能消除。

发明内容

本发明为了解决传统的接触热阻检测装置只能检测被测件在较大应力下的传热情况，无法实现微应力以致无应力状态下的接触热阻状况，同时存在材料本身自重产生的接触应力作用不能消除的问题，提出了一种微应力条件下接触热阻检测装置。

一种微应力条件下接触热阻检测装置包括真空罩、冷却板、右固定板、左固定板、支撑架、升降台、加热板、螺杆、弹簧、螺母和隔热板，所述真空罩的内部为真空腔，冷却板、右固定板、左固定板、支撑架、升降台、加热板、螺杆和弹簧均位于所述真空腔的内部，所述升降台固定在真空罩的底部，升降台顶部放置被测件，右固定板和支撑架分别位于升降台两侧，右固定板和支撑架均固定在真空罩的底部，左固定板垂直固定在支撑架上，且所述右固定板和左固定板平行，右固定板和左固定板通过螺杆和螺母固定连接，所述螺母的外表面加工有刻度，弹簧套在螺杆上，右固定板的侧面开有凹槽，冷却板固定在所述凹槽中，所述冷却板用于对被测件进行冷却，左固定板的侧面开有凹槽，加热板固定在所述凹槽中，所述加热板用于对被测件进行加热，左固定板和加热板之间固定有隔热板。

垫板固定在升降台的顶部，所述垫板内部开有空气腔，垫板的顶部开有多个通孔，所述多个通孔均与空气腔连通，所述气泵通过通气管与垫板内部的空气腔连通。

所述检测装置还包括恒温水箱、冷水管和热水管，所述恒温水箱包括制冷系统和加热系统，所述冷水管与制冷系统构成制冷循环系统，且所述冷水管用于对冷却板进行制冷，所述热水管和加热系统构成加热循环系统，且所述热水管用于对加热板进行加热。

所述检测装置还包括多个温度传感器和温度显示屏，所述多个温度传感器用于检测被测件的温度，每个温度传感器的温度信号输出端分别与温度显示屏的一个温度信号输入端连接，所述温度显示屏用于显示接收到的温度信号。

有益效果：本发明所述检测装置在实际应用时，通过螺杆和螺母的配合使左固定板和右固定板将被测件夹紧，同时，通过螺母控制弹簧的伸长量，从而实现被测件的微应力加载，由于螺母上刻有刻度，因此能够确定螺杆的伸长量，进而确定被测件之间的预应力，同时通过升降台对被测件进行支撑；

根据测量接触热阻的环境要求对真空罩内的环境进行调整，从而满足不同环境条件下的接触热阻检测的需求；

通过隔热元件将左固定板和支撑架隔开，使得加热板中的热量不会通过支撑架传递至真空罩，从而使热量能够集中，提高了检测精度；

在对被测件进行接触热阻检测时，通过气泵将升降台和被测件之间的空气排出，从而克服了摩擦力的影响，使检测结果更加精确；

通过恒温水箱分别输出固定温度的热水和冷水，并对冷却板进行制冷，对加热板进行加热，不仅能够提供检测所需的温度差，同时也保证在稳定状态下热流量的稳定；

多个温度传感器等间距的放置在被测件上，用于检测被测件多个位置的温度，通过温度显示屏对被测件的温度进行显示，记录各个温度传感器的温度值，并通过一系列的公式运算获得接触热阻的结果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为具体实施方式三所述垫板的结构示意图；

图3为螺杆21、弹簧11、螺母22和左固定板19的连接示意图；

图4为具体实施方式一所述的左固定板19结构示意图；

图5为具体实施方式一所述的右固定板9的结构示意图；

图6为图5的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1-图4说明本具体实施方式，本具体实施方式所述的一种微应力条件下接触热阻检测装置包括真空罩3、冷却板6、右固定板9、左固定板19、支撑架16、升降台12、加热板20、螺杆21、弹簧11、螺母22和隔热板23，所述真空罩3的内部为真空腔，冷却板6、右固定板9、左固定板19、支撑架16、升降台12、加热板20、螺杆21和弹簧11均位于所述真空腔的内部，所述升降台12固定在真空罩3的底部，升降台12顶部放置被测件，右固定板9和支撑架16分别位于升降台12两侧，右固定板9和支撑架16均固定在真空罩3的底部，左固定板19垂直固定在支撑架16上，且所述右固定板9和左固定板19平行，右固定板9和左固定板19通过螺杆21和螺母22固定连接，所述螺母22的外表面加工有刻度，弹簧11套在螺杆21上，右固定板9的侧面开有凹槽，冷却板6固定在所述凹槽中，所述冷却板6用于对被测件进行冷却，左固定板19的侧面开有凹槽，加热板20固定在所述凹槽中，所述加热板20用于对被测件进行加热，左固定板19和加热板20之间固定有隔热板23。

本实施方式中，通过螺杆21和螺母22的配合使左固定板19和右固定板9将被测件夹紧，同时，通过螺母22控制弹簧11的伸长量，从而实现被测件的微应力加载，由于螺母22上刻有刻度，因此能够确定螺杆21的伸长量，进而确定被测件之间的预应力，同时通过升降台12对被测件进行支撑。

根据测量接触热阻的环境要求对真空罩3内的环境进行调整，从而满足不同环境条件下的接触热阻检测的需求。

具体实施方式二、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种微应力条件下接触热阻检测装置的区别在于，它还包括隔热元件17，所述隔热元件17固定在左固定板19和支撑架16之间。

本实施方式中，通过隔热元件17将左固定板19和支撑架16隔开，使得加热板20中的热量不会通过支撑架16传递至真空罩3，从而使热量能够集中，提高了检测精度。

具体实施方式三、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种微应力条件下接触热阻检测装置的区别在于，它包括垫板、通气管9和气泵8，所述垫板固定在升降台12的顶部，所述垫板内部开有空气腔，垫板的顶部开有多个通孔，所述多个通孔均与空气腔连通，所述气泵8通过通气管9与垫板内部的空气腔连通。

本实施方式中，在对被测件进行接触热阻检测时，通过气泵8将升降台12和被测件之间的空气排出，从而克服了摩擦力的影响，使检测结果更加精确。

具体实施方式四、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种微应力条件下接触热阻检测装置的区别在于，它还包括恒温水箱14、冷水管13和热水管15，所述恒温水箱14包括制冷系统和加热系统，所述冷水管13与制冷系统构成制冷循环系统，且所述冷水管13用于对冷却板6进行制冷，所述热水管15和加热系统构成加热循环系统，且所述热水管15用于对加热板20进行加热。

本实施方式中，通过恒温水箱14分别输出固定温度的热水和冷水，并对冷却板6进行制冷，对加热板15进行加热，不仅能够提供检测所需的温度差，同时也保证在稳定状态下热流量的稳定。

具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种微应力条件下接触热阻检测装置的区别在于，它还包括多个温度传感器和温度显示屏1，所述多个温度传感器1用于检测被测件的温度，每个温度传感器1的温度信号输出端分别与温度显示屏的一个温度信号输入端连接，所述温度显示屏1用于显示接收到的温度信号。

本实施方式中，多个温度传感器等间距的放置在被测件上，用于检测被测件多个位置的温度，通过温度显示屏1对被测件的温度进行显示，记录各个温度传感器的温度值，并通过一系列的公式运算获得接触热阻的结果。

具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种微应力条件下接触热阻检测装置的区别在于，它包括真空泵，所述真空泵的泵气口与真空罩3内部的真空腔连通

本实施方式中，当接触热阻检测环境为真空条件时，通过真空泵将真空罩3内抽成真空，当接触热阻检测环境为常温常压下，则不需要将真空罩3内抽成真空。

本发明提出的接触热阻检测装置对接触热阻检测的原理为：

设两个被测件长度均为1，并对两个被测件进行标号，左侧被测件记为1号，右侧被测件记为2号，在两个被测件上均等间距的放置四个的温度传感器，从左至右依次标号为1,2,…,8，每个被测件上的每两个相邻温度传感器之间的间距为m，4号温度传感器和5号温度传感器距离两被测件的接触面的距离为n，测点温度分别记为Tii＝1,2,…,8，为了保证温度测量的准确性，温度传感器侧头均布置在被测件的中轴线上；

通过恒温水箱12对本装置进行加热和制冷，当温度显示屏1上的温度变化范围在0.2℃范围内，即可认为系统稳定，此时记录八个温度传感器的温度值，则：

1号被测件在接触面的温度值为：

2号被测件在接触面的温度值为：

在两被测件接触面处存在的温度降为：

即：

ΔT = (T_{4} - T_{5}) - \frac{(T_{1} + T_{2} + T_{5} + T_{6}) - (T_{3} + T_{4} + T_{7} + T_{8})}{4 m} \cdot n;

周向热流q为：

其中，λ_T为1号被测件的热导率；

则接触热导h_c为：

h_{c} = \frac{q}{ΔT} = \frac{λ_{T} (T_{1} - T_{4}) / 3 m}{(T_{4} - T_{5}) - \frac{(T_{1} + T_{2} + T_{5} + T_{6}) - (T_{3} + T_{4} + T_{7} + T_{8})}{4 m} \cdot n};

接触热阻R_c为：

R_{c} = \frac{1}{h_{c}} = \frac{ΔT}{q} .

Claims

1.一种微应力条件下接触热阻检测装置，其特征在于，它包括真空罩(3)、冷却板(6)、右固定板(9)、左固定板(19)、支撑架(16)、升降台(12)、加热板(20)、螺杆(21)、弹簧(11)、螺母(22)和隔热板(23)，所述真空罩(3)的内部为真空腔，冷却板(6)、右固定板(9)、左固定板(19)、支撑架(16)、升降台(12)、加热板(20)、螺杆(21)和弹簧(11)均位于所述真空腔的内部，所述升降台(12)固定在真空罩(3)的底部，升降台(12)顶部放置被测件，右固定板(9)和支撑架(16)分别位于升降台(12)两侧，右固定板(9)和支撑架(16)均固定在真空罩(3)的底部，左固定板(19)垂直固定在支撑架(16)上，且所述右固定板(9)和左固定板(19)平行，右固定板(9)和左固定板(19)通过螺杆(21)和螺母(22)固定连接，所述螺母(22)的外表面加工有刻度，弹簧(11)套在螺杆(21)上，右固定板(9)的侧面开有凹槽，冷却板(6)固定在所述凹槽中，所述冷却板(6)用于对被测件进行冷却，左固定板(19)的侧面开有凹槽，加热板(20)固定在所述凹槽中，所述加热板(20)用于对被测件进行加热，左固定板(19)和加热板(20)之间固定有隔热板(23)；

所述装置还包括垫板、通气管(9)和气泵(8)，所述垫板固定在升降台(12)的顶部，所述垫板内部开有空气腔，垫板的顶部开有多个通孔，所述多个通孔均与空气腔连通，所述气泵(8)通过通气管(9)与垫板内部的空气腔连通。

2.根据权利要求1所述的一种微应力条件下接触热阻检测装置，其特征在于，它还包括隔热元件(17)，所述隔热元件(17)固定在左固定板(19)和支撑架(16)之间。

3.根据权利要求1所述的一种微应力条件下接触热阻检测装置，其特征在于，它还包括恒温水箱(14)、冷水管(13)和热水管(15)，所述恒温水箱(14)包括制冷系统和加热系统，所述冷水管(13)与制冷系统构成制冷循环系统，且所述冷水管(13)用于对冷却板(6)进行制冷，所述热水管(15)和加热系统构成加热循环系统，且所述热水管(15)用于对加热板(20)进行加热。

4.根据权利要求1所述的一种微应力条件下接触热阻检测装置，其特征在于，它还包括多个温度传感器和温度显示屏(1)，所述多个温度传感器(1)用于检测被测件的温度，每个温度传感器(1)的温度信号输出端分别与温度显示屏的一个温度信号输入端连接，所述温度显示屏(1)用于显示接收到的温度信号。

5.根据权利要求1所述的一种微应力条件下接触热阻检测装置，其特征在于，它包括真空泵，所述真空泵的泵气口与真空罩(3)内部的真空腔连通。