CN110940695B - 一种热量汇聚装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种热量汇聚装置，属于热导率测试技术领域，解决了现有技术中加热组件的热流密度较低，热导率测量结果不准确的问题。装置包括加热组件和热量汇聚组件，加热组件放置于热量汇聚组件的上方，热量汇聚组件用于增大加热组件的热流密度φ至(8～9)φ，进而加热试样上表面。本申请可用于高导热材料的热导率测试。

Description

一种热量汇聚装置

技术领域

本申请涉及热导率测试设备技术领域，尤其涉及一种热量汇聚装置。

背景技术

热导率测试技术以一维稳态傅里叶传热定律为理论基础，将具有一定宽厚比的试样放置于加热单元和冷却装置之间，当试样热面和试样冷面的温度均匀地恒定在一定的温差下时，理想状态下其内部(尤其是中心区域)会建立起准一维的纵向稳态热流，根据热流密度、试样热面温度、试样冷面温度和试样厚度即可得到试样的有效热导率。

目前针对热导率≥150W/(m.K)的高导热材料如多孔状高导热碳泡沫的热导率测试，还没有成熟的测试方法。现有的研究中，分别选取瞬态的激光脉冲法导热仪和稳态的保护热流计法导热仪对该材料进行热导率测试试验，发现采用激光脉冲法测试时试样的厚度对测量结果的影响很大，同一批试样厚度不同时测得的热导率数值之间最大能超过50％，因此无法得到可靠的热导率数值；现有的保护热流计法导热仪的测量范围为0.1W/(m.K)～15W/(m.K)，当测量高导热碳泡沫时，施加在试样上下表面的温差只能达到1.5℃左右，无法达到10℃～20℃温差的要求，温差信号的信噪比较差，对测量结果造成很大影响。

发明内容

鉴于上述的分析，本申请旨在提供一种热量汇聚装置，以解决现有技术中普通加热组件的热流密度较低，导致试样上下表面的温差较低，热导率测量结果不准确、一致性差的问题。

本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本申请提供了一种热量汇聚装置，包括加热组件和热量汇聚组件，加热组件放置于热量汇聚组件的上方，热量汇聚组件用于增大加热组件的热流密度φ至(8～9)φ，进而加热试样上表面。

在一种可能的设计中，加热组件为长方体。

在一种可能的设计中，热量汇聚组件自上而下包括上段、中段和下段，上段为长方体，中段为四棱台，下段为长方体。

在一种可能的设计中，上段的上表面与加热组件的下表面贴合，上段的上表面与加热组件的下表面的尺寸相同。

在一种可能的设计中，中段的上表面的尺寸与上段的下表面的尺寸相同；中段的下表面的面积S₂小于中段的上表面的面积S₁；下段的上表面的尺寸与中段的下表面的尺寸相同。

在一种可能的设计中，上段的高度H₁、中段的高度H₂和下段的高度H₃的比例为：H₁:H₂:H₃＝1：(20～30)：(10～15)。

在一种可能的设计中，加热组件包括依次层叠的均温板、加热板和隔热层，其中，加热板包括加热丝或多根加热板条，沿逐渐远离加热板的中心的方向，加热板的加热温度逐渐升高。

在一种可能的设计中，加热板包括沿加热板的中心线镜像布置的加热丝，从加热板的中心至边缘方向，加热丝的形状为呈C型环绕的蛇形线，沿逐渐远离加热板的中心的方向，相邻两圈加热丝之间的距离逐渐减小；

或者，所述加热板的形状为光滑的曲线；

或者，所述加热板包括多条相互平行的板条，沿逐渐远离加热板的中心的方向，所述板条的宽度逐渐减小。

在一种可能的设计中，加热板的形状为光滑的曲线；加热板的形状为螺旋线，沿逐渐远离加热板的中心的方向，相邻两圈螺旋线之间的距离逐渐减小。

在一种可能的设计中，加热组件和热量汇聚组件外部四周均包裹一层隔热材料。

与现有技术相比，本申请至少可实现如下有益效果之一：

a)本申请提供的热量汇聚装置通过设置热量汇聚组件，并通过精确控制热量汇聚组件的各个部分的尺寸，使得下段的下表面上的热流尽可能垂直向下，并且能够将加热组件的热流密度φ扩大至(8～9)φ，进而保证试样上表面与试样下表面的温差达到15～25℃，实现试样热导率的精确测量。

b)本申请的加热组件为分体结构，而非整块的连续板状结构，加热板包括加热丝或多根加热板条，且沿逐渐远离加热板的中心的方向，加热板的加热温度逐渐升高，充分考虑了加热组件边缘处的散热问题，通过提高边缘区域的加热板的温度，使得边缘区域的加热板温度高于中心区域的加热板温度，从而弥补加热组件边缘处的散热，提高加热板整体的温度均匀性，使其更加趋于一维稳态热流，提高热导率测试的准确性。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本申请的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本申请的热量汇聚装置的结构示意图；

图2为本申请实施例4的加热组件的结构示意图；

图3为本申请的加热组件中加热板第一种构型的实物图；

图4为本申请的加热组件中加热板第二种构型的结构示意图；

图5为本申请的加热组件中加热板第三种构型的结构示意图；

图6为本申请实施例4提供的加热板的加热温度-时间曲线图；

图7为本申请实施例5提供的加热组件中均温板下表面的温度分布图；

图8为本申请实施例1提供的热量汇聚组件的结构示意图。

附图标记：

1-加热组件；11-均温板；12-加热板；13-隔热层；2-热量汇聚组件；21-上段；22-中段；23-下段；3-冷板；4-信号采集处理单元；5-试样；61-第一热电偶；62-第二热电偶；63-第三热电偶；64-第四热电偶；7-加热电源组件；8-热流计；9-冷却循环水机；10-隔热材料。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本申请的优选实施例，其中，附图构成本申请的一部分，并与本申请的实施例一起用于阐释本申请的原理。

热导率测试中，目前的普通加热组件的热流密度较低，在测量高导热材料，例如热导率≥150W/(m.K)的材料时，施加在试样上下表面的温差只能达到1.5℃左右，无法达到15℃～25℃温差的要求，温差信号的信噪比较差，导致热导率测量结果不准确、一致性差，对测量结果造成很大影响，因此，申请人经过深入研究，创造性地提出了热量汇聚装置，通过采用热量汇聚组件来将加热组件的热流密度扩大至8～9倍，进而保证高导热试样上下表面的温差达到15℃～25℃，提高测量的准确性。

实施例1

本实施例提供了一种热量汇聚装置，参见图1-5和图8，包括加热组件1和热量汇聚组件2，加热组件1放置于热量汇聚组件2的上方，热量汇聚组件2用于增大加热组件1的热流密度φ至(8～9)φ，进而加热试样5上表面。

与现有技术相比，本申请提供的热量汇聚装置通过设置热量汇聚组件2能够增大加热组件1的热流密度，进而保证试样上表面与试样下表面的温差达到15～25℃，实现试样热导率的精确测量。

此外，热量汇聚装置还包括冷板3和信号采集处理单元4，冷板3用于冷却试样5下表面。

此外，上述热量汇聚装置还包括原位测厚单元(例如，激光位移测量器)，原位测厚单元可设置于试样上表面，这是因为，在热导率的测试过程中，试样5的厚度会随着下表面温度和上表面温度的变化而变化，采用原位测厚单元能够实时测量试样5的厚度，相较于现有技术中放样之前测量试样5的厚度，采用原位测厚单元能够进一步提高高导热材料的热导率测试的准确性。

需要说明的是，热量汇聚组件2自上而下包括上段21、中段22和下段23，上段21为长方体，中段22为四棱台，下段23为长方体。

为了提高热量汇聚组件2的密闭性，防止热量散失，热量汇聚组件2为一体成型结构。

具体的，加热组件1为长方体结构。

具体的，加热组件1的尺寸可以为：长度l₁为200～400mm，宽度w₁为200～400mm，高度h₁为10～20mm；示例性的，加热组件1的尺寸为：300mm×300mm×20mm(l₁×w₁×h₁)。

为了最大程度地利用加热组件1的热量，减少加热组件1的热量散失，上段21的上表面与加热组件1的下表面贴合，上段21的上表面与加热组件1的下表面的尺寸相同；因此上段21的上表面的尺寸为：长度l₂为200～400mm，宽度w₂为200～400mm；示例性的，上段21的上表面的尺寸为：300mm×300mm(l₂×w₂)。

中段22的上表面的尺寸与上段21的下表面的尺寸相同；中段22的下表面的面积S₂小于中段22的上表面的面积S₁，且S₂＝(0.08～0.3)S₁，中段22的下表面的尺寸为：长度l₃为50～150mm，宽度w₃为50～150mm；示例性的，中段22的下表面的尺寸为：100mm×100mm(l₃×w₃)。

下段23的上表面的尺寸与中段22的下表面的尺寸相同。

由于一维传热模型的需要，加热组件1向下的一维平面状热流经过热量汇聚组件2的汇集作用后，当通过下段23下表面传导给试样5时，仍需要保持一维平面状热流。因此，上段21的高度H₁、中段22的高度H₂和下段23的高度H₃需要选择合理的匹配关系，来达到该目的。本申请通过传热仿真的方法来评估H₁、H₂和H₃三者的匹配关系对下段23下表面一维热流的影响程度，进而多次迭代优化得到三者的合理选取范围为：H₁：H₂：H₃＝1:(20～30):(10～15)。当选择合理的高度时，经过下段23下表面中心计量区内的热流密度不均匀性优于5％。示例性的，H₁为2mm，H₂为60mm，H₃为20mm。

通过精确控制热量汇聚组件2的各部分的尺寸，使得下段23的下表面上的热流尽可能垂直向下，并且能够将加热组件1的热流密度φ扩大至(8～9)φ，即将热流密度扩大至原来的8～9倍，进而保证试样上表面与试样下表面的温差达到15～25℃，实现试样热导率的精确测量。

为了能够实时测量热量汇聚组件2和试样5的温度分布情况，在中段22的距离中段22上表面2mm的平面的几何中心处设有第一孔槽，第一孔槽自其所在平面的几何中心水平延伸至侧棱外；在下段23的距离下段23下表面2mm的平面的几何中心处设有第二孔槽，第二孔槽自其所在平面的几何中心水平延伸至侧边外；在试样5的距离试样5上表面2mm的平面的几何中心处设有第三孔槽，第三孔槽自其所在平面的几何中心水平延伸至侧边外；在试样5的距离试样5下表面2mm的平面的几何中心处设有第四孔槽，第四孔槽自其所在平面的几何中心水平延伸至侧边外。

需要说明的是，第一孔槽至第四孔槽均用于放置热电偶；具体的，第一孔槽用于放置第一热电偶61，第二孔槽用于放置第二热电偶62，第三孔槽用于放置第三热电偶63，第四孔槽用于放置第四热电偶64，热电偶采用上述热电偶布置方式，能够更加准确地测得热量汇聚组件2和试样5的不同位置处的温度分布情况，同时，将上述第一孔槽至第四孔槽布置在上述位置能够更好地释放热量汇聚组件2和试样5在升降温过程中产生的热应力，避免热胀冷缩变形。

上述第一孔槽至第四孔槽的直径太小的话，热电偶不好放置，直径太大的话，会影响热量汇聚组件2和试样5的热量分布，因此第一孔槽至第四孔槽的直径均为1～1.5mm。

为了能够实时测量通过试样5的热流密度，试样5下表面下方设有热流计8。

具体来说，热流计8可以为表面式薄膜热流计(厚度为3.5mm)，热流密度测量范围0～3.14MW/m²。

原位测厚单元、热流计8、第三热电偶63和第四热电偶64均与信号采集处理单元4相连，信号采集处理单元4用于采集第三热电偶63和第四热电偶64的温度测量值、热流计8的热流密度测量值以及试样5厚度，并计算得到热导率。

此外，上述测试装置还包括加热电源组件7，加热电源组件7包括温控仪，第一热电偶61和第二热电偶62均与加热电源组件7相连，第一热电偶61和第二热电偶62将测得的数据传递至温控仪，温控仪通过分析数据后发出信号至加热电源组件7，进而控制加热电源组件7调节输出电压以实现温度的准确控制。

冷板3设于热流计8的下方，冷板3通过外部的冷却循环水机9进行制冷，把试样5下方的热量及时带走，以实现试样5下方温度的稳定。

考虑到冷板3需要能够迅速的把热量传导出去，因此要求冷板3的导热性能较好，同时考虑到降低成本，因此，冷板3可以是铜板。

具体的，考虑到试样5是长方体结构，为了尽量减少热量的损失，同时尽量节省成本，冷板3和热流计8均设置为长方体结构，且冷板3和热流计8的上表面尺寸与试样5的上表面尺寸相同。

考虑到减少热量损失，热量汇聚组件2应选择导热系数高的合金，(铜，或者铝合金等)优选的，热量汇聚组件2为铝合金，热量汇聚组件2的热导率为230～250W/(m.K)，示例性的，热量汇聚组件2的热导率为240W/(m.K)。

为了有效控制热量汇聚装置向四周的散热损失，保障实现试样5厚度方向的一维热流条件，整个加热组件1、热量汇聚组件2、试样5、冷板3和热流计8构成的单元外部四周包裹一层隔热材料10。

具体的，为了尽量减小隔热材料10对热导率测试过程的影响，隔热材料10可以选择热导率较低的纤维增强二氧化硅气凝胶隔热材料，示例性的，纤维增强二氧化硅气凝胶隔热材料的室温热导率为0.03W/(m.K)。

考虑到隔热材料10的厚度过小，隔热效果不够好，厚度过大，隔热效果增加不显著，且浪费成本，因此控制隔热材料10的厚度为25～35mm，优选的，隔热材料10的厚度为30mm。

为了降低生产成本，加热组件1为铜板电阻加热器。

如图2所示，考虑到加热组件1边缘处的散热问题，加热组件1包括依次层叠的均温板11、加热板12和隔热层13，其中，加热板12包括加热丝或多根加热板条，沿逐渐远离加热板12的中心的方向，加热板12的加热温度逐渐升高；将加热组件1设为分体结构，而非整块的连续板状结构，且沿逐渐远离加热板12的中心区域，加热板12的加热温度逐渐升高，充分考虑了加热组件1边缘处的散热问题，通过提高边缘区域的加热板12的温度，使得边缘区域的加热板12温度高于中心区域的加热板12温度，从而弥补加热组件1边缘处的散热，提高加热板12整体的温度均匀性，使其更加趋于一维稳态热流，提高热导率测试的准确性。

对于加热板12的构型可以有以下三种，具体来说，第一种，其可以为方形环绕式构型，参见图3，包括沿加热板12的纵向对称轴镜像布置的加热丝，从加热板12的中心至边缘方向，加热丝的形状为呈C型(这里的C型指广义上的C型，可以理解为具有开口部的环绕形状，如带有折边的直线段环绕，曲线环绕等)环绕的蛇形线，沿逐渐远离加热板12的中心的方向，相邻两圈加热丝之间的距离逐渐减小，也就是说，从加热板12的中心至边缘方向，加热丝包括多条首尾相接的C型丝，多条C型丝依次首尾套合，从而构成C型环绕的蛇形线。通过上述构型，能够实现沿逐渐远离加热板12的中心加热板12的加热温度逐渐升高这一目的，从而提高加热板12整体的温度均匀性，使其更加趋于一维稳态热流，提高热导率测试的准确性。

如图3所示，加热板12可以为一根加热丝环绕而成的外形呈方形的加热板，以方形加热板上表面的纵向对称轴为基准，加热板的加热丝呈左右对称的结构，左侧部分加热丝的环绕方式为，以纵向对称轴上的点为起点，向上沿C型环绕，至C型上端点后，然后再向左向下沿C型环绕，至C型下端点后，再向左向上沿C型环绕，依次环绕，形成从加热板的中心至边缘方向，C型开口依次增大、多个C型首尾相接的蛇形线；右侧部分加热丝的环绕方式为，以纵向对称轴上的点为起点，向上沿C型环绕，至C型上端点后，然后再向右向下沿C型环绕，至C型下端点后，再向右向上沿C型环绕，依次环绕，形成从加热板的中心至边缘方向，C型开口依次增大、多个C型首尾相接的蛇形线。左侧部分加热丝的起点与右侧部分加热丝的起点相同，左侧部分加热丝和右侧部分加热丝共同形成关于纵向对称轴镜像对称的方形环绕式构型。

加热板12的第二种构型，加热板12的形状可以为光滑的曲线，参见图4，也就是说，上述加热板12中的加热丝不具有折角。这是因为，升温或降温时加热丝会产生明显的由热胀冷缩现象导致的热应力，当有折角存在时，加热丝元件极易在折角处发生损伤甚至断裂，将加热丝元件的形状设置为光滑的曲线，不具有折角，能够避免上述热应力的产生，从而减少加热丝元件损伤和断裂情况的发生。

示例性地，上述加热板12的形状为螺旋线，一方面是因为可以避免出现热应力产生的折角损坏和断裂，另一方面是因为螺旋形呈现为近似圆形结构的对称，能够进一步提高均温性高温发热组件的发热均匀性。沿逐渐远离加热板12的中心的方向，相邻两圈螺旋线之间的距离逐渐减小，也就是说，上述加热板12采用内疏外密的对称构型来实现加热板1的加热温度逐渐升高，这样能够抵消加热组件1边缘处的热损失，从而进一步提高加热组件1的加热均匀性。

从安装的角度考虑，上述螺旋线可以为费马螺旋线，需要说明的是，费马螺旋线是一种内疏外密对称构型的螺旋线，此种结构能够有效地保证上述加热组件1的加热均匀性，此外，由于费马螺旋线的两端均位于螺旋的外圈，从而便于与其他供电装置的连接。

加热板12的第三种构型，加热板12可以包括多条相互平行的板条，沿逐渐远离加热板12的中心，板条的宽度逐渐减小，参见图5，也就是说，上述加热板12通过调整板条的宽度来实现加热板1的加热温度逐渐升高。具体来说，由于多条板条两端施加的电流相同，那么，相邻两条板条中，靠近加热板12中心的板条宽度较大，电阻较小，发热量较小，从而能够使得沿逐渐远离加热板12中心方向的加热板12的加热温度逐渐升高。举例来说，上述板条的宽度可以控制在20mm～50mm之间，相邻两条板条之间的间隙可以控制在5mm～14mm，板条的数量可以控制在6～9条。

与现有技术相比，本申请提供的热量汇聚装置通过设置热量汇聚组件能够增大加热组件的热流密度，并通过精确控制热量汇聚组件的各个部分的尺寸，使得下段的下表面上的热流尽可能垂直向下，并且能够将加热组件的热流密度φ扩大至(8～9)φ，进而保证试样上表面与试样下表面的温差达到15～25℃，实现试样热导率的精确测量。

本申请提供的热量汇聚装置中的加热组件为分体结构，而非整块的连续板状结构，且沿逐渐远离加热板的中心区域，加热板的加热温度逐渐升高，充分考虑了加热组件边缘处的散热问题，通过提高边缘区域的加热板的温度，使得边缘区域的加热板温度高于中心区域的加热板温度，从而弥补加热组件边缘处的散热，提高加热板整体的温度均匀性，使其更加趋于一维稳态热流，提高热导率测试的准确性。

本申请的热量汇聚装置采用原位测厚单元，能够实时测量试样的厚度，相较于现有技术中放样之前测量试样厚度，采用原位测厚单元能够进一步提高热导率测试的准确性。

实施例2

本实施例提供了一种高导热材料的热导率测试方法，采用上述实施例1的热量汇聚装置，本实施例中的高导热材料为碳质泡沫试样5，热导率测试方法包括如下步骤：

步骤1：将碳质泡沫试样5置于热量汇聚组件2与冷板3之间，在试样下表面和冷板3之间设置热流计8；

步骤2：启动加热组件1，使碳质泡沫试样5上表面温度升至待测温度，恒温；

步骤3：在步骤2启动加热组件后，启动冷却循环水机9，设定循环水的温度，使用循环水对试样制冷，使碳质泡沫试样5下表面温度至待测温度并达到恒温；

步骤4：待整个系统达到平衡状态(碳质泡沫试样上表面温度、碳质泡沫试样下表面温度、碳质泡沫试样厚度以及碳质泡沫试样热流密度均达到平衡状态)后，信号采集处理单元4采集碳质泡沫试样5上表面温度数据T₃(图1中第三热电偶的测量值)、碳质泡沫试样5下表面温度数据T₄(图1中第四热电偶的测量值)、碳质泡沫试样5热流密度φ以及碳质泡沫试样5厚度d，根据一维稳态傅里叶传热公式，计算获得试样的热导率。

具体的，步骤1中，由于碳质泡沫试样5的表面是多孔状的，有孔的地方导热效果不好，因此为了让碳质泡沫试样5与热量汇聚组件2与热流计8接触更好，需要在碳质泡沫试样5的上下表面均匀涂上导热膏，导热膏的厚度为0.5～1mm。

具体的，测试过程中，原位测厚单元能够实时测量碳质泡沫试样5在热导率测试过程中的厚度d(即图1中第三孔槽和第四孔槽之间的距离)。

具体的，步骤4中，热导率λ的计算公式为：

实施例3

本实施例提供了高导热碳质泡沫试样5的加热测试，采用上述实施例1的热量汇聚装置。其中，加热组件1为铜板电阻加热器，铜板电阻加热器的尺寸为：300mm×300mm×20mm(l₁×w₁×h₁)，上段21的上表面的尺寸为：300mm×300mm(l₂×w₂)；中段22的下表面的尺寸为：100mm×100mm(l₃×w₃)；H₁为2mm，H₂为60mm，H₃为20mm。加热测试包括如下步骤：

S1、将碳质泡沫试样5置于热量汇聚组件2与冷板3之间，在碳质泡沫试样5下表面和冷板3之间设置热流计8；

S2、启动加热组件1，使碳质泡沫试样5上表面温度升至待测温度50℃，恒温，此时加热组件1的温度为60.7℃，电加热功率为849W；

S3：上述S2中启动加热组件1后，启动冷却循环水机9，设定循环水的温度为10℃，使碳质泡沫试样5下表面温度达到稳定温度32℃，此时下方水冷板的温度为12.9℃；在线测量样品的厚度d为30.11mm；记录热流计8的测量值为80704W/m²，由此计算得到碳质泡沫试样的热导率为135W/m.K。

通过本实施例可以看出，采用本申请的热量汇聚装置能够保证高导热材料的试样上下表面的温度差，进而保证热导率的精确测量。

实施例4

本实施例提供了一种热量汇聚装置，其中，加热板采用NiCr合金制成的方形环绕式构型(第一种构型)，厚度为2.5mm，参见图3。

采用此种加热板时，对均温板的下表面不同部位的温度进行测试，测试结果参见图6，从图6可以看出，均温板的下表面不同部位的温度能够达到1000℃以上，且温度均匀性较好，均温性偏差在±5.3％。

实施例5

本实施例提供了一种热量汇聚装置，其中，加热板采用石墨制成的相互平行多条板条构型(第三种构型)，参见图5。

采用石墨作为加热板，对加热组件的升温能力和均温能力进行了ANSYS仿真分析，板条宽依次为20-30-40-50-40-30-20mm，共7条；缝隙宽依次为11-12-12-12-12-11mm，共6个，平板阵列的尺寸为300mm×300mm。仿真模型中，加热板为高纯石墨材质，其室温热导率为108W/m·K，试样采用某隔热瓦材料。

均温板下表面的温度分布情况参见图7所示。从图7可以看出，由于石墨板条中间一条的宽度最大，其单位体积内产生的热流最小，而两侧加热条的热源强度逐渐增大，导致均温板上表面的温度成明显的条状分布，从中间到两侧逐渐增大。统计下表面中心区域的温度，其平均值为1214.2℃，不均匀性为5.6％。该结果表明，本实施例的加热板能够满足1000℃以上的高温热导率的测试，且均温性较好。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种热量汇聚装置，其特征在于，包括加热组件(1)和热量汇聚组件(2)，所述加热组件(1)放置于热量汇聚组件(2)的上方，所述热量汇聚组件(2)用于增大加热组件(1)的热流密度φ至(8～9)φ，进而加热试样(5)上表面；

所述热量汇聚组件(2)自上而下包括上段(21)、中段(22)和下段(23)，所述上段(21)为长方体，所述中段(22)为四棱台，所述下段(23)为长方体；

所述上段(21)的上表面与加热组件(1)的下表面贴合，所述上段(21)的上表面与加热组件(1)的下表面的尺寸相同；

所述中段(22)的上表面的尺寸与上段(21)的下表面的尺寸相同；所述中段(22)的下表面的面积S₂小于中段(22)的上表面的面积S₁；所述下段(23)的上表面的尺寸与中段(22)的下表面的尺寸相同；

所述上段(21)的高度H₁、中段(22)的高度H₂和下段(23)的高度H₃的比例关系为：H₁:H₂:H₃＝1：(20～30)：(10～15)；

所述加热组件(1)包括依次层叠的均温板(11)、加热板(12)和隔热层(13)，其中，加热板(12)包括加热丝或多根加热板条，沿逐渐远离加热板(12)的中心的方向，加热板(12)的加热温度逐渐升高。

2.根据权利要求1所述的热量汇聚装置，其特征在于，所述加热组件(1)为长方体。

3.根据权利要求1所述的热量汇聚装置，其特征在于，所述加热板(12)包括沿加热板(12)的中心线镜像布置的加热丝，从加热板(12)的中心至边缘方向，所述加热丝的形状为呈C型环绕的蛇形线，沿逐渐远离加热板(12)的中心的方向，相邻两圈加热丝之间的距离逐渐减小；

或者，所述加热板(12)的形状为光滑的曲线；

或者，所述加热板(12)包括多条相互平行的板条，沿逐渐远离加热板(12)的中心的方向，所述板条的宽度逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的热量汇聚装置，其特征在于，所述加热板(12)的形状为光滑的曲线；

所述加热板(12)的形状为螺旋线，沿逐渐远离加热板(12)的中心的方向，相邻两圈螺旋线之间的距离逐渐减小。

5.根据权利要求3或4所述的热量汇聚装置，其特征在于，所述加热组件(1)和热量汇聚组件(2)外部四周均包裹一层隔热材料(10)。

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