CN108931551A - 一种固体表面结合部接触热导测量装置 - Google Patents
一种固体表面结合部接触热导测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108931551A CN108931551A CN201810550156.5A CN201810550156A CN108931551A CN 108931551 A CN108931551 A CN 108931551A CN 201810550156 A CN201810550156 A CN 201810550156A CN 108931551 A CN108931551 A CN 108931551A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- measured
- test specimen
- engaging portion
- solids
- coldplate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 55
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 21
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 abstract description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
本发明涉及接触热导测量技术领域，公开了一种固体表面结合部接触热导测量装置，其特征在于，包括相对设置的电加热器和冷却板，电加热器和冷却板之间用于加载各待测试件；加载机构，作用于电加热器和/或冷却板，以夹紧各待测试件；温度传感器，用于测量各待测试件温度；以及热流计，用于测量各待测试件间的热流密度。本发明测量结果更准确，并能适用于不同材料、不同加工工艺、不同表面粗糙度的零件在不同环境压强、不同接触应力、不同温度差下的固体表面结合部接触热导测量。
Description
技术领域
本发明涉及接触热导测量技术领域，具体涉及一种接触热导测量装置。
背景技术
零部件表面并非绝对光滑，通常假设任何粗糙表面都是由大量尺度不同的微凸体组成，两表面的接触发生于数量有限且垂直高度较高的离散为接触点上，因此热流通过接触界面时于离散微接触点处发生了收缩，加上间隙介质(常为润滑油或空气)的热导率一般远小于基体的热导率，使得热流通过结合部受到强烈的阻碍作用，最终导致结合面两侧温度会发生明显突降。热流通过固体结合部收到的阻碍定义为结合部接触热阻，热阻的倒数，即固体结合部间导热的能力，定义为热导。
接触热导在各个领域的接触换热问题的精确分析中均是不可缺少的边界条件。接触热导是表征数控机床瞬态热特性重要因素；接触热导是航空发动机散热分析的核心内容；接触热导是超导冷却的关键环节。
现有接触热导的测量装置普遍有一定的局限性：将加热装置产生的热量直接等同为待测试件间通过的热流，忽视了热流在试件上传递时的消耗；温度传感器布置在待测试件的接触界面两侧，但距接触界面有一定距离，导致测量结果不准确；整套装置直接放置大气压环境下，不能测量不同环境压强下由于热对流引起的热特性变化。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种固体表面结合部接触热导测量装置，测量结果更准确，并能适用于不同材料、不同加工工艺、不同表面粗糙度的零件在不同环境压强、不同接触应力、不同温度差下的固体表面结合部接触热导测量。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种固体表面结合部接触热导测量装置，包括：
相对设置的电加热器和冷却板，电加热器和冷却板之间用于加载各待测试件；
加载机构，作用于电加热器和/或冷却板，以夹紧各待测试件；
温度传感器，用于测量各待测试件温度；以及
热流计，用于测量各待测试件间的热流密度。
进一步，所述加载机构包括顶部加载平板、底部支撑平板、螺杆、螺母、加载轴、加载钢球、支撑轴和支撑钢球，螺杆下端固定连接于底部支撑平板上，螺杆上端穿过顶部加载平板并与螺母螺纹连接，加载轴设置于顶部加载平板下侧，加载钢球设置于加载轴下端，支撑轴设置于底部支撑平板上侧并与加载轴相对，支撑钢球设置于支撑轴上端。
进一步，所述电加热器设置于加载钢球下端，冷却板设置于支撑钢球上端。
进一步，所述电加热器和冷却板的温度可调。
进一步，所述温度传感器为热电偶传感器，热电偶传感器用于设置于各待测试件表面。
进一步，所述热流计设置于各待测试件之间。
进一步，还包括真空室，电加热器、冷却板、加载机构、温度传感器和热流计设置于真空室内。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明通过两待测试件间热流计的布置实现对两待测试件间的热流的准确测量；通过在接触表面两侧对称布置热偶传感器并采用差值算法实现对两待测试件在接触界面的温度的准确测量计算。通过更换不同的待测试件，实现对不同材料、不同加工工艺、不同表面粗糙度的零件表面结合部接触热导的测量；通过调节预紧螺母的位置实现对不同接触应力下的表面结合部接触热导的测量；通过改变真空室压强实现对不同环境压强下由于热对流效应的改变引起变化的的表面结合部接触热导的测量；通过改变电加热器以及冷却板中冷却系统的功率实现对不同温度差下的表面结合部接触热导的测量。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述：
图1为固体表面结合部接触热导测量装置的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
参见图1，本实施例的固体表面结合部接触热导测量装置，包括：
相对设置的电加热器和冷却板，电加热器和冷却板之间用于加载各待测试件；
加载机构，作用于电加热器和/或冷却板，以夹紧各待测试件；
温度传感器，用于测量各待测试件温度；以及
热流计，用于测量各待测试件间的热流密度。
所述加载机构包括顶部加载平板2、底部支撑平板11、螺杆5、螺母1、加载轴3、加载钢球4、支撑轴14和支撑钢球13，螺杆5下端固定连接于底部支撑平板11上，螺杆5上端穿过顶部加载平板2并与螺母1螺纹连接，加载轴3设置于顶部加载平板2下侧，加载钢球4设置于加载轴3下端，支撑轴14设置于底部支撑平板11上侧并与加载轴3相对，支撑钢球13设置于支撑轴14上端。所述电加热器6设置于加载钢球4下端，冷却板12设置于支撑钢球13上端。所述电加热器6和冷却板12的温度可调。所述温度传感器为热电偶传感器10，热电偶传感器10用于设置于各待测试件表面。所述热流计8设置于各待测试件之间。还包括真空室15，电加热器、冷却板、加载机构、温度传感器和热流计设置于真空室15内。
本发明的工作原理如下：
如附图1所示，当打开电加热器6以及冷却板12的冷却系统后，分别与之相连接的待测试件一7和待测试件二9产生温度差，引起热量在待测试件一7以及待测试件二9之间的持续移动。
当待测试件一7和待测试件二9之间存在热量的持续移动时，通过安装在待测试件一7和待测试件二9上的热电偶传感器10测量得到待测试件一7和待测试件二9上各点的温度值T；通过安装在待测试件一7和待测试件二9之间的热流计8测得待测试件一7和待测试件二9之间的热流Q。
当通过热偶传感器10测量得到待测试件一7和待测试件二9上各点温度T后时，对不同热电偶传感器10测量得到的温度进行外插值来估计待测试件一7和待测试件二9结合部两侧的温度，并通过计算外插值之间的温度差ΔT。
当计算得到待测试件一7和待测试件二9两侧温度差ΔT后，假设两粗糙表面的名义接触面积为Aa，且通过待测试件一7和待测试件二9结合部的热流为Q，即可计算待测试件一7和待测试件二9结合部之间的接触热导
当螺母1旋转后，顶部加载平板2连同加载轴3受到的预紧力可能并不在垂直方向上，可能出现偏心，通过安装在加载轴3下端的加载钢球4以及安装在支撑轴14上端的支撑钢球13的相互作用，实现力的偏心的消除。
通过旋动预紧螺母1，通过预紧螺母1与螺杆5的螺纹运动，预紧螺母1带动顶部加载平板2运动，顶部加载平板2的运动通过加载钢球4作用在电加热器6上，调节待测试件一7和待测试件二9之间的接触力，可测量不同接触压力下的接触界面接触热导。
通过改变真空室15内的压强，可测量不通压强下的接触界面接触热导。
通过改变电加热器6和冷却板12的冷却系统的设置，改变电加热器6和冷却板12的温度，以改变待测试件一7和待测试件二9的温度，可测量不同温度差下的接触界面接触热导。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。
Claims (7)
1.一种固体表面结合部接触热导测量装置，其特征在于，包括
相对设置的电加热器和冷却板，电加热器和冷却板之间用于加载各待测试件；
加载机构，作用于电加热器和/或冷却板，以夹紧各待测试件；
温度传感器，用于测量各待测试件温度；以及
热流计，用于测量各待测试件间的热流密度。
2.根据权利要求1所述的一种固体表面结合部接触热导测量装置，其特征在于，所述加载机构包括顶部加载平板(2)、底部支撑平板(11)、螺杆(5)、螺母(1)、加载轴(3)、加载钢球(4)、支撑轴(14)和支撑钢球(13)，螺杆(5)下端固定连接于底部支撑平板(11)上，螺杆(5)上端穿过顶部加载平板(2)并与螺母(1)螺纹连接，加载轴(3)设置于顶部加载平板(2)下侧，加载钢球(4)设置于加载轴(3)下端，支撑轴(14)设置于底部支撑平板(11)上侧并与加载轴(3)相对，支撑钢球(13)设置于支撑轴(14)上端。
3.根据权利要求2所述的一种固体表面结合部接触热导测量装置，其特征在于，所述电加热器(6)设置于加载钢球(4)下端，冷却板(12)设置于支撑钢球(13)上端。
4.根据权利要求3所述的一种固体表面结合部接触热导测量装置，其特征在于，所述电加热器(6)和冷却板(12)的温度可调。
5.根据权利要求4所述的一种固体表面结合部接触热导测量装置，其特征在于，所述温度传感器为热电偶传感器(10)，热电偶传感器(10)用于设置于各待测试件表面。
6.根据权利要求5所述的一种固体表面结合部接触热导测量装置，其特征在于，所述热流计(8)设置于各待测试件之间。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种固体表面结合部接触热导测量装置，其特征在于，还包括真空室(15)，电加热器、冷却板、加载机构、温度传感器和热流计设置于真空室(15)内。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810550156.5A CN108931551A (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 一种固体表面结合部接触热导测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810550156.5A CN108931551A (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 一种固体表面结合部接触热导测量装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108931551A true CN108931551A (zh) | 2018-12-04 |
Family
ID=64449240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810550156.5A Pending CN108931551A (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 一种固体表面结合部接触热导测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108931551A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109580706A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-04-05 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种用于快速测量接触热阻的实验装置 |
| CN110186948A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-08-30 | 重庆大学 | 一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统及测量方法 |
| CN110501379A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-11-26 | 重庆大学 | 一种轴承内外套圈与滚子接触热导测量系统及测量方法 |
| CN111855738A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-30 | 大连理工大学 | 一种烧结多孔介质材料发汗冷却的实验装置 |
| KR20200136553A (ko) * | 2019-05-27 | 2020-12-08 | 주식회사 에스이오 | 열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법 |
| US20220057348A1 (en) * | 2018-12-28 | 2022-02-24 | Tusas- Turk Havacilik Ve Uzay Sanayii Anonim Sirketi | A measurement mechanism |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6142662A (en) * | 1998-06-16 | 2000-11-07 | New Jersey Institute Of Technology | Apparatus and method for simultaneously determining thermal conductivity and thermal contact resistance |
| JP2006145446A (ja) * | 2004-11-24 | 2006-06-08 | Mitsubishi Electric Corp | 熱伝導率測定装置及び熱伝導率の測定方法 |
| JP2008309729A (ja) * | 2007-06-18 | 2008-12-25 | Mitsubishi Electric Corp | 熱伝導率測定装置および熱伝導率測定方法 |
| CN101929970A (zh) * | 2010-07-13 | 2010-12-29 | 北京航空航天大学 | 接触热阻测试方法及测试设备 |
| CN102141529A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-08-03 | 西安交通大学 | 一种固定结合面真空接触热导测量装置 |
| CN201926635U (zh) * | 2010-12-20 | 2011-08-10 | 西安交通大学 | 一种结合面接触热阻测量装置 |
| CN102798645A (zh) * | 2012-08-07 | 2012-11-28 | 南京理工大学 | 一种导热系数及接触热阻测试装置 |
| CN107064214A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-08-18 | 天津大学 | 一种固定结合面接触热阻的测量装置 |
| CN107782762A (zh) * | 2017-09-15 | 2018-03-09 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 一种在真空容器内可调节加载压力的接触热阻测量装置 |
| CN108007964A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-05-08 | 齐鲁工业大学 | 一种接触热阻测试装置及测试方法 |
| CN108020582A (zh) * | 2018-01-25 | 2018-05-11 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种真空条件下材料间接触热阻测试平台 |
-
2018
- 2018-05-31 CN CN201810550156.5A patent/CN108931551A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6142662A (en) * | 1998-06-16 | 2000-11-07 | New Jersey Institute Of Technology | Apparatus and method for simultaneously determining thermal conductivity and thermal contact resistance |
| JP2006145446A (ja) * | 2004-11-24 | 2006-06-08 | Mitsubishi Electric Corp | 熱伝導率測定装置及び熱伝導率の測定方法 |
| JP2008309729A (ja) * | 2007-06-18 | 2008-12-25 | Mitsubishi Electric Corp | 熱伝導率測定装置および熱伝導率測定方法 |
| CN101929970A (zh) * | 2010-07-13 | 2010-12-29 | 北京航空航天大学 | 接触热阻测试方法及测试设备 |
| CN201926635U (zh) * | 2010-12-20 | 2011-08-10 | 西安交通大学 | 一种结合面接触热阻测量装置 |
| CN102141529A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-08-03 | 西安交通大学 | 一种固定结合面真空接触热导测量装置 |
| CN102798645A (zh) * | 2012-08-07 | 2012-11-28 | 南京理工大学 | 一种导热系数及接触热阻测试装置 |
| CN107064214A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-08-18 | 天津大学 | 一种固定结合面接触热阻的测量装置 |
| CN107782762A (zh) * | 2017-09-15 | 2018-03-09 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 一种在真空容器内可调节加载压力的接触热阻测量装置 |
| CN108007964A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-05-08 | 齐鲁工业大学 | 一种接触热阻测试装置及测试方法 |
| CN108020582A (zh) * | 2018-01-25 | 2018-05-11 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种真空条件下材料间接触热阻测试平台 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109580706A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-04-05 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种用于快速测量接触热阻的实验装置 |
| CN109580706B (zh) * | 2018-12-13 | 2021-11-16 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种用于快速测量接触热阻的实验装置 |
| US20220057348A1 (en) * | 2018-12-28 | 2022-02-24 | Tusas- Turk Havacilik Ve Uzay Sanayii Anonim Sirketi | A measurement mechanism |
| US11740194B2 (en) * | 2018-12-28 | 2023-08-29 | Tusas—Turk Havacilik Ve Uzay Sanayii Anonim Sirketi | Measuring mechanism for measuring thermal conductivity |
| CN110186948A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-08-30 | 重庆大学 | 一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统及测量方法 |
| CN110501379A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-11-26 | 重庆大学 | 一种轴承内外套圈与滚子接触热导测量系统及测量方法 |
| KR20200136553A (ko) * | 2019-05-27 | 2020-12-08 | 주식회사 에스이오 | 열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법 |
| KR102257190B1 (ko) | 2019-05-27 | 2021-06-01 | 주식회사 에스이오 | 열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법 |
| CN111855738A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-30 | 大连理工大学 | 一种烧结多孔介质材料发汗冷却的实验装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108931551A (zh) | 一种固体表面结合部接触热导测量装置 | |
| CN102297877B (zh) | 一种薄膜热电性能参数的测量装置和方法 | |
| JP2008309729A (ja) | 熱伝導率測定装置および熱伝導率測定方法 | |
| CN102798645B (zh) | 一种导热系数及接触热阻测试装置 | |
| Wang et al. | Determination of thermoelectric module efficiency: A survey | |
| CN201926635U (zh) | 一种结合面接触热阻测量装置 | |
| CN101290299A (zh) | 一种可变导热系数的测量装置及方法 | |
| CN201016946Y (zh) | 一种导热材料参数测试装置 | |
| CN108445040A (zh) | 一种带有热膨胀修正的接触热阻测试方法 | |
| CN114544699B (zh) | 一种材料热阻和导热系数的测试方法 | |
| CN103823170B (zh) | 一种功率型led集成模块热阻测试新方法 | |
| CN206990483U (zh) | 一种导热系数测试仪 | |
| CN111157574A (zh) | 一种接触热阻测量的实验装置 | |
| JP7376875B2 (ja) | 測定対象物の熱伝導に関する物性値の測定方法および測定システム | |
| CN212364156U (zh) | 一种可调导热系数测试装置 | |
| US11860115B2 (en) | Measurement mechanism | |
| CN208818771U (zh) | 用于各向异性导热片的热阻测试装置 | |
| CN108828007A (zh) | 一种环面接触表面结合部接触热导测量装置 | |
| CN208505485U (zh) | 一种表面测温仪 | |
| CN109580706A (zh) | 一种用于快速测量接触热阻的实验装置 | |
| CN109283217A (zh) | 一种石墨烯材料热导率的测量方法和装置 | |
| KR102257190B1 (ko) | 열전도율 측정시스템 및 이를 이용한 열전도율 측정방법 | |
| CN203455299U (zh) | 热流型差示扫描量热仪 | |
| CN102778476B (zh) | 正反双向热流法测定导热系数的方法 | |
| CN207964700U (zh) | 一种散热材料z轴导热系数测试机构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181204 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |