CN110646465A - 薄壁圆筒轴向热导率测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄壁圆筒轴向热导率测量装置，包括设置于两个待测薄壁圆筒端面之间的加热器，每个待测薄壁圆筒外壁上均粘贴至少一组测温元件组，两个待测薄壁圆筒和加热器组成的检测体内外分别间隔设置内反射筒和外反射筒；检测体、内反射筒和外反射筒两端分别与两个支板连接后组成的整体置于密封腔体内，密封腔体置于恒温系统中，密封腔体的顶部设置电极，电极通过内连接线束分别连接测温元件组和加热器，通过外连接线束分别连接温度巡检显示仪表和高精度功率测量仪表，高精度功率测量仪表连接恒定加热功率控制仪器。本发明解决了现有测量装置中存在的问题，达到薄壁圆筒轴向热导率优于|5％|的测量精度。
Description
技术领域
本发明属于材料导热性能测试领域，具体涉及一种薄壁圆筒轴向热导率测量装置。
背景技术
热导率(又称导热系数)是表征材料导热能力的热物性参数，在工程中常采用试验测量得到材料热导率数据。
中国发明专利公开说明书CN 103713013 A(申请公布日2014.04.09) 公开了一种测试管状材料轴向导热系数的装置，如图1所示，该装置包括设置于两个材料和外观尺寸完全相同的待测管状材料900的端面之间的环形加热器100，所述待测管状材料900远离环形加热器100的一端设置有散热环200；所述环形加热器100为圆环状薄片，环形加热器100的内径和外径与待测管状材料900的内径和外径相同；所述待测管状材料900两端的外壁上均粘贴有不少于三个测温元件300，每一端的测温元件300均沿与待测管状材料900端面平行的圆环均布；所述测温元件300通过引线与温度显示仪表400连接。该发明解决了管状材料轴向导热系数测量问题，适用于本发明涉及的一种薄壁圆筒轴向热导率测量，但以该发明装置对薄壁圆筒轴向热导率测量中存在以下问题：
1、装置中两个待测管状材料900、居中的环形加热器100和端部散热环200受测试环境温度、空气流动影响，造成测量不稳定；
2、与散热环200相连的待测管状材料900的端面温度稳定性受待测管状材料不同测试温度影响；
3、两只待测管状材料900和环状加热器100的侧表面向周围环境有热量传递损失，待测管状材料和加热器的侧面积越大，热量损失越大，造成测量误差也越大。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种薄壁圆筒轴向热导率测量装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种薄壁圆筒轴向热导率测量装置，包括设置于两个待测薄壁圆筒端面之间的加热器，每个待测薄壁圆筒外壁上均粘贴至少一组测温元件组，所述两个待测薄壁圆筒和加热器组成的检测体内外分别间隔设置内反射筒和外反射筒；检测体、内反射筒和外反射筒两端分别与两个支板连接后组成的整体置于密封腔体内，密封腔体置于恒温系统中，密封腔体的顶部设置电极，电极通过内连接线束分别连接测温元件组和加热器，通过外连接线束分别连接温度巡检显示仪表和高精度功率测量仪表，高精度功率测量仪表连接恒定加热功率控制仪器。
在上述技术方案中，所述恒温系统包括内部装有冷媒液体的恒温浴槽，与恒温浴槽通过循环泵连通的制冷机。
在上述技术方案中，所述密封腔体顶部设置抽气口和真空度测量口。
在上述技术方案中，所述密封腔体通过固定架设置于恒温系统中。
在上述技术方案中，所述密封腔体的腔底浸入冷媒液体中。
在上述技术方案中，所述支板的纵截面呈L型，且竖板的侧壁形成三个同轴的环形槽。
在上述技术方案中，所述环形槽设置于支板的竖板背向横板的一侧。
在上述技术方案中，所述检测体、内反射筒和外反射筒的端部分别插入三个环形槽内。
在上述技术方案中，所述测温元件组包括多个测温元件，多个测温元件沿与待测薄壁圆筒端面平行的圆环均布。
在上述技术方案中，所述支板的横板与密封腔体的腔底内侧面接触。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种薄壁圆筒轴向热导率测量装置，解决了薄壁圆筒轴向热导率测量稳定性受测量环境温度及气流影响、与散热板相接的薄壁圆筒端面温度稳定性受薄壁圆筒不同测试温度影响、待测薄壁圆筒和加热器侧面与环境间有热量传递损失影响测量精度问题，达到薄壁圆筒轴向热导率优于|5％|的测量精度。
附图说明
图1是现有技术中测试管状材料轴向导热系数的装置的结构示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明测量状态时的结构示意图；
图4是本发明中环形平面薄膜加热器的主视图；
图5是本发明中环形平面薄膜加热器的侧视图。
其中：
1 待测薄壁圆筒 2 加热器
3 支板 4 固定架
5 密封腔体 6 电极
7 抽气口 8 真空度测口
9 腔底 10 循环泵
11 冷媒液体 12 恒温浴槽
13 制冷机 14 接线端子
15 环形槽 16 测温元件
17 外反射筒 18 内反射筒
19 内连接线束 20 外连接线束
21 温度巡检显示仪表 22 高精度功率测量仪表
23 恒定加热功率控制仪器
100 环形加热器 200 散热环
300 测温元件 400 温度显示仪表
500 加热控制器 600 电流表
700 电压表 800 外部电源
900 待测管状材料
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明薄壁圆筒轴向热导率测量装置的技术方案。
实施例1
如图2～5所示，一种薄壁圆筒轴向热导率测量装置，包括设置于两个待测薄壁圆筒1端面之间的加热器2，每个待测薄壁圆筒1外壁上均粘贴两组测温元件组，两个待测薄壁圆筒1和加热器2组成的检测体内外分别间隔设置内反射筒18和外反射筒17；检测体、内反射筒18和外反射筒17两端分别与两个支板3连接后组成的整体置于密封腔体5内，密封腔体5置于恒温系统中，密封腔体5的顶部设置电极6，电极6通过内连接线束19 分别连接测温元件组和加热器2，通过外连接线束20分别连接温度巡检显示仪表21和高精度功率测量仪表22，高精度功率测量仪表22连接恒定加热功率控制仪器23。
所述恒温系统包括内部装有冷媒液体11的恒温浴槽12，与恒温浴槽12 通过循环泵10连通的制冷机13。
所述密封腔体5顶部设置抽气口7和真空度测量口8。密封腔体5通过固定架4设置于恒温系统中。密封腔体5的腔底9浸入冷媒液体11中。密封腔体5制作材料选用金属，如碳钢；密封腔体5的腔底9的材料导热系数不小于150W/m·K，如铝合金；密封腔体5内部被抽为高真空状态，真空度不小于1.3×10-3Pa。密封腔体5内部的高真空设置及材料的选择，使得放置于密封腔体5内部的检测体与周围测试环境隔离，消除测试环境空气流动影响，且高真空状态消除检测体与周围环境间对流和传导热量传递损失。
所述支板3的纵截面呈L型，且竖板的侧壁形成三个同轴的环形槽15，环形槽15设置于支板3的竖板背向横板的一侧。检测体、内反射筒18和外反射筒17的端部分别插入三个环形槽15内。支板3构成两个待测薄壁圆筒1的端面散热板，同时，由于支板3的横板与密封腔体5的腔底9内侧面接触连接，密封腔体5的腔底9浸入冷媒液体11中，解决了与散热板相接的待测薄壁圆筒1端面温度稳定性受待测薄壁圆筒1不同测试温度影响问题。
所述内反射筒18和外反射筒17均为采用高反射率材料制成的薄壁筒，两者表面辐射率小于0.06，厚度小于1mm。内反射筒18和外反射筒17可以为高抛光表面的铝箔制成。内反射筒18和外反射筒17大幅降低两个待测薄壁圆筒1侧壁向周围的辐射散热。
所述测温元件组包括多个测温元件16，多个测温元件16沿与待测薄壁圆筒1端面平行的圆环均布。
所述测温元件16采用高精度铂电阻贴片。
两个所述待测薄壁圆筒1上的测温元件组数量相同，且测温元件16粘贴位置完全相同。
所述待测薄壁圆筒1的端面平整光滑，且端面与轴线垂直。
所述加热器2为环形平面薄膜加热器，厚度δ小于0.12mm，功率不小于50W；所述加热器2内外径r内和r外与待测薄壁圆筒1内外径r1和r2相等；所述加热器2内部为金属箔片，表面有聚酯绝缘层；所述环加热器2 有两个接线端子14。环形平面薄膜加热器的选用消除加热器2的侧壁热量损失。
所述恒温浴槽(12)恒温范围为(-20～+20)℃。
实施例2
应用本发明薄壁圆筒轴向热导率测量装置的具体测量方法包括以下步骤：
Ⅰ.将端面平整且端面垂直轴线的两只同材料和尺寸待测薄壁圆筒1，粘贴测温元件16后按图2、图3组装和连接装置，4次测量两只试样的内径均值r1＝60.06mm，外径均值r2＝63.08mm，H＝15.02mm；
Ⅱ.密封腔体5的抽气口7外接真空泵组排气；打开温度巡检显示仪表 21和高精度功率测量仪表22及恒定加热功率控制仪器23电源，调整恒定加热功率控制仪器23输出至环形平面薄膜加热器2的功率，并经细调至待测薄壁圆筒1待测温度50℃；
Ⅲ.设置恒温浴槽12的冷媒液体11恒定温度为5℃，密封腔体5内部真空度达到1.3×10-3Pa，待测薄壁圆筒1稳定在50℃测试温度上，记录测温元件16测量的温度显示值，4次重复测试后取温差均值：T1＝10.72℃、 T2＝10.31℃；加热器2输入功率均值P＝26.01W；
Ⅳ.计算该待测薄壁圆筒1在50℃时轴向热导率λ测：
Ⅴ.计算薄壁圆筒(1)轴向热导率测量相对误差，该待测薄壁圆筒1 的材料在50℃热导率文献值为λ＝15.50W/m·K，
本装置用已知热导率材料的薄壁圆筒测试，轴向热导率的测量精度为 2.58％。本发明解决了薄壁圆筒轴向热导率测量稳定性和测量精度受测量环境影响问题，达到薄壁圆筒轴向热导率优于|5％|的测量精度。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种薄壁圆筒轴向热导率测量装置，包括设置于两个待测薄壁圆筒(1)端面之间的加热器(2)，每个待测薄壁圆筒(1)外壁上均粘贴至少一组测温元件组，其特征在于：所述两个待测薄壁圆筒(1)和加热器(2)组成的检测体内外分别间隔设置内反射筒(18)和外反射筒(17)；检测体、内反射筒(18)和外反射筒(17)两端分别与两个支板(3)连接后组成的整体置于密封腔体(5)内，密封腔体(5)置于恒温系统中，密封腔体(5)的顶部设置电极(6)，电极(6)通过内连接线束(19)分别连接测温元件组和加热器(2)，通过外连接线束(20)分别连接温度巡检显示仪表(21)和高精度功率测量仪表(22)，高精度功率测量仪表(22)连接恒定加热功率控制仪器(23)。
2.根据权利要求1所述的薄壁圆筒轴向热导率测量装置，其特征在于：所述恒温系统包括内部装有冷媒液体(11)的恒温浴槽(12)，与恒温浴槽(12)通过循环泵(10)连通的制冷机(13)。
3.根据权利要求1所述的薄壁圆筒轴向热导率测量装置，其特征在于：所述密封腔体(5)顶部设置抽气口(7)和真空度测量口(8)。
4.根据权利要求1所述的薄壁圆筒轴向热导率测量装置，其特征在于：所述密封腔体(5)通过固定架(4)设置于恒温系统中。
5.根据权利要求1或3所述的薄壁圆筒轴向热导率测量装置，其特征在于：所述密封腔体(5)的腔底(9)浸入冷媒液体(11)中。
6.根据权利要求1所述的薄壁圆筒轴向热导率测量装置，其特征在于：所述支板(3)的纵截面呈L型，且竖板的侧壁形成三个同轴的环形槽(15)。
7.根据权利要求6所述的薄壁圆筒轴向热导率测量装置，其特征在于：所述环形槽(15)设置于支板(3)的竖板背向横板的一侧。
8.根据权利要求1所述的薄壁圆筒轴向热导率测量装置，其特征在于：所述检测体、内反射筒(18)和外反射筒(17)的端部分别插入三个环形槽(15)内。
9.根据权利要求1所述的薄壁圆筒轴向热导率测量装置，其特征在于：所述测温元件组包括多个测温元件(16)，多个测温元件(16)沿与待测薄壁圆筒(1)端面平行的圆环均布。
10.根据权利要求6所述的薄壁圆筒轴向热导率测量装置，其特征在于：所述支板(3)的横板与密封腔体(5)的腔底(9)内侧面接触。
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