CN110887862A - 一种快速导热性能测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速导热性能测试装置及方法，装置包括底座、设于底座上的升降平移组件及环境温度测试件、设于升降平移组件上的红外成像仪、设于塑料样条上的测试热源及样条温度测试件；方法包括：1)将塑料样条及环境温度测试件设于底座上；2)在塑料样条上布设测试热源及样条温度测试件；3)通过升降平移组件调节红外成像仪位置；4)启动测试热源，通过红外成像仪及样条温度测试件记录塑料样条温度；5)待温度稳定后，根据红外图像与温度测试数据得到塑料样条导热性能。与现有技术相比，本装置结构简单、操作简便，通过红外成像仪及热电偶即可获得样条温度分布，并通过环境温度检测件消除环境温度的影响，使检测结果更加直观可靠。

Description

一种快速导热性能测试装置及其测试方法

技术领域

本发明属于材料导热系数测定技术领域，涉及种快速导热性能测试装置及其测试方法。

背景技术

在塑料导热测试过程中，为了对导热塑料导热性能进行测试，需要确定一个稳定的测试方法。目前对导热材料的测试方法很多，按照热流法一般可以分为稳态和非稳态两种。其中稳态法测试时间长，需要几个小时才能得出结果，且测试设备昂贵，其中测试范围宽和精度高的均为国外公司相关设备。非稳态法测试周期短，通常一个实验结果只需要几分钟，但是测试误差相对较大，此外非稳态法在测试导热系数的同时还可以得到热扩散系数、热导率以及比热数据。

目前绝大多数导热仪器是为了测试金属和陶瓷材料设计，仪器量程、测试温度等不适合测试导热高分子材料，其主要原因：一方面导热高分子材料基础研究和开发在国内刚起步，导热性能测试标准尚未建立；另一方面国内有关高分子材料热导率测试的研究很少，且没有指定相应的标准和标样，致使导热率测试和报道差异大，直接影响导热高分子复合材料研究及其产品市场的应用。

中国专利CN106970105A披露了一种热源布局可变的结构导热性能测试平台及其测试方法，该测试平台包含有：真空罩、真空泵、支承部件、红外热像仪、布局可变的热源及其控制部分、热沉及其控制部分；该专利的测试平台需要抽真空后，试件一端连接热沉，放置于热源上进行接触，通过红外热像仪拍摄试件表面的温度分布图像，根据图像得出试件的导热性能。该装置测试需要进行抽真空操作，对装置密封性有一定要求，且增加操作难度，通过红外热像仪拍摄温度分布，但是没有得出试件本身温度随热源温度及时间的变化。

中国专利CN206387755U披露了一种导热能效对比测试装置，该装置包含有：样品件、第一电偶线、第二电偶线和温度传感模块、第一铜件、第二铜件、下落件、保温罩、压力传感模块；该专利将第一电偶线置于样品件上方且在样品与第1铜件之间，将第二电偶线置于样品件下方且在样品与第二铜件之间，第二铜件作为发热铜件作为热源，热量通过样品传导至第一铜件，通过第一电偶线测得被测样品上表面温度随时间变化的信息，对比第二电偶线测得发热铜件的温度信息，进而得出样品的导热性能。该装置采用热源及通过样品导热后表面两点测温，未考虑到环境温度的影响。此外，该专利为一个面向另一个面进行传热，电偶线放置于铜件与样品之间，只能测量一个点的温度。

中国专利CN206292196U公开了一种用于导热硅脂导热性能的测试装置，包括电发热体、散热基板、支撑柱、温度传感器、保护罩壳、开关电源和数据记录仪，支撑柱设于散热基板底面四角，电发热体通过螺栓设于散热基板上，温度传感器设于电发热体表面以及散热基板的上下表面，保护罩壳罩合电发热体和散热基板，开关电源的正负极连接所述电发热体的电源输入端，温度传感器的信号输出端连接数据记录仪的信号输入端，该装置可对材料进行有效的导热性能测试，但由于该装置需要将电发热体与散热基板连接的螺栓拧紧且保证扭矩相同，导致其测试过程中对测试操作的要求较高，并且测试过程中未考虑到环境温度的影响，使得测试结果存在一定误差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种快速导热性能测试装置及其测试方法，用于测试不同时间下塑料样条整体的温度分布，从而获得更加准确可靠的塑料样条的导热性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种快速导热性能测试装置，包括底座、升降平移组件、红外成像仪、测试热源、样条温度测试件以及环境温度测试件；

所述的升降平移组件设于底座；

所述的红外成像仪设于升降平移组件上；

所述的测试热源设于塑料样条一端；

所述的样条温度测试件设于塑料样条上；

所述的环境温度测试件设于底座上并与塑料样条相分离。

测试时，塑料样条置于底座上并通过底座上的样条固定件(如压板、压块等)固定，测试热源将塑料样条的一端加热，通过红外成像仪及样条温度测试件获得不同时间下塑料样条的温度分布，从而获得塑料样条的导热性能；

所述的升降平移组件用于调节红外成像仪的位置，使其能完整拍摄塑料样条的温度分布，所述的环境温度测试件用于检测环境温度以便于后期数据处理时消除环境温度波动的影响。

进一步地，所述的测试热源为定额LED灯。

采用定额LED灯(0.5-3W)作为测试热源，具有成本低、更换方便、使用便捷、升温较快的优点，只需要提供稳定的电源，即可在短时间内得到温度稳定的热源。其中，由于定额LED灯无法采用直接接触式方法测温，因此可通过红外成像仪测量LED灯中心点温度。

进一步地，所述的测试热源上涂覆有导热硅脂。

进一步地，所述的升降平移组件包括支撑杆及水平移动杆；

所述的支撑杆竖直设于底座上；

所述的水平移动杆竖直滑动设于支撑杆上；

所述的红外成像仪水平滑动设于水平移动杆上。

通过支撑杆及水平移动杆调整红外成像仪在竖直方向及水平方向的位置。

进一步地，所述的支撑杆上设有竖直滑轨，所述的水平移动杆上设有竖直滑块，所述的支撑杆与水平移动杆之间通过竖直滑轨及竖直滑块滑动连接；

所述的水平移动杆上设有水平滑轨，所述的红外成像仪上设有水平滑块，所述的水平移动杆与红外成像仪之间通过水平滑轨及水平滑块滑动连接；

所述的竖直滑块及水平滑块上均设有滑块锁紧件，所述的水平移动杆及红外成像仪分别通过相应的滑块锁紧件固定于支撑杆及水平移动杆上。

所述的滑块锁紧件可采用市售的任一种可实现将滑块固定于滑轨上的滑块锁紧装置。

进一步地，所述的塑料样条上沿长度方向设有多个样条温度测试件。

进一步地，多个样条温度测试件等间距均匀布设于塑料样条上。

所述的测试热源置于塑料样条的端部，使得热量沿塑料样条的长度方向传递，通过多个样条温度测试件以获得塑料样条上设定位置的温度数据，进而获得塑料样条的温度分布。

作为优选的技术方案，所述的测试热源与多个样条温度测试件等间距均匀布设于塑料样条上。

进一步地，所述的样条温度测试件及环境温度测试件均为热电偶块，通过热电偶采用直接接触式方式测量塑料样条不同位置的温度变化情况，以及环境温度。

进一步地，所述的装置还包括分别与样条温度测试件及环境温度测试件电连接的温度显示仪，用于显示样条部分温度及环境温度。

一种基于上述的快速导热性能测试装置的测试方法，包括以下步骤：

1)将塑料样条及环境温度测试件置于底座上；

2)在测试热源，即定额LED灯，表面涂覆导热硅脂，并固定于塑料样条一端，并在塑料样条上沿长度方向等间距布设多个样条温度测试件；

3)通过升降平移组件调节红外成像仪的位置，使红外成像仪能拍摄到塑料样条表面图像；

4)启动测试热源，通过红外成像仪及样条温度测试件定时记录定额LED灯及塑料样条温度；

5)待塑料样条温度稳定后，通过红外成像仪拍摄塑料样条表面温度分布图像，即塑料样条的温度分布热力图，通过样条温度测试件获得塑料样条温度测试数据，并根据红外图像和温度测试数据得到塑料样条导热性能。

工作原理：本装置以固定功率的LED灯作为测试热源，并通过导热硅脂固定于塑料样条的一端，在塑料样条上等间距布设多个热电偶块，以测量相应位置处的塑料样条的温度；测试时，LED灯产生的热量将沿着塑料样条传递，根据不同位置处热电偶块检测到的温度，得出样条的温度分布，在塑料样条上方还设有红外成像仪，可以测量LED灯中心点温度，并获得塑料样条表面的红外热图像，从而获得加热后塑料样条整体的温度分布情况，结合热电偶块的检测结果，对比测试热源与塑料样条不同距离点温度，升温快慢程度及稳定后温度数据差，即可评价塑料样条的导热性能。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)操作简便，在底座上放置样条，连接定额LED灯及热电偶块，即可进行导热测试；

2)通过在底座上设置热电偶块测试环境温度，以便于后期处理时消除环境温度波动的影响；

3)通过红外成像仪获得样条的温度分布图，使测试结果更加直观。

附图说明

图1为本发明中一种快速导热性能测试装置的结构示意图；

图中标记说明：

1-支撑杆、2-红外成像仪、3-测试热源、4-底座、5-水平移动杆、6-样条温度测试件、7-温度显示仪、8-环境温度测试件、9-塑料样条。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图1所示的一种快速导热性能测试装置，用于测试塑料样条9的导热性能，包括底座4、设于底座4上的升降平移组件、设于升降平移组件上的红外成像仪2、设于塑料样条9一端的测试热源3、沿长度方向等间距均匀布设于塑料样条9上的3个样条温度测试件6以及设于底座4上并与塑料样条9相分离的环境温度测试件8；

其中，测试热源3为功率为3-5W的定额LED灯，并且该定额LED灯上涂覆有导热硅脂；

升降平移组件包括竖直设于底座4上的支撑杆1及竖直滑动设于支撑杆1上的水平移动杆5；红外成像仪2水平滑动设于水平移动杆5上。

支撑杆1上设有竖直滑轨，水平移动杆5上设有竖直滑块，支撑杆1与水平移动杆5之间通过竖直滑轨及竖直滑块滑动连接；水平移动杆5上设有水平滑轨，红外成像仪2上设有水平滑块，水平移动杆5与红外成像仪2之间通过水平滑轨及水平滑块滑动连接；竖直滑块及水平滑块上均设有滑块锁紧件，水平移动杆5及红外成像仪2可分别通过相应的滑块锁紧件固定于支撑杆1及水平移动杆5上。

样条温度测试件6及环境温度测试件8均为热电偶块，并且样条温度测试件6及环境温度测试件8分别与温度显示仪7电连接。

实施例2：

本实施例采用实施例1中的快速导热性能测试装置对塑料样条9进行的导热性能测试，包括以下步骤：

1)将塑料样条9及环境温度测试件8置于底座4上；

2)在测试热源3，即定额LED灯，表面涂覆导热硅脂，并固定于塑料样条9一端，并在塑料样条9上沿长度方向等间距布设3个样条温度测试件6

3)通过升降平移组件调节红外成像仪2的位置，使红外成像仪2能拍摄到塑料样条9表面图像；

4)启动测试热源3，通过红外成像仪2及样条温度测试件6定时记录塑料样条9温度；

5)待塑料样条9温度稳定后，通过红外成像仪2拍摄塑料样条9表面温度分布图像，通过样条温度测试件6获得塑料样条9温度测试数据，并根据红外图像和温度测试数据，对比测试热源3与塑料样条9不同距离点处的温度，升温快慢程度及稳定后温度数据差，即可评价塑料样条9的导热性能。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速导热性能测试装置，该装置用于测试塑料样条(9)的导热性能，其特征在于，所述的装置包括底座(4)、升降平移组件、红外成像仪(2)、测试热源(3)、样条温度测试件(6)以及环境温度测试件(8)；

所述的升降平移组件设于底座(4)；

所述的红外成像仪(2)设于升降平移组件上；

所述的测试热源(3)设于塑料样条(9)一端；

所述的样条温度测试件(6)设于塑料样条(9)上；

所述的环境温度测试件(8)设于底座(4)上并与塑料样条(9)相分离。

2.根据权利要求1所述的一种快速导热性能测试装置，其特征在于，所述的测试热源(3)为定额LED灯。

3.根据权利要求1所述的一种快速导热性能测试装置，其特征在于，所述的测试热源(3)上涂覆有导热硅脂。

4.根据权利要求1所述的一种快速导热性能测试装置，其特征在于，所述的升降平移组件包括支撑杆(1)及水平移动杆(5)；

所述的支撑杆(1)竖直设于底座(4)上；

所述的水平移动杆(5)竖直滑动设于支撑杆(1)上；

所述的红外成像仪(2)水平滑动设于水平移动杆(5)上。

5.根据权利要求1所述的一种快速导热性能测试装置，其特征在于，所述的支撑杆(1)上设有竖直滑轨，所述的水平移动杆(5)上设有竖直滑块，所述的支撑杆(1)与水平移动杆(5)之间通过竖直滑轨及竖直滑块滑动连接；

所述的水平移动杆(5)上设有水平滑轨，所述的红外成像仪(2)上设有水平滑块，所述的水平移动杆(5)与红外成像仪(2)之间通过水平滑轨及水平滑块滑动连接；

所述的竖直滑块及水平滑块上均设有滑块锁紧件，所述的水平移动杆(5)及红外成像仪(2)分别通过相应的滑块锁紧件固定于支撑杆(1)及水平移动杆(5)上。

6.根据权利要求1所述的一种快速导热性能测试装置，其特征在于，所述的塑料样条(9)上沿长度方向设有多个样条温度测试件(6)。

7.根据权利要求6所述的一种快速导热性能测试装置，其特征在于，多个样条温度测试件(6)等间距均匀布设于塑料样条(9)上。

8.根据权利要求1所述的一种快速导热性能测试装置，其特征在于，所述的样条温度测试件(6)及环境温度测试件(8)均为热电偶块。

9.根据权利要求1所述的一种快速导热性能测试装置，其特征在于，该装置还包括分别与样条温度测试件(6)及环境温度测试件(8)电连接的温度显示仪(7)。

10.一种基于权利要求1至9任一项所述的快速导热性能测试装置的测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)将塑料样条(9)及环境温度测试件(8)置于底座(4)上；

2)在塑料样条(9)上布设测试热源(3)及样条温度测试件(6)；

3)通过升降平移组件调节红外成像仪(2)的位置，使红外成像仪(2)能拍摄到塑料样条(9)表面图像；

4)启动测试热源(3)，通过红外成像仪(2)及样条温度测试件(6)定时记录塑料样条(9)温度；

5)待塑料样条(9)温度稳定后，通过红外成像仪(2)拍摄塑料样条(9)表面温度分布图像，通过样条温度测试件(6)获得塑料样条(9)温度测试数据，并根据红外图像和温度测试数据得出塑料样条(9)导热性能。

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