CN110740526B - 用于材料热传导性能表征的发热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于材料热传导性能表征的发热装置，包括球状的导热壳体，该导热壳体内设有空心腔体，在所述导热壳体的壁上贯穿有支撑孔，在该支撑孔内穿设有撑杆，该撑杆的外端伸出所述导热壳体，该撑杆的内端伸入所述空心腔体并连接有发热组件，所述发热组件与所述导热壳体的内壁之间设有间隙。采用本发明的显著效果是，能在表征、测量材料的导热性能时提供均匀、稳定的测试发热源；并具有良好的密封性能，从而应用于固、液、气介质的热传导测量。

Description

用于材料热传导性能表征的发热装置

技术领域

本发明涉及热传导测量装置，具体涉及一种材料导热能力的表征装置用的部件。

背景技术

导热系数是表征材料导热能力强弱的量度，对生产生活和工程应用具有重要的指导作用。目前测试材料导热系数的方法有热流法、热板法、激光闪电法、瞬态平面热源法等，对应各类测试方法具有适应性的测试装置。但采用这些方法测试具有耗时长、费用高的缺点；测试装置结构较复杂、设备造价较高，操作较为繁琐。而在教学、试验过程中，有时只需要大致评估材料的导热性能即可，此时采用传统的设备和方法显然不够经济。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种应用于材料导热能力表征装置的发热装置，其可作为热传导测量装置的稳定的均匀的发热源。

技术方案如下：

一种用于材料热传导性能表征的发热装置，其关键在于：包括球状的导热壳体，该导热壳体内设有空心腔体，在所述导热壳体的壁上贯穿有支撑孔，在该支撑孔内穿设有撑杆，该撑杆的外端伸出所述导热壳体，该撑杆的内端伸入所述空心腔体并连接有发热组件，所述发热组件与所述导热壳体的内壁之间设有间隙。

采用以上技术方案，发热组件以热辐射的形式对导热壳体进行加热，从而使导热壳体的温度能快速稳定。

作为优选的技术方案，所述撑杆包括撑杆本体，该撑杆本体沿所述导热壳体的直径方向穿设在所述支撑孔内，在该撑杆本体的中部固定有限位环，该限位环位于所述导热壳体内，该限位环上设有与所述导热壳体内壁相适应的球形抵靠面，在所述限位环外侧的所述撑杆本体上套设有内侧密封垫圈，所述球形抵靠面将所述内侧密封垫圈压紧在所述导热壳体的内壁；

在所述撑杆本体上螺纹套设有锁紧螺母，该锁紧螺母位于所述导热壳体外，该锁紧螺母与所述导热壳体之间的所述撑杆本体上套设有外侧密封垫圈，所述锁紧螺母将所述外侧密封垫圈压紧在所述导热壳体的外壁。

采用以上技术方案，限位环和锁紧螺母夹设在导热壳体内外两侧，从而保持撑杆本体两端均呈悬空状态，以使发热组件悬空设置。

所述发热组件包括绕线支架，该绕线支架与所述撑杆本体内端连接，该绕线支架上设有绕线座，该绕线座上绕设有电热丝，电热丝的两端分别连接有加热电源线，所述加热电源线穿出所述导热壳体。

所述绕线支架包括支杆，该支杆与所述撑杆本体垂直，该支杆的中部与所述撑杆本体的内端固定连接，在所述支杆的两端分别固定有弹性夹片，所述支杆两端的弹性夹片之间设有所述绕线座，该绕线座呈圆柱状，该绕线座的两端分别与所述弹性夹片抵紧，在所述绕线座的外壁设有螺纹状的绕线槽，在该绕线槽内绕设有所述电热丝。

采用以上技术方案，便于设置电热丝，并拆装绕线座。

所述绕线座的两端端面上分别设有限位凹陷，在所述弹性夹片上对应所述限位凹陷分别设有限位卡头，所述限位卡头落在对应的所述限位凹陷内。该设计能使绕线座稳定的卡设在两个弹性夹片之间。

在所述支杆上设有两个电源线限位孔，两个所述电源线限位孔分别靠近所述支杆两端，所述电源线限位孔呈圆台状，所述电源线限位孔的大径端朝向所述绕线座，在所述电源线限位孔内分别嵌设有固定套，该固定套与所述电源线限位孔相匹配，所述固定套内穿设有所述加热电源线，所述固定套的内壁和所述加热电源线之间粘接固化。

以上技术方案能保证加热电源线与电热丝的连接点不易拔脱。

在所述撑杆本体内沿其轴向设有电源线过孔，该电源线过孔的外端从所述撑杆本体的外端面穿出，该电源线过孔的内端延伸至所述限位环处，在所述限位环上开设有斜向连通孔，该斜向连通孔的一端与所述电源线过孔接通，该斜向连通孔的另一端伸出所述限位环，所述加热电源线依次穿过所述斜向连通孔和电源线过孔，从而穿出所述导热壳体。

该设计巧妙解决了加热电源线引出导热壳体的问题，并避免了单独引线时的密封问题。

所述导热壳体包括两个半球壳体，两个所述半球壳体相互扣合；

在两个所述半球壳体的环形端面上分别一体成型有对扣环，其中一个所述对扣环位于对应的所述环形端面的内圈边缘，从而形成内扣环；另一个所述对扣环位于对应的所述环形端面的外圈边缘，从而形成外扣环；

所述内扣环的外壁与所述外扣环的内壁抵紧，在所述外扣环的内壁环向设有一圈扣接限位环，在所述内扣环的外壁对应环向设有一圈扣接限位槽，所述扣接限位环落在所述扣接限位槽内；

所述对扣环的外侧端面与另一个所述半球壳体的所述环形端面抵紧，所述对扣环的外侧端面和与其抵紧的所述环形端面上同时设有环状的密封环槽，在该密封环槽内设有密封环。

在两个所述半球壳体的边缘处分别设有扣合缺口，二者的所述扣合缺口对应设置形成所述支撑孔。

采用该设计，便于在导热壳体内设置其他部件，并且便于将两个半球壳体从扣合缺口处打开，解决了拆装问题。

所述导热壳体为铜球壳体。导热壳体为紫铜，传热性好，能在短时间能传热均匀，使导热壳体形成温度处处相等(近乎相等)的等温体。

有益效果：采用本发明的用于材料热传导性能表征的发热装置，能在表征、测量材料的导热性能时提供均匀、稳定的测试发热源；并具有良好的密封性能，从而应用于固、液、气介质的热传导测量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为撑杆12与发热组件13的连接关系示意图；

图3为撑杆12与所述导热壳体11的安装关系示意图；

图4为发热组件13的结构示意图；

图5为图4的j部放大图；

图6为导热壳体11的结构示意图；

图7为图6的i部放大图；

图8为本发明应用时的结构示意图；

图9为图8的k部放大图；

图10为第一感温模块2、第二感温模块5、控制显示模块3的连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1到图7所示：

一种用于材料热传导性能表征的发热装置，包括球状的导热壳体11，该导热壳体11内设有空心腔体1a，在所述导热壳体11的壁上贯穿有支撑孔11a，在该支撑孔11a内穿设有撑杆12，该撑杆12的外端伸出所述导热壳体11，该撑杆12的内端伸入所述空心腔体1a并连接有发热组件13，所述发热组件13与所述导热壳体11的内壁之间设有间隙。为了使导热壳体11快速形成均匀等温体，所述导热壳体11为铜球壳体。

所述撑杆12包括撑杆本体121，该撑杆本体121沿所述导热壳体11的直径方向穿设在所述支撑孔11a内，在该撑杆本体121的中部固定有限位环122，该限位环122位于所述导热壳体11内，该限位环122上设有与所述导热壳体11内壁相适应的球形抵靠面，在所述限位环122外侧的所述撑杆本体121上套设有内侧密封垫圈123，所述球形抵靠面将所述内侧密封垫圈123压紧在所述导热壳体11的内壁；

在所述撑杆本体121上螺纹套设有锁紧螺母124，该锁紧螺母124位于所述导热壳体11外，该锁紧螺母124与所述导热壳体11之间的所述撑杆本体121上套设有外侧密封垫圈125，所述锁紧螺母124将所述外侧密封垫圈125压紧在所述导热壳体11的外壁；在所述撑杆本体121内沿其轴向设有电源线过孔，该电源线过孔的外端从所述撑杆本体121的外端面穿出，该电源线过孔的内端延伸至所述限位环122处，在所述限位环122上开设有斜向连通孔，该斜向连通孔的一端与所述电源线过孔接通，该斜向连通孔的另一端伸出所述限位环122，所述加热电源线14依次穿过所述斜向连通孔和电源线过孔，从而穿出所述导热壳体11。

所述发热组件13包括绕线支架131，该绕线支架131与所述撑杆本体121内端连接，该绕线支架131上设有绕线座132，该绕线座132上绕设有电热丝133，电热丝133的两端分别连接有加热电源线14，所述加热电源线14穿出所述导热壳体11；所述绕线支架131包括支杆131a，该支杆131a与所述撑杆本体121垂直，该支杆131a的中部与所述撑杆本体121的内端固定连接，在所述支杆131a的两端分别固定有弹性夹片131b，所述支杆131a两端的弹性夹片131b之间设有所述绕线座132，该绕线座132呈圆柱状，该绕线座132的两端分别与所述弹性夹片131b抵紧，在所述绕线座132的外壁设有螺纹状的绕线槽，在该绕线槽内绕设有所述电热丝133；所述绕线座132的两端端面上分别设有限位凹陷，在所述弹性夹片131b上对应所述限位凹陷分别设有限位卡头131c，所述限位卡头131c落在对应的所述限位凹陷内。

在所述支杆131a上设有两个电源线限位孔，两个所述电源线限位孔分别靠近所述支杆131a两端，所述电源线限位孔呈圆台状，所述电源线限位孔的大径端朝向所述绕线座132，在所述电源线限位孔内分别嵌设有固定套131e，该固定套131e与所述电源线限位孔相匹配，所述固定套131e内穿设有所述加热电源线14，所述固定套131e的内壁和所述加热电源线14之间通过耐高温胶粘接固定。

为了便于装配，所述导热壳体11包括两个半球壳体111，两个所述半球壳体111相互扣合；

在两个所述半球壳体111的环形端面上分别一体成型有对扣环112，其中一个所述对扣环112位于对应的所述环形端面的内圈边缘，从而形成内扣环；另一个所述对扣环112位于对应的所述环形端面的外圈边缘，从而形成外扣环；

所述内扣环的外壁与所述外扣环的内壁抵紧，在所述外扣环的内壁环向设有一圈扣接限位环114，在所述内扣环的外壁对应环向设有一圈扣接限位槽，所述扣接限位环114落在所述扣接限位槽内；

所述对扣环112的外侧端面与另一个所述半球壳体111的所述环形端面抵紧，所述对扣环112的外侧端面和与其抵紧的所述环形端面上同时设有环状的密封环槽，在该密封环槽内设有密封环113。

在两个所述半球壳体111的边缘处分别设有扣合缺口，二者的所述扣合缺口对应设置形成所述支撑孔11a。

图8、9、10显示了采用本发明形成的一种热传导测量装置，包括箱体a和控制显示模块3，在所述箱体a内设有第一感温模块2和本发明记载的用于材料热传导性能表征的发热装置，用于材料热传导性能表征的发热装置和所述第一感温模块2间隔设置，所述用于材料热传导性能表征的发热装置、第一感温模块2与所述控制显示模块3连接；所述绕线座132的材质为石英石，所述绕线支架131为不锈钢，所述撑杆本体121内端为石英石，所述撑杆本体121外端为耐高温塑料材质。

在所述箱体a的任一侧壁设有热源安装孔，所述撑杆本体121的外端插设在该热源安装孔内，所述撑杆本体121的外壁和所述热源安装孔的孔壁之间设有密封筒15，所述撑杆本体121的外壁与所述密封筒15的内壁粘接密封，所述密封筒15的外壁环向套设有防水圈，该防水圈与所述热源安装孔的孔壁贴紧，所述加热电源线14通过所述热源安装孔伸出所述箱体a，所述导热壳体11通过所述撑杆本体121悬挂在所述箱体a内；

所述撑杆本体121水平设置，在所述箱体a与所述热源安装孔正对的侧壁上设有感温悬臂25，该感温悬臂25水平设置，该感温悬臂25与所述撑杆本体121位于同一直线上，该感温悬臂25的外端与所述箱体a的内侧壁固定连接，该感温悬臂25的内端设有所述第一感温模块2。

更进一步，所述第一感温模块2包括第一温度传感器21和第一发射器22，所述第一温度传感器21的信号输出端与所述第一发射器22的信号输入端电连接，所述第一温度传感器21位于所述撑杆本体121的延长线上，所述第一温度传感器21自带传感器电源；

所述控制显示模块3位于所述箱体a外侧，所述控制显示模块3包括控制器33，在该控制器33的信号接收端上连接有接收器31，在所述控制器33的显示控制端上连接有显示屏32；

所述第一发射器22的信号输出端与所述接收器31的信号输入端无线连接，所述接收器31的信号输出端连接所述控制器33；

在所述导热壳体11的外壁还设有第二感温模块5，该第二感温模块5包括第二温度传感器51和第二发射器52，所述第二温度传感器51贴在所述导热壳体11的外壁，所述第二温度传感器51位于所述撑杆本体121的延长线上，所述第二温度传感器51自带传感器电源，所述第二温度传感器51的信号输出端与所述第二发射器52的信号输入端连接，所述第二发射器52的信号输出端向所述接收器31发射无线信号；所述第一发射器22、第二发射器52与所述接收器31预先实现通信。

在所述加热电源线14连接有加热电源，该加热电源与所述发热组件13之间的所述加热电源线14上设有通断开关15，该通断开关15接收并执行所述控制器33向其发出的开关信号。

加热电源对于导热壳体11的加热方式可选择两种：

第一种加热方式为恒温式加热；具体的，设定导热壳体11的目标温度为某固定值，第二温度传感器51用于测量导热壳体11的温度，并通过控制器33实时对发热组件13加热，当第二温度传感器51测得的温度低于或高于设定的目标温度时，控制器33控制通断开关15开、通，进而使导热壳体11温度保持为设定的温度值，使导热壳体11形成等温发热体；

第二种加热方式为恒压式加热；具体的，对同一个电热丝133，其电阻值恒定，加热电源向其提供恒定电压，从而保证电热丝133的发热量恒定，并通过热辐射的方式对导热壳体11进行加热，此种加热方法可不关注导热壳体11的温度变化，仅需在开始测量和结束测量时控制通断开关15开、通即可，电热丝133的功率保持恒定，从而使导热壳体11形成等能量发热体。

在对各类材料的导热性能/热传导能力进行测量时，也可具体分为以下三种方法：

方法①、固定第一感温模块2的位置，从而使第一温度传感器21和第二温度传感器51的间距固定，测量并绘制得到第一温度传感器21测得的温度和第二温度传感器51测得的温度随时间的变化曲线；

方法②、固定第一感温模块2的位置，从而使第一温度传感器21和第二温度传感器51的间距固定，测量并绘制得到第一温度传感器21和第二温度传感器51测得的温度差随时间的变化曲线；

方法③、设置多个第一感温模块2，并使多个第一感温模块2沿第二温度传感器51所在的直径方向分布，从而在与第二温度传感器51距离不同的位置设置第一温度传感器21，测量并绘制得到同一时刻下多个所述第一温度传感器21和所述第二温度传感器51测得的温度差随距离的变化曲线，在所述感温悬臂25上沿其长度还设有刻度标记。

例如，在采用恒温式加热和方法①测量材料的导热性能/热传导能力时，以上第一温度传感器21用于测量其所处位置不同时刻的温度，并将测试结果反馈给控制器33，并可最终按设定的时间间隔显示在显示屏32上，按时间顺序记录显示屏32读数，绘制曲线即可衡量、比较材料的导热性能。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于材料热传导性能表征的发热装置，其特征在于：包括球状的导热壳体（11），该导热壳体（11）内设有空心腔体（1a），在所述导热壳体（11）的壁上贯穿有支撑孔（11a），在该支撑孔（11a）内穿设有撑杆（12），该撑杆（12）的外端伸出所述导热壳体（11），该撑杆（12）的内端伸入所述空心腔体（1a）并连接有发热组件（13），所述发热组件（13）与所述导热壳体（11）的内壁之间设有间隙；

所述撑杆（12）包括撑杆本体（121），该撑杆本体（121）沿所述导热壳体（11）的直径方向穿设在所述支撑孔（11a）内，在该撑杆本体（121）的中部固定有限位环（122），该限位环（122）位于所述导热壳体（11）内，该限位环（122）上设有与所述导热壳体（11）内壁相适应的球形抵靠面，在所述限位环（122）外侧的所述撑杆本体（121）上套设有内侧密封垫圈（123），所述球形抵靠面将所述内侧密封垫圈（123）压紧在所述导热壳体（11）的内壁；

在所述撑杆本体（121）上螺纹套设有锁紧螺母（124），该锁紧螺母（124）位于所述导热壳体（11）外，该锁紧螺母（124）与所述导热壳体（11）之间的所述撑杆本体（121）上套设有外侧密封垫圈（125），所述锁紧螺母（124）将所述外侧密封垫圈（125）压紧在所述导热壳体（11）的外壁。

2.根据权利要求1所述的用于材料热传导性能表征的发热装置，其特征在于：所述发热组件（13）包括绕线支架（131），该绕线支架（131）与所述撑杆本体（121）内端连接，该绕线支架（131）上设有绕线座（132），该绕线座（132）上绕设有电热丝（133），电热丝（133）的两端分别连接有加热电源线（14），所述加热电源线（14）穿出所述导热壳体（11）。

3.根据权利要求2所述的用于材料热传导性能表征的发热装置，其特征在于：所述绕线支架（131）包括支杆（131a），该支杆（131a）与所述撑杆本体（121）垂直，该支杆（131a）的中部与所述撑杆本体（121）的内端固定连接，在所述支杆（131a）的两端分别固定有弹性夹片（131b），所述支杆（131a）两端的弹性夹片（131b）之间设有所述绕线座（132），该绕线座（132）呈圆柱状，该绕线座（132）的两端分别与所述弹性夹片（131b）抵紧，在所述绕线座（132）的外壁设有螺纹状的绕线槽，在该绕线槽内绕设有所述电热丝（133）。

4.根据权利要求3所述的用于材料热传导性能表征的发热装置，其特征在于：所述绕线座（132）的两端端面上分别设有限位凹陷，在所述弹性夹片（131b）上对应所述限位凹陷分别设有限位卡头（131c），所述限位卡头（131c）落在对应的所述限位凹陷内。

5.根据权利要求3或4所述的用于材料热传导性能表征的发热装置，其特征在于：在所述支杆（131a）上设有两个电源线限位孔，两个所述电源线限位孔分别靠近所述支杆（131a）两端，所述电源线限位孔呈圆台状，所述电源线限位孔的大径端朝向所述绕线座（132），在所述电源线限位孔内分别嵌设有固定套（131e），该固定套（131e）与所述电源线限位孔相匹配，所述固定套（131e）内穿设有所述加热电源线（14），所述固定套（131e）的内壁和所述加热电源线（14）之间粘接固定。

6.根据权利要求2、3或4所述的用于材料热传导性能表征的发热装置，其特征在于：在所述撑杆本体（121）内沿其轴向设有电源线过孔，该电源线过孔的外端从所述撑杆本体（121）的外端面穿出，该电源线过孔的内端延伸至所述限位环（122）处，在所述限位环（122）上开设有斜向连通孔，该斜向连通孔的一端与所述电源线过孔接通，该斜向连通孔的另一端伸出所述限位环（122），所述加热电源线（14）依次穿过所述斜向连通孔和电源线过孔，从而穿出所述导热壳体（11）。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的用于材料热传导性能表征的发热装置，其特征在于：所述导热壳体（11）包括两个半球壳体（111），两个所述半球壳体（111）相互扣合；

在两个所述半球壳体（111）的环形端面上分别一体成型有对扣环（112），其中一个所述对扣环（112）位于对应的所述环形端面的内圈边缘，从而形成内扣环；另一个所述对扣环（112）位于对应的所述环形端面的外圈边缘，从而形成外扣环；

所述内扣环的外壁与所述外扣环的内壁抵紧，在所述外扣环的内壁环向设有一圈扣接限位环（114），在所述内扣环的外壁对应环向设有一圈扣接限位槽，所述扣接限位环（114）落在所述扣接限位槽内；

所述对扣环（112）的外侧端面与另一个所述半球壳体（111）的所述环形端面抵紧，所述对扣环（112）的外侧端面和与其抵紧的所述环形端面上同时设有环状的密封环槽，在该密封环槽内设有密封环（113）。

8.根据权利要求7所述的用于材料热传导性能表征的发热装置，其特征在于：在两个所述半球壳体（111）的边缘处分别设有扣合缺口，二者的所述扣合缺口对应设置形成所述支撑孔（11a）。

9.根据权利要求1、2、3或4所述的用于材料热传导性能表征的发热装置，其特征在于：所述导热壳体（11）为铜球壳体。

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