CN107655935B - 一种利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置以及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光领域，具体涉及一种利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置以及测定方法。该装置包括恒温箱、用于发射脉冲激光束的激光设备，激光设备设置在恒温箱外，恒温箱中设置有工作平台，工作平台上安装有金属腔体、金属腔体外表面设置有温度传感器，金属腔体的外表面设置有脉冲激光束进入的开口结构，金属腔体内部设置有反射激光束的反射结构，恒温箱中设置有脉冲激光束进入恒温箱的的通孔。通过给金属腔体中注入一定能量的激光能量，测量一些关键点的温度变化，来计算其吸收热量的情况，进而计算出激光输入能量后整体升高温度后吸收的能量，进而利用Q＝c∫tdm(其中：Q为激光输入的能量，t为温度，m为质量)计算出其比热容。
Description
技术领域
本发明涉及激光领域，更具体地，涉及一种利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置以及测定方法。
背景技术
目前，金属比热容的测定，通常采用冷却法、高温热导率测量法、普通方法加热测量方法等。还没有一种利用激光测量的方法。
我们利用脉冲激光输出的激光脉冲能量固定的特征，输出固定的若干个激光脉冲，实际上就是输入给待测金属一定的激光能量，当待测金属完全吸收脉冲激光能量后，利用Q＝c∫tdm(其中：Q为激光输入的能量，t为温度，m为质量)计算出其比热容。还可以将激光输入能量后的整体浸入到某绝热的恒温液体中，等其整体温度上升后稳定了，再利用公式Q＝cmΔt(其中：Q为激光输入的能量，Δt为温度变化量，m为待测金属的质量)通过测量温度计算出比热容。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置以及测定方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置，包括恒温箱、用于发射脉冲激光束的激光设备，所述激光设备设置在恒温箱外，所述的恒温箱中设置有工作平台，所述的工作平台上安装有金属腔体、所述金属腔体外表面设置有温度传感器，所述的金属腔体的外表面设置有脉冲激光束进入的开口结构，所述的金属腔体内部设置有反射脉冲激光束的反射结构，所述的恒温箱中设置有脉冲激光束进入恒温箱的的通孔。
恒温箱的设置可以使金属材料保持在一定的温度值上，防止金属材料与外界发生热交换，影响装置对金属材料比热容热量的测定；金属腔体的外表面设置的开口结构，方便脉冲激光束射入到金属腔体中；金属腔体的外表面设置的温度传感器，有利于对金属腔体的温度进行时时监控；金属腔体内部设置的激光反射结构，有利于激光在金属腔内部进行反射，提高了金属空腔体对激光能量的吸收率。
一种利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置的测定方法，包括以下步骤：
S1：将已知比热容的金属材料和未知比热容的金属材料，制作成一样特殊形状的金属腔体；
S2：将已知比热容的金属腔体固定于恒温箱的工作平台后，在已知比热容的金属腔体的外表面安装温度传感器；
S3：启动恒温箱，使已知比热容的金属腔体达到一定温度后保持一定时间，根据温度显示装置记录此时已知比热容的金属腔体的温度值；
S4：启动激光设备，激光设备输出一定能量值的脉冲激光能量(脉冲激光输出的每个脉冲能量固定，只要输出若干个脉冲，就能知道输出了多少激光能量)，已知比热容的金属腔体温度升高，记录其温度变化情况，用于计算其吸收热量的情况，根据实际情况拟合模型，该模型用于测定未知比热容金属的比热容；
S5：将未知比热容的金属腔体置于恒温箱中一定时间，使其整体达到一定温度并保持一定时间，记录此时的温度值；
S6：启动激光设备，激光设备输出一定能量值的脉冲激光能量，未知比热容的金属腔体温度升高，通过连接温度传感器的温度显示装置记录其温度的变化情况；
S7：根据步骤S4中拟合好的模型，反过来计算未知比热容金属材料的比热容。
优选地，所述的反射结构为弧形结构，所述反射结构设置在金属腔体的底部，所述的反射结构正对所述的开口结构。反射结构为弧形结构，反射结构设置在金属腔体的底部，且正对于脉冲激光进入金属腔体的开口结构，有利于对脉冲激光进行反射。
优选地，所述的激光设备设置有激光头，所述激光头的位置正对通孔。激光头正对与所述的通孔，有利于激光的所有能量射入到金属腔体中。
优选地，所述的恒温箱上设置有温度显示装置，所述的温度显示装置与所述的温度传感器相连。温度显示装置的设置有利于方便准确观察与记录金属腔体的温度。
优选地，所述的恒温箱上设置有控制开关，所述的控制开关与所述的激光设备相连。控制开关的设置有利于及时控制激光设备的工作进程。
优选地，所述的恒温箱外设置有电源装置，所述的电源装置与所述的激光设备相连。电源装置的设置是为了给激光设备提供能量。
优选地，所述的激光设备能够根据实际需求，输出一定值的激光束能量。所述的激光束的能量不能使已知比热容的金属材料和未知比热容的金属材料被熔化或气化。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明为一种利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置以及测定方法，通过给金属腔体中注入一定的脉冲激光能量，测量一定关键点的温度变化，来计算出其比热容；金属材料制作成金属腔体，有利于将输入的激光能量被金属腔体吸收；金属腔体中设置有激光反射结构，提高了金属腔体对激光能量的吸收率；通过温度传感器测量一些关键点的温度变化来测量一些已知的金属材料的比热容来构造数学模型，进而测定未知材料的比热容。
附图说明
图1为一种利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
图1为本发明一种利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置以及测定方法的第一实施例，包括恒温箱1、用于发射脉冲激光束8的激光设备3，激光设备3设置在恒温箱1外，恒温箱1中设置有工作平台2，工作平台2上安装有金属腔体4、金属腔体4外表面设置有温度传感器5，金属腔体4的外表面设置有脉冲激光束8进入的开口结构6，金属腔体4内部设置有反射激光束8的反射结构7，恒温箱1中设置有激光束8进入恒温箱1的的通孔12。
其中，反射结构7为弧形结构，反射结构7设置在金属腔体4的底部，反射结构7正对开口结构6。
另外，激光设备3设置有激光头9，所述激光头9的位置正对通孔12。
其中，恒温箱1上设置有温度显示装置10，温度显示装置10与温度传感器5相连。
另外，恒温箱1上设置有控制开关11，控制开关11与所述的激光设备3相连。
其中，恒温箱1外设置有电源装置，电源装置与所述的激光设备3相连。
一种利用激光测定金属材料比热容的装置的测定方法，包括以下步骤：
S1：将已知比热容的金属材料和未知比热容的金属材料，制作成一样特殊形状的金属腔体4；
S2：将已知比热容的金属腔体固定于恒温箱1的工作平台2后，在已知比热容的金属腔体的外表面安装温度传感器5；
S3：启动恒温箱1，使已知比热容的金属腔体达到一定温度后保持一定时间，根据温度显示屏记录此时已知比热容的金属腔体的温度值；
S4：启动激光设备，激光设备输出一定能量值的脉冲激光能量(脉冲激光输出的每个脉冲能量固定，只要输出若干个脉冲，就能知道输出了多少激光能量)，已知比热容的金属腔体温度升高，记录其温度变化情况，用于计算其吸收热量的情况，根据实际情况拟合模型，该模型用于测定未知比热容金属的比热容；
S5：将未知比热容的金属腔体置于恒温箱中一定时间，使其整体达到一定温度并保持一定时间，记录此时的温度值；
S6：启动激光设备3，激光设备3输出一定值的脉冲激光束8能量，未知比热容的金属腔体温度升高，通过连接温度传感器5的温度显示屏10记录其温度的变化情况；
S7：根据步骤S4中拟合好的模型，反过来计算未知比热容金属材料的比热容。
其中，脉冲激光束8的能量不能使已知比热容的金属材料和未知比热容的金属材料被熔化或气化。
另外，激光设备3能够根据实际需求，输出一定能量值的脉冲激光束8。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置，包括恒温箱(1)、用于发射脉冲激光束(8)的激光设备(3)，所述激光设备(3)设置在恒温箱(1)外，其特征在于：所述的恒温箱(1)中设置有工作平台(2)，所述的工作平台(2)上安装有金属腔体(4)、所述金属腔体(4)外表面设置有温度传感器(5)，所述的金属腔体(4)的外表面设置有脉冲激光束(8)进入的开口结构(6)，所述的金属腔体(4)内部设置有反射脉冲激光束(8)的反射结构(7)，所述的恒温箱(1)中设置有脉冲激光束(8)进入恒温箱(1)的通孔(12)；
所述的恒温箱(1)上设置有温度显示装置(10)，所述的温度显示装置(10)与所述的温度传感器(5)相连；
所述金属腔体，是将已知比热容的金属材料和未知比热容的金属材料，制作成一样特殊形状的金属腔体。
2.根据权利要求1所述的利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置，其特征在于：所述的反射结构(7)为弧形结构，所述反射结构(7)设置在金属腔体(4)的底部，所述的反射结构(7)正对所述的开口结构(6)。
3.根据权利要求2所述的利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置，其特征在于：所述的激光设备(3)设置有激光头(9)，所述激光头(9)的位置正对通孔(12)。
4.根据权利要求1所述的利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置，其特征在于：所述的恒温箱(1)上设置有控制开关(11)，所述的控制开关(11)与所述的激光设备(3)相连。
5.根据权利要求4所述的利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置，其特征在于：所述的恒温箱(1)外设置有电源装置，所述的电源装置与所述的激光设备(3)相连。
6.一种利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置的测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将已知比热容的金属材料和未知比热容的金属材料，制作成两个形状一样的、特殊形状的金属腔体(4)；
S2：将已知比热容的金属腔体固定于恒温箱的工作平台(2)后，在已知比热容的金属腔体的外表面安装温度传感器(5)；
S3：启动恒温箱(1)，使已知比热容的金属腔体达到一定温度后保持一定时间，根据温度显示装置(10)记录此时已知比热容的金属腔体的温度值；
S4：启动激光设备(3)，激光设备(3)输出一定能量值的脉冲激光束(8)，已知比热容的金属腔体温度升高，记录其温度变化情况，用于计算其吸收热量的情况，根据实际情况拟合模型，该模型用于测定未知比热容金属的比热容；
S5：将未知比热容的金属腔体置于恒温箱(1)中一定时间，使其整体达到一定温度并保持一定时间，记录此时的温度值；
S6：启动激光设备(3)，激光设备(3)输出一定能量值的脉冲激光束(8)能量，未知比热容的金属腔体温度升高，通过连接温度传感器(5)的温度显示装置(10)记录其温度的变化情况；
S7：根据步骤S4中拟合好的模型，反过来计算未知比热容金属材料的比热容。
7.根据权利要求6所述的利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置的测定方法，其特征在于：若干个脉冲激光束(8)的能量不能使已知比热容的金属材料和未知比热容的金属材料被熔化或气化。
8.根据权利要求6所述的利用脉冲激光测定金属材料比热容的装置的测定方法，其特征在于：所述的激光设备(3)能够根据实际需求，输出一定能量值的脉冲激光束(8)。
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