CN114062420A - 一种导热参数的测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种导热参数的测试装置和方法，涉及材料测试技术领域，以解决导热参数测试数据不准确的问题；本申请提供的测试装置包括热端夹持件、冷端夹持件、加热系统、冷却系统、预压系统、厚度检测系统、第一温度检测系统和第二温度检测系统；加热系统用于加热热端夹持件；冷却系统用于冷却冷端夹持件；预压系统用于将样本压紧在热端夹持件和冷端夹持件之间；厚度检测系统用于测量被压紧后的样本的厚度值；第一温度检测系统用于获得热端夹持件在第一方向上的热流密度、冷端夹持件在第一方向上的热流密度、第一贴合面的温度值、第二贴合面的温度值；第二温度检测系统用于测得相邻两个子样本之间的温差，以获得较为精准的导热参数。

Description

一种导热参数的测试装置和方法

技术领域

本申请涉及材料测试技术领域，尤其涉及一种导热参数的测试装置和方法。

背景技术

随着电子设备的不断发展，小型化和集成化逐渐成为了电子设备的主要发展趋势。为了满足这一发展趋势，越来越薄的材料开始广泛的应用在电子设备中。另外，随着电子设备运算能力的不断提升，使得电子设备的功耗和发热量也不断增加。在电子设备内部，热量主要通过导热的方式传递至外部，这一过程中，热量会经过多层薄膜材料，薄膜材料的导热性能直接影响电子设备整体的散热性能，因此，在电子设备的设计中，薄膜材料的导热系数、薄膜材料之间的接触热阻具有不可或缺的参考意义。

目前，材料的导热系数和接触热阻通常通过测试的手段获得，但是，传统的测试装置和方法并不能得到准确的测试结果。

发明内容

本申请提供了能够准确得到测量结果的一种导热参数的测试装置和方法。

一方面，本申请提供了一种导热参数的测试装置；包括热端夹持件、冷端夹持件、加热系统、冷却系统、预压系统、厚度检测系统、第一温度检测系统和第二温度检测系统。概括来说，热端夹持件具有用于与样本贴合的第一贴合面；冷端夹持件具有用于与样本贴合的第二贴合面，且第一贴合面和第二贴合面在第一方向上相向设置；加热系统与热端夹持件热连接，用于加热热端夹持件；冷却系统与冷端夹持件热连接，用于冷却冷端夹持件；预压系统与热端夹持件或冷端夹持件传动连接，用于使热端夹持件和冷端夹持件相向运动，以将样本压紧在第一贴合面和第二贴合面之间；厚度检测系统用于测量被压紧后的样本的厚度值；第一温度检测系统用于获得热端夹持件在第一方向上的热流密度、冷端夹持件在第一方向上的热流密度、第一贴合面的温度值、第二贴合面的温度值；当样本包括沿第一方向叠置的多层子样本时，第二温度检测系统用于测得相邻两个子样本之间的温差。

在本申请提供测试装置中，加热系统能够加热热端夹持件，且热量能够通过样本传递至冷端夹持件，冷却系统能够冷却冷端夹持件。即，在加热系统和冷却系统的共同作用下，能够使得热端夹持件、样本、冷端夹持件的温度达到稳态，以便于采用稳态法对样本的导热参数进行测量。

预压系统能够驱动热端夹持件或冷端夹持件运动，以将样本压紧在热端夹持件的第一贴合面和冷端夹持件的第二贴合面之间，以使样本能够与第一贴合面和第二贴合面紧密贴合，从而有利于提升测量的准确性。

当样本被压紧在第一贴合面和第二贴合面之间后，在压紧力的作用下样本可能会产生形变，因此，样本的厚度可能会有所减小。由于样本的导热参数(如热阻)与样本的厚度高度相关，因此，通过厚度检测系统能够准确的测量出被压紧后的样本的真实厚度，从而有利于提升样本的导热参数的测量准确性。

当样本中包括由第一贴合面向第二贴合面叠置的多层子样本时，第二温度检测系统能够测得相邻两个子样本之间的温差，基于温差以及样本的热流密度便可得出相邻子样本之间的接触热阻。

在对第一温度检测系统进行具体配置时，第一温度检测系统可以包括数据采集仪，以及与数据采集仪信号连接的多个热端温度传感器和多个冷端温度传感器；其中，多个热端温度传感器设置于热端夹持件，且热端温度传感器沿第一方向间隔设置；多个冷端温度传感器设置于冷端夹持件，且多个冷端温度传感器沿第一方向间隔设置。

具体来说，热端温度传感器用于测量热端夹持件的温度，即每个热端温度传感器用于测量热端夹持件的该位置的温度。通过相邻两个热端温度传感器之间的温度差、热端夹持件的导热系数以及相邻两个热端温度传感器之间的距离，便可计算得到热端夹持件在第一方向上的热流密度。另外，还可以通过第一贴合面与热端温度传感器之间的距离，计算得到第一贴合面的温度值。

冷端温度传感器用于测量冷端夹持件的温度，即每个冷端温度传感器用于测量冷端夹持件的该位置的温度。通过相邻两个冷端温度传感器之间的温度差，冷端夹持件的导热系数以及相邻两个冷端温度传感器之间的距离，便可计算得到冷端夹持件在第一方向上的热流密度。另外，还可以通过第二贴合面与冷端温度传感器之间的距离，计算得到第二贴合面的温度值。

在具体设置时，冷端夹持件中所设置的冷端温度传感器的数量可以是2个或2个以上。相应的，热端夹持件中所设置的热端温度传感器的数量可以是2个或2个以上。在具体配置时，当热端温度传感器的设置数量为3个或3个以上时，相邻两个热端温度传感器之间的间距可以相同，也可以不同。相应的，当冷端温度传感器的设置数量为3个或3个以上时，相邻两个冷端温度传感器之间的间距可以相同，也可以不同。

热端夹持件在进行具体配置时，热端夹持件可以构造为圆柱状结构。其中一个端面可以构成第一贴合面，另一个端面可以与加热系统热连接。可以理解的是，在具体实施时，热端夹持件可以是垂直于轴向上(第一方向)的截面相同的圆柱状结构。另外，热端夹持件可以由铜、铝等已知导热系数的材料制成，以便于测得热端夹持件的热流密度。可以理解的是，在其他的实施方式中，热端夹持件的截面也可以是矩形、椭圆形、三角形等多边形结构。或者，热端夹持件可以采用其他已知导热系数的材料所制成。本申请对此不作具体限定。

冷端夹持件在进行具体配置时，冷端夹持件可以构造为圆柱状结构。其中一个端面可以构成第二贴合面，另一个端面可以与冷却系统热连接。可以理解的是，在具体实施时，冷端夹持件可以是垂直于轴向上(第一方向)的截面相同的圆柱状结构。另外，冷端夹持件可以由铜、铝等已知导热系数的材料制成，以便于测得冷端夹持件的热流密度。可以理解的是，在其他的实施方式中，冷端夹持件的截面也可以是矩形、椭圆形、三角形等多边形结构。或者，冷端夹持件可以采用其他已知导热系数的材料所制成。本申请对此不作具体限定。

在具体实施时，热端夹持件和冷端夹持件的形状结构以及导热系数可以相同，以便于提升测试效果。例如，当热端夹持件为铜材料制成的圆柱状结构时，冷端夹持件也可以为铜材料制成的圆柱状结构，其中，热端夹持件的直径与冷端夹持件的直径相同。可以理解的是，在其他的实施方式中，热端夹持件和冷端夹持件所采用的材料的导热系数也可以不同。

在对第二温度检测系统进行具体配置时，第二温度检测系统可以包括红外热像仪，从而能够测得多层子样本在第一方向上的热力分布，进而能够测得相邻两个子样本之间的温差。在具体实施时，为了提升红外热像仪的测试精度，还可以在红外热像仪上配备微距镜头，从而能够更加准确的测得相邻两个子样本之间的温差。

另外，为了提升第二温度检测系统的测试灵活性。红外热像仪能够在第一方向上移动。具体来说，当样本的厚度较大或子样本的厚度较大或叠置的子样本的数量较多时。红外热像仪被完全固定后，可能无法对样本全部区域的热力分布进行有效测量。因此，可以使红外热像仪能够在第一方向上进行移动，在测试过程中，可以通过调节红外热像仪在第一方向上的位置对样本的全部区域进行有效测量，从而能够有效提升测量时的准确性和灵活性，同时，也能够有效提升测试精度。

加热系统在进行配置时，加热系统可以包括主加热器。电源与主加热器电连接，用于使主加热器产生热量。主加热器与热端夹持件的下端面热连接，用于加热热端夹持件。在具体设置时，主加热器可以是电阻式加热器，电源可以向主加热器通入额定功率的电流，从而使主加热器产生恒定的热量。主加热器可以通过导热胶等介质与热端夹持件的下端面进行导热连接，以将热量高效的传递给热端夹持件。

另外，由于主加热器在工作过程中，可能会有部分热量散失到外界环境中。为了减少主加热器的热量损失，加热系统中还可以包括辅助加热器。具体来说，辅助加热器设置在主加热器的远离热端夹持件的一侧。电源可以向辅助加热器通入额定功率的电流，从而使辅助加热器产生恒定的热量，以减少主加热器的热量损失。

预压系统在进行具体配置时，预压系统包括加压装置和压力传感器。加压装置可以与热端夹持件或冷端夹持件传动连接，以驱动热端夹持件或冷端夹持件进行动作。压力传感器用于测量加压装置所施加的压力值，以便于对加压装置的实际工作情况进行有效监控和测量。

在具体设置时，加压装置可以采用手动驱动的方式向热端夹持件或冷端夹持件施加压力；或者，也可以采用液压驱动、电机驱动等方式向热端夹持件或冷端夹持件施加压力。

厚度检测系统在进行配置时，厚度检测系统可以包括位移传感器，位移传感器用于测得与预压系统传动连接的热端夹持件或冷端夹持件的位移量，以测得被压紧后的样本的厚度值。

另一方面，本申请还提供了一种导热参数的测试方法。

该测试方法可以包括：将N个叠置的样本压紧在热端夹持件的第一贴合面和冷端夹持件的第二贴合面之间；其中，第一贴合面和第二贴合面在第一方向上相对设置；

测量被压紧后的N个样本的厚度值；

加热热端夹持件、冷却冷端夹持件；

获得热端夹持件在第一方向上的热流密度、冷端夹持件在第一方向上的热流密度、第一贴合面的温度值、第二贴合面的温度值；

其中，N为大于等于1的整数，且当N大于1时，方法还包括测得相邻两个样本之间的温差；

将M个叠置的样本压紧在热端夹持件的第一贴合面和冷端夹持件的第二贴合面之间；

测量被压紧后的M个样本的厚度值；

加热热端夹持件的导热部、冷却冷端夹持件的冷却部；

获得热端夹持件在第一方向上的热流密度、冷端夹持件在第一方向上的热流密度、第一贴合面的温度值、第二贴合面的温度值；

其中，M为大于等于1的整数，且M不等于N；当M大于1时，方法还包括测得相邻两个样本之间的温差。

在上述的测试方法中，通过分别对N个样本和M个样本进行分别测试，从而能够结合计算获得单个样本的导热系数、样本与样本之间的接触热阻、样本与第一贴合面之间的接触热阻、样本与第二贴合面之间的接触热阻等参数。且在测试过程中，由于考虑了样本的形变参数，因此，能够获得较为精准的测试数据。

在具体测试时，该方法还可以包括：对N个样本进行测试时，当获得热端夹持件在第一方向上的热流密度、冷端夹持件在第一方向上的热流密度后；

将热端夹持件在第一方向上的热流密度、冷端夹持件在第一方向上的热流密度的平均值作为N个样本的热流密度；

对M个样本进行测试时，当获得热端夹持件在第一方向上的热流密度、冷端夹持件在第一方向上的热流密度后；

将热端夹持件在第一方向上的热流密度、冷端夹持件在第一方向上的热流密度的平均值作为M个样本的热流密度。

另外，在具体测试时，该方法还可以包括测得热端夹持件在第一方向上的不同位置的温度值，以获得热端夹持件在第一方向上的热流密度、第一贴合面的温度值；

测得冷端夹持件在第一方向上的不同位置的温度值，以获得冷端夹持件在第一方向上的热流密度、第二贴合面的温度值。

另外，将样本压紧在第一贴合面和第二贴合面之间之前，该方法还可以包括：

预压系统驱动向热端夹持件或冷端夹持件施加预设的压力值，以使第一贴合面和第二贴合面紧贴，并记录被预压系统驱动的热端夹持件或冷端夹持件的第一位移量；

将样本放置在第一贴合面和第二贴合面之间后，预压系统施加预设的压力值，以将样本压紧在第一贴合面和第二贴合面之间，并记录被预压系统驱动的热端夹持件或冷端夹持件的第二位移量。

可以理解的是，在其他的测试方法中，上述的准备阶段也可以不进行；或者，可以在测试装置出厂前对压力传感器、激光位移传感器的数据进行校准等操作。

另外，在实际的测试过程中，也可以对测试步骤及顺序进行适应性调整，或者，也可以采用其他的计算方法对数据进行运算，以得到所需的导热数据。本申请对此不作具体限定。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种导热参数的测试装置的结构简图；

图2为本申请实施例提供的一种导热参数的测试装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本申请以下各实施例中，“至少一个”、“一个或多个”是指一个、两个或两个以上。术语“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系；例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A、B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

本申请实施例提供了一种导热参数的测试装置，用于测得样本的导热参数，其中，样本的导热参数包括但不限于热阻、导热系数、样本间的接触热阻。样本的形状包括但不限于为块状结构、板状结构、薄膜结构等。

如图1所示，本申请提供的导热参数的测试装置,包括：热端夹持件10、冷端夹持件11、加热系统12、冷却系统13、预压系统14、厚度检测系统15、第一温度检测系统16和第二温度检测系统17。概括来说，热端夹持件10具有用于与样本01贴合的第一贴合面101；冷端夹持件11具有用于与样本01贴合的第二贴合面111，且第一贴合面101和第二贴合面111在第一方向上(图中的Y轴方向上)相向设置；加热系统12与热端夹持件10热连接，用于加热热端夹持件10；冷却系统13与冷端夹持件11热连接，用于冷却冷端夹持件11；预压系统14与冷端夹持件11传动连接，用于驱动冷端夹持件11向热端夹持件10运动，以将样本01压紧在第一贴合面101和第二贴合面111之间(图中样本01未与第一贴合面101和第二贴合面111贴合)；或者，驱动冷端夹持件11向远离热端夹持件11的方向移动，以便于对样本01进行卸载。厚度检测系统15用于测量被压紧后的样本01的厚度值(也可以理解为样本01在第一方向上的尺寸)；第一温度检测系统16用于获得热端夹持件10在第一方向上的热流密度、冷端夹持件11在第一方向上的热流密度、第一贴合面101的温度值、第二贴合面111的温度值；当样本01包括沿第一方向叠置的多层子样本时，第二温度检测系统17用于测得相邻两个子样本之间的温差。

具体来说，在本申请提供的一个实施例中，加热系统12能够加热热端夹持件10，且热量能够通过样本01传递至冷端夹持件11，冷却系统13能够冷却冷端夹持件11。即，在加热系统12和冷却系统13的共同作用下，能够使得热端夹持件10、样本01、冷端夹持件11的温度达到稳态，以便于采用稳态法对样本01的导热参数进行测量。

预压系统14能够驱动冷端夹持件11运动，以将样本01压紧在热端夹持件10的第一贴合面101和冷端夹持件11的第二贴合面111之间，以使样本01能够与第一贴合面101和第二贴合面111紧密贴合，从而有利于提升测量的准确性。

当样本01被压紧在第一贴合面101和第二贴合面111之间后，在压紧力的作用下样本01可能会产生形变，因此，样本01的厚度可能会有所减小。由于样本01的导热参数(如热阻)与样本01的厚度高度相关，因此，在本申请提供的实施例中，通过厚度检测系统15能够准确的测量出被压紧后的样本01的真实厚度，从而有利于提升样本01的导热参数的测量准确性。

第一温度检测系统16能够获得热端夹持件10在第一方向上的热流密度q1，且能够获得冷端夹持件11在第一方向上的热流密度q2，从而可以得到样本01的热流密度q；其中热流密度q可以取q1和q2的平均值。

另外，第一温度检测系统16还能够获得第一贴合面101的温度T1、第二贴合面111的温度T2。通过计算得到第一贴合面101和第二贴合面111的温差ΔT，基于温差ΔT以及热流密度q便可得出第一贴合面101和第二贴合面111之间的总热阻。

其中，当样本01中包含一个子样本时(图1中示出的样本01中包括子样本01a和子样本01b)，该总热阻包括子样本的热阻、子样本与第一贴合面101之间的接触热阻、子样本与第二贴合面111之间的接触热阻。当样本01中包含多个沿第一方向叠置的多层子样本时，总热阻包括每个子样本的热阻、相邻子样本间的接触热阻、子样本与第一贴合面101之间的接触热阻、子样本与第二贴合面111之间的接触热阻。

当样本01中包括由第一贴合面101向第二贴合面111叠置的多层子样本时，第二温度检测系统17能够测得相邻两个子样本之间的温差Δt，基于温差Δt以及热流密度q便可得出相邻子样本之间的接触热阻。

最后，可以通过多次测量不同样本01的手段获得所需的导热参数。其中，多次测量指的是至少两次的测量。不同样本01指的是，样本01中所包含的子样本的数量不相同。

需要说明的是，为了便于理解本申请技术方案，下面首先对测试装置的结构设置进行具体说明。导热参数(如子样本热阻、相邻子样本间接触热阻、样本01与第一贴合面101之间的接触热阻、样本01与第二贴合面111之间的接触热阻)的具体测试方法将在后文中进行具体说明。

如图1所示，在本申请提供的实施例中，热端夹持件10构造为圆柱状结构。其中一个端面(图中的上端面)构成第一贴合面101，另一个端面(图中的下端面)与加热系统12热连接。可以理解的是，在具体实施时，热端夹持件10可以是垂直于轴向上(图中的Y轴方向)的截面相同的圆柱状结构。另外，热端夹持件10可以由铜、铝等已知导热系数的材料制成，以便于测得热端夹持件10的热流密度。可以理解的是，在其他的实施方式中，热端夹持件10的截面也可以是矩形、椭圆形、三角形等多边形结构。或者，热端夹持件10可以采用其他已知导热系数的材料所制成。本申请对此不作具体限定。

冷端夹持件11构造为圆柱状结构。其中一个端面(图中的下端面)构成第二贴合面111，另一个端面(图中的上端面)与冷却系统13热连接。可以理解的是，在具体实施时，冷端夹持件11可以是垂直于轴向上(图中的Y轴方向)的截面相同的圆柱状结构。另外，冷端夹持件11可以由铜、铝等已知导热系数的材料制成，以便于测得冷端夹持件11的热流密度。可以理解的是，在其他的实施方式中，冷端夹持件11的截面也可以是矩形、椭圆形、三角形等多边形结构。或者，冷端夹持件11可以采用其他已知导热系数的材料所制成。本申请对此不作具体限定。

在具体实施时，热端夹持件10和冷端夹持件11的形状结构以及导热系数可以相同，以便于提升测试效果。例如，当热端夹持件10为铜材料制成的圆柱状结构时，冷端夹持件11也可以为铜材料制成的圆柱状结构，其中，热端夹持件10的直径与冷端夹持件11的直径相同。可以理解的是，在其他的实施方式中，热端夹持件10和冷端夹持件11所采用的材料的导热系数也可以不同。

在具体配置时，预压系统14的结构配置可以是多样的。

请结合参阅图1和图2，在本申请提供的一个实施例中，预压系统14包括加压装置141和压力传感器142。加压装置141包括旋转手柄1411和螺杆1412，螺杆1412与支架20螺纹连接，且螺杆1412的一端与旋转手柄1411固定连接，另一端通过压力传感器142与冷端夹持件11固定连接。当人手转动旋转手柄1411时，螺杆1412相对支架20旋转，使螺杆1412向上或向下移动，从而带动冷端夹持件11向上或向下移动。当冷端夹持件11向下移动时，第一贴合面101与第二贴合面111相互靠近，从而能够将样本01压紧固定在第一贴合面101和第二贴合面111之间。当冷端夹持件11向上移动时，第一贴合面101和第二贴合面111相互远离，从而能够对样本01进行卸载。

在具体实施时，加压装置141的具体类型可以根据实际需求作适应性选择和调整。

例如，加压装置141可以采用其他的手动方式进行驱动，或者加压装置141也可以采用液压驱动或电机驱动等方式带动冷端夹持件11进行移动。

或者，在另一些实施方式中，加压装置141也可以与热端夹持件10传动连接，以驱动热端夹持件10进行移动，以使热端夹持件10向靠近冷端夹持件11的方向移动，或使热端夹持件10向远离冷端夹持件11的方向移动。或者，加压装置141也可以与热端夹持件10和冷端夹持件11传动连接，从而能够驱动热端夹持件10和冷端夹持件11动作，以使热端夹持件10和冷端夹持件11相互靠近或远离。

在具体配置时，厚度检测系统15的结构配置可以是多样的。

如图2所示，在本申请提供的一个实施例中，厚度检测系统15包括激光位移传感器151和反射板152。激光位移传感器151固定安装在固定支架20上，反射板152固定在冷端夹持件11上。激光位移传感器151向反射板152上发射激光，并接收由反射板152反射回来的激光，激光位移传感器151可以通过发射、接收激光的时间差来计算得到反射板152与激光位移传感器151之间的距离，从而得到反射板152的位移量，进而得到冷端夹持件11的位移量。具体来说，可以先将第一贴合面101和第二贴合面111进行良好贴合，并记录激光位移传感器151所测得的第一数值；然后将样本01夹紧固定在第一贴合面101和第二贴合面111之间，并记录激光位移传感器151所测得的第二数值，通过第一数值和第二数值的差值便可得到样本01的实际厚度。

可以理解的是，在其他的实施方式中，也可以采用其他的测量方式来测得被夹紧固定在第一贴合面101和第二贴合面111之间的样本01的实际厚度值，本申请对此不作具体限定。

另外，在具体配置时，第一温度检测系统16的结构配置也可以是多样的。

例如，在本申请提供的实施例中，第一温度检测系统16包括6个热端温度传感器161(图中仅标示出一个)。

具体来说，6个热端温度传感器161设置于热端夹持件10，且6个热端温度传感器161在第一方向上等距间隔设置。其中，热端温度传感器161用于测量热端夹持件10的温度，即每个热端温度传感器161用于测量热端夹持件10的该位置的温度。通过相邻两个热端温度传感器161之间的温度差、热端夹持件10的导热系数以及相邻两个热端温度传感器161之间的距离，便可计算得到热端夹持件10在第一方向上的热流密度。另外，还可以通过第一贴合面101与热端温度传感器161之间的距离，计算得到第一贴合面101的温度值。概括来说，通过在第一方向上间隔设置热端温度传感器161的方式，可以结合测量和计算的方式得到热端夹持件10在第一方向上的热流密度，从而能够有效提升热流密度数据的准确性，同时，也能够有效提升第一贴合面101温度数据的准确性。相反的，若将温度传感器直接设置在第一贴合面101上来测量第一贴合面101的温度时，由于温度传感器与第一贴合面101之间存在接触热阻，因此，所测得的数据会不准确。

在具体设置时，可以在热端夹持件10上开设6个通孔，并将6个热端温度传感器161分别设置在对应的通孔内。其中，热端温度传感器161与热端夹持件10之间可以通过导热胶等导热介质实现导热连接，以提升测量数据的准确性。

另外，在具体设置时，热端夹持件10中所设置的热端温度传感器161的数量并不仅限于为6个。在其他的实施方式中，也可以使用2个、3个或者更多个热端温度传感器161。其中，当热端温度传感器161的设置数量为3个或3个以上时，相邻两个热端温度传感器161之间的间距可以相同，也可以不同。在具体配置时，热端温度传感器161可以是热电偶传感器、热敏电阻传感器等。本申请对此不作具体限定。

另外，为了对冷端夹持件11的温度进行有效测量，第一温度传感器还包括6个冷端温度传感器162(图中仅标示出一个)。

具体来说，6个冷端温度传感器162设置于冷端夹持件11，且6个冷端温度传感器162在第一方向上等距间隔设置。其中，冷端温度传感器162用于测量冷端夹持件11的温度，即每个冷端温度传感器162用于测量冷端夹持件11的该位置的温度。通过相邻两个冷端温度传感器162之间的温度差，冷端夹持件11的导热系数以及相邻两个冷端温度传感器162之间的距离，便可计算得到冷端夹持件11在第一方向上的热流密度。另外，还可以通过第二贴合面111与冷端温度传感器162之间的距离，计算得到第二贴合面111的温度值。概括来说，通过在第一方向上间隔设置冷端温度传感器162的方式，可以结合测量和计算的方式得到冷端夹持件11在第一方向上的热流密度，从而能够有效提升热流密度数据的准确性，同时，也能够有效提升第二贴合面111温度数据的准确性。相反的，若将温度传感器直接设置在第二贴合面111上来测量第二贴合面111的温度时，由于温度传感器与第二贴合面111之间存在接触热阻，因此，所测得的数据会不准确。

在具体设置时，可以在冷端夹持件11上开设6个通孔，并将6个冷端温度传感器162分别设置在对应的通孔内。其中，冷端温度传感器162与冷端夹持件11之间可以通过导热胶等导热介质实现导热连接，以提升测量数据的准确性。

另外，在具体设置时，冷端夹持件11中所设置的冷端温度传感器162的数量并不仅限于为6个。在其他的实施方式中，也可以使用2个、3个或者更多个冷端温度传感器162。其中，当冷端温度传感器162的设置数量为3个或3个以上时，相邻两个冷端温度传感器162之间的间距可以相同，也可以不同。在具体配置时，冷端温度传感器162可以是热电偶传感器、热敏电阻传感器等。本申请对此不作具体限定。

另外，为了对热端温度传感器161和冷端温度传感器162所测得的数据进行有效采集，第一温度检测系统16中还可以包括数据采集仪163。其中，数据采集仪163与热端温度传感器161和冷端温度传感器162信号连接，用于接收热端温度传感器161和冷端温度传感器162的数据。在具体实施时，数据采集仪163除了能够对热端温度传感器161和冷端温度传感器162的数据进行接收以外，还可以对所接收到的数据进行存储、运算等处理。在实际应用时，可以根据实际情况对数据采集仪163的具体类型和功能进行合理调配，本申请对此不作限定。

在对样本01的导热参数进行测量时，样本01中还可能包括沿第一方向叠置的多个子样本。

为此，在本申请提供的一个实施例中，测试装置还包括第二温度检测系统17。第二温度检测系统17用于测得相邻两个子样本之间的温差。

具体来说，第二温度检测系统17包括红外热像仪，红外热像仪固定在支架20上，且位于样本01的一侧，从而能够测得多层子样本在第一方向上的热力分布，进而能够测得相邻两个子样本之间的温差。

另外，为了减少样本01的热量损失，在具体实施时，可以在样本01的周围设置隔热板30a等结构，以提升第二温度检测系统17的测量准确性。具体来说，当样本01在垂直于第一方向上的截面为矩形时，可以在样本01的三个侧边设置隔热板30a，在样本01朝向红外热像仪的一侧不设置隔热板，以使红外热像仪能够有效的对样本01的热力分布进行测量。

在具体实施时，为了提升红外热像仪的测试精度，还可以在红外热像仪上配备微距镜头，从而能够更加准确的测得相邻两个子样本之间的温差。

另外，由于在实际的测量过程中，样本01的厚度、子样本的厚度以及叠置的子样本的数量可能会不相同。为了提升第二温度检测系统17的测试灵活性。在本申请提供的一个实施例中，红外热像仪能够在第一方向上移动。具体来说，当样本01的厚度较大或子样本的厚度较大或叠置的子样本的数量较多时。红外热像仪被完全固定后，可能无法对样本01全部区域的热力分布进行有效测量。因此，可以使红外热像仪能够在第一方向上进行移动，在测试过程中，可以通过调节红外热像仪在第一方向上的位置对样本01的全部区域进行有效测量，从而能够有效提升测量时的准确性和灵活性，同时，也能够有效提升测试精度。

可以理解的是，在其他的实施方式中，第二温度检测系统17也可以采用其他类型的温度传感器或手段来测得相邻子样本之间的温差。本申请对此不作具体限定。

另外，在具体配置时，加热系统12的结构配置也可以是多样的。

例如，在本申请提供的一个实施例中，加热系统12包括主加热器121，电源与主加热器121电连接，用于使主加热器121产生热量。主加热器121与热端夹持件10的下端面热连接，用于加热热端夹持件10。

在具体设置时，主加热器121可以是电阻式加热器，电源可以向主加热器121通入额定功率的电流，从而使主加热器121产生恒定的热量。主加热器121可以通过导热胶等介质与热端夹持件10的下端面进行导热连接，以将热量高效的传递给热端夹持件10。

另外，由于主加热器121在工作过程中，主加热器121、热端夹持件10的热量可能会散失到外界环境中。因此，在本申请提供的一个实施例中，主加热器121和热端夹持件10的外围设置有隔热板30b。另外，为了减少主加热器121的热量损失，加热系统12中还包括辅助加热器122。具体来说，辅助加热器122设置在主加热器121的远离热端夹持件10的一侧。电源可以向辅助加热器122通入额定功率的电流，从而使辅助加热器122产生恒定的热量，以减少主加热器121的热量损失。

可以理解的是，在其他的实施方式中也可以在辅助加热器122的外围设置隔热板30c等结构，以减小辅助加热器122的热量损失，从而间接的减小主加热器121的热量损失。在对隔热板30b、隔热板30c和辅助加热器122进行具体设置时，隔热板30b、隔热板30c的设置位置、辅助加热器122的设置位置可以进行灵活调整，本申请对此不作限定。

另外，在具体配置时，冷却系统13的结构配置也可以是多样的。

例如，冷却系统13可以包括冷源131和恒温冷却水浴132，冷源131内部设有水槽，水槽通过导管与恒温冷却水浴132连接，使得冷却水能够在冷源131和恒温冷却水浴132之间进行循环，以使冷源131保持恒定的温度。在具体设置时，冷源131可以通过导热胶等介质与冷端夹持件11的上端面进行导热连接，以对冷端夹持件11进行有效冷却。

在具体实施时，冷源131可以是由铜、铝等导热性良好的材料所制成的结构件。另外，在其他的实施方式中，冷却介质也可以是油液等能够有效传递热量的介质，本申请对此不作具体限定。

另外，在一些实施方式中，为了防止外界环境影响到冷却系统13的冷却效果，还可以在冷源131以及冷端夹持件11的外围设置隔热板30d等结构。

另外，为了提升测试装置的测试效果，在一些实施方式中，测试装置中还可以包括控制器或计算机等数据处理系统18。其中，数据处理系统18可以与数据采集仪163、压力传感器142、红外热像仪、电源等器件进行信号连接，以获得数据采集仪163、压力传感器142、红外热像仪所测得的数据并获得电源的输出功率，从而能够对数据进行运算、存储等处理，以有效提升测试时的便利性和准确性。

下面将对测试方法进行具体说明，需要理解的是，为了便于理解本申请技术方案，在以下的测试方法中，当包含多个叠置的样本01时(也可以理解为样本中包含多个叠置的子样本)，多个样本01为相同的样本01；即，每个样本01的尺寸及材质相同。

在对样本01的导热参数进行测试时，可以依照以下步骤。

准备阶段：

S01、加压装置141加载压力，驱动冷端夹持件11向下移动，使第一贴合面101与第二贴合面111接触良好，并记录压力传感器142的数值，激光位移传感器151置零。

S02、加压装置141卸载压力，准备对样本01进行测试。

第一次测试：

S10、将N个叠置的样本01设置在第一贴合面101和第二贴合面111之间，其中，N为大于1的整数；

S11、加压装置141加载压力，使样本01压紧在热端夹持件10的第一贴合面101和冷端夹持件11的第二贴合面111之间；此时，压力传感器142的数值与准备阶段的数值相同。

S12、启动加热系统12和冷却系统13，使加热系统12加热热端夹持件10、使冷却系统13冷却冷端夹持件11。待温度分布稳定后，记录激光位移传感器151的数值δ1，即测得被压紧后的N个样本01的厚度值为δ1；

S13、利用数据采集仪163，得到每个热端温度传感器161所测得的温度值、以及每个冷端温度传感器162所测得的温度值，根据傅里叶定律：

分别计算得到热端夹持件10在第一方向上的热流密度q₁，冷端夹持件11在第一方向上的热流密度q₂。λ_Cu为由铜制成的热端夹持件10和冷端夹持件11的导热系数，且λ_Cu为已知参数。

其中，当q为q₁时，ΔT为相邻两个热端温度传感器161之间的温差，ΔX为相邻两个热端温度传感器161之间的距离；

当q为q₂时，ΔT为相邻两个冷端温度传感器162之间的温差；ΔX为相邻两个冷端温度传感器162之间的距离。

取热端夹持件10的热流密度q₁和冷端夹持件11的热量密度q₂的平均值：

将该平均值作为样本01的热流密度。

S14、根据热端温度传感器161所测得的温度值、热端温度传感器161与第一贴合面101之间的距离以及傅里叶定律，计算得到第一贴合面101的温度值。

根据冷端温度传感器162所测得的温度值、冷端温度传感器162与第二贴合面111之间的距离以及傅里叶定律，计算得到第二贴合面111的温度值。

从而得到第一贴合面101和第二贴合面111之间的温差ΔT_Cu。

根据傅里叶定律，计算得到总热阻为：

其中，总热阻R_N包括N个样本01的热阻N*R_s、N个相邻样本01之间的接触热阻(N-1)*R_c、样本01与第一贴合面101之间的接触热阻R′_c，样本01与第二贴合面111之间的接触热阻R′_c。

S15、利用红外热像仪获得样本01侧表面的温度分布，从而得到相邻样本01之间的温差ΔTc。则相邻样本01之间的接触热阻Rc为：

其中，当叠置的样本01的数量为N个时，计算(N-1)个界面产生的样本01件的接触热阻取该(N-1)个值的平均值

作为第一次测试下的样本01间的接触热阻值：

综上，便可完成样本01的第一次测试。

需要说明的是，在上述的步骤中，以N为大于1的整数为例进行说明。可以理解的是，在另外的实施方式中，N也可以等于1。且当N等于1时，可以省略步骤S15。

下面进行第二次测试；

S20、将M个叠置的样本01设置在第一贴合面101和第二贴合面111之间；其中，M为大于N的整数；

S21、加压装置141加载压力，使样本01压紧在热端夹持件10的第一贴合面101和冷端夹持件11的第二贴合面111之间；此时，压力传感器142的数值与准备阶段的数值相同。

S22、启动加热系统12和冷却系统13，使加热系统12加热热端夹持件10、使冷却系统13冷却冷端夹持件11。待温度分布稳定后，记录激光位移传感器151的数值δ2，即测得被压紧后的M个样本01的厚度值为δ2；

S23、利用数据采集仪163，得到每个热端温度传感器161所测得的温度值、以及每个冷端温度传感器162所测得的温度值，根据傅里叶定律：

分别计算得到热端夹持件10在第一方向上的热流密度q_1′，冷端夹持件11在第一方向上的热流密度q_2′。λ_Cu为由铜制成的热端夹持件10和冷端夹持件11的导热系数，且λ_Cu为已知参数。

其中，当q为q_1′时，ΔT为相邻两个热端温度传感器161之间的温差，ΔX为相邻两个热端温度传感器161之间的距离；

当q为q_2′时，ΔT为相邻两个冷端温度传感器162之间的温差；ΔX为相邻两个冷端温度传感器162之间的距离。

取热端夹持件10的热流密度q_1′和冷端夹持件11的热量密度q_2′的平均值：

将该平均值作为样本01的热流密度。

S24、根据热端温度传感器161所测得的温度值、热端温度传感器161与第一贴合面101之间的距离以及傅里叶定律，计算得到第一贴合面101的温度值。

根据冷端温度传感器162所测得的温度值、冷端温度传感器162与第二贴合面111之间的距离以及傅里叶定律，计算得到第二贴合面111的温度值。

从而得到第一贴合面101和第二贴合面111之间的温差ΔT_Cu’。

根据傅里叶定律，计算得到总热阻为：

其中，总热阻R_M包括M个样本01的热阻M*R_s、M个相邻样本01之间的接触热阻(M-1)*R_c、样本01与第一贴合面101之间的接触热阻R′_c，样本01与第二贴合面111之间的接触热阻R′_c。

S25、利用红外热像仪获得样本01侧表面的温度分布，从而得到相邻样本01之间的温差ΔTc。则相邻样本01之间的接触热阻Rc为：

其中，当叠置的样本01的数量为M个时，计算(M-1)个界面产生的样本01件的接触热阻取该(M-1)个值的平均值

作为第二次测试下的样本01间的接触热阻值：

综上，便可完成样本01的第二次测试。

需要说明的是，在上述的步骤中，以M为大于1，且不等于N的整数为例进行说明。可以理解的是，在另外的实施方式中，M也可以等于1。且当M等于1时，可以省略步骤S25。

最后，取第一测试结果

和第二次测试结构

的平均值作为该测试压力及温度下样本01间的接触热阻值，即：

该测试方法的数学推导模型如下：

当对N层样本01进行测试时，总热阻R_N由样本01下表面与第一贴合面101间接触热阻Rc’、N个样本01热阻N*Rs、N个样本01间接触热阻(N-1)*Rc、样本01上表面与第二贴合面111间接触热阻Rc’组成，即：

R_N＝R′_c+N*R_s+(N-1)*R_c+R′_c (12)

同理，当对M层样本01进行测试时，总热阻为：

R_M＝R′_c+M*R_s+(M-1)*R_c+R′_c (13)

由式(13)-式(12)可得：

可得，样本01导热系数λ_s：

将式(14)带入式(12)，可得样本01与第一贴后面之间的接触热阻或样本01与第二贴合面111之间的接触热阻R′_c：

需要说明的是，在上述的步骤中，以M为大于N的整数为例进行说明。可以理解的是，在另外的实施方式中，M也可以小于N。且当M小于N时，上式(14)中的R_M-R_N则可以更改为R_N-R_M。

通过以上测试及计算，便可获得样本01的热阻R_s，样本01间接触热阻R_c，样本01与第一贴合面101、第二贴合面111之间的接触热阻R′_c。

在上述的测试方法中，由于考虑了被压紧后样本01的形变量，从而能够有效提升样本01导热参数的准确性，且在完成上述测试后，便可获得样本01的热阻R_s，样本01间接触热阻R_c，样本01与第一贴合面101、第二贴合面111之间的接触热阻R′_c。从而有利于提升测试效率。

可以理解的是，在其他的测试方法中，上述的准备阶段也可以不进行；或者，可以在测试装置出厂前对压力传感器142、激光位移传感器151的数据进行校准等操作。

另外，在实际的测试过程中，也可以对测试步骤及顺序进行适应性调整，或者，也可以采用其他的计算方法对数据进行运算，以得到所需的导热数据。本申请对此不作具体限定。

以上，仅为本申请的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种导热参数的测试装置，其特征在于，包括：

热端夹持件，具有用于与样本贴合的第一贴合面；

冷端夹持件，具有用于与样本贴合的第二贴合面，所述第一贴合面和所述第二贴合面在第一方向上相向设置；

加热系统，与所述热端夹持件热连接，用于加热所述热端夹持件；

冷却系统，与所述冷端夹持件热连接，用于冷却所述冷端夹持件；

预压系统，与所述热端夹持件或所述冷端夹持件传动连接，用于使所述热端夹持件和所述冷端夹持件相向运动，以将样本压紧在所述第一贴合面和所述第二贴合面之间；

厚度检测系统，用于测量被压紧后的样本的厚度值；

第一温度检测系统，用于获得所述热端夹持件在所述第一方向上的热流密度、所述冷端夹持件在所述第一方向上的热流密度、所述第一贴合面的温度值、所述第二贴合面的温度值；

第二温度检测系统；

当所述样本包括沿所述第一方向叠置的多层子样本时，所述第二温度检测系统用于测得相邻两个所述子样本之间的温差。

2.根据权利要求1所述的导热参数的测试装置，其特征在于，所述第一温度检测系统包括数据采集仪，以及与所述数据采集仪信号连接的多个热端温度传感器和多个冷端温度传感器；

其中，多个所述热端温度传感器设置于所述热端夹持件，且所述热端温度传感器沿所述第一方向间隔设置；

多个所述冷端温度传感器设置于所述冷端夹持件，且多个所述冷端温度传感器沿所述第一方向间隔设置。

3.根据权利要求2所述的导热参数的测试装置，其特征在于，相邻两个所述热端温度传感器之间的间距相同。

4.根据权利要求2或3所述的导热参数的测试装置，其特征在于，相邻两个所述冷端温度传感器之间的间距相同。

5.根据权利要求1至4中任一所述的导热参数的测试装置，其特征在于，所述热端夹持件构造为柱状结构，所述热端夹持件的一个端面构成所述第一贴合面，另一个端面与所述加热系统热连接。

6.根据权利要求1至5中任一所述的导热参数的测试装置，其特征在于，所述冷端夹持件构造为柱状结构，所述冷端夹持件的一个端面构成所述第二贴合面，另一个端面与所述冷却系统热连接。

7.根据权利要求1至6中任一所述的导热参数的测试装置，其特征在于，所述第二温度检测系统包括红外热像仪。

8.根据权利要求7所述的导热参数的测试装置，其特征在于，所述红外热像仪可沿所述第一方向移动。

9.根据权利要求1至8中任一所述的导热参数的测试装置，其特征在于，所述加热系统包括主加热器；

所述主加热器与所述热端夹持件热连接。

10.根据权利要求9所述的导热参数的测试装置，其特征在于，所述加热系统还包括辅助加热器；

所述辅助加热器设置在所述主加热器的远离所述热端夹持件的一侧，用于减少所述主加热器的热量损失。

11.根据权利要求1至10中任一所述的导热参数的测试装置，其特征在于，所述预压系统包括加压装置和压力传感器；

所述加压装置与所述热端夹持件或所述冷端夹持件传动连接；

所述压力传感器用于测得所述加压装置所施加的压力值。

12.根据权利要求1至11中任一所述的导热参数的测试装置，其特征在于，所述厚度检测系统包括位移传感器；

所述位移传感器用于测得与所述预压系统传动连接的所述热端夹持件或所述冷端夹持件的位移量，以测得被压紧后的样本的厚度值。

13.一种导热参数的测试方法，其特征在于，包括：

将N个叠置的样本压紧在热端夹持件的第一贴合面和冷端夹持件的第二贴合面之间；其中，所述第一贴合面和所述第二贴合面在第一方向上相对设置；

测量被压紧后的N个样本的厚度值；

加热热端夹持件、冷却冷端夹持件；

获得热端夹持件在所述第一方向上的热流密度、所述冷端夹持件在所述第一方向上的热流密度、所述第一贴合面的温度值、所述第二贴合面的温度值；

其中，N为大于等于1的整数，且当N大于1时，所述方法还包括测得相邻两个所述样本之间的温差；

将M个叠置的样本压紧在热端夹持件的第一贴合面和冷端夹持件的第二贴合面之间；

测量被压紧后的M个样本的厚度值；

加热热端夹持件的导热部、冷却冷端夹持件的冷却部；

获得热端夹持件在所述第一方向上的热流密度、所述冷端夹持件在所述第一方向上的热流密度、所述第一贴合面的温度值、所述第二贴合面的温度值；

其中，M为大于等于1的整数，且M不等于N；当M大于1时，所述方法还包括测得相邻两个所述样本之间的温差。

14.根据权利要求13所述的测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括：

对N个样本进行测试时，当获得所述热端夹持件在所述第一方向上的热流密度、所述冷端夹持件在所述第一方向上的热流密度后；

将所述热端夹持件在所述第一方向上的热流密度、所述冷端夹持件在所述第一方向上的热流密度的平均值作为N个样本的热流密度；

对M个样本进行测试时，当获得所述热端夹持件在所述第一方向上的热流密度、所述冷端夹持件在所述第一方向上的热流密度后；

将所述热端夹持件在所述第一方向上的热流密度、所述冷端夹持件在所述第一方向上的热流密度的平均值作为M个样本的热流密度。

15.根据权利要求13或14所述的测试方法，其特征在于，测得所述热端夹持件在所述第一方向上的不同位置的温度值，以获得所述热端夹持件在所述第一方向上的热流密度、所述第一贴合面的温度值；

测得所述冷端夹持件在第一方向上的不同位置的温度值，以获得所述冷端夹持件在所述第一方向上的热流密度、所述第二贴合面的温度值。

16.根据权利要求13至15中任一所述的测试方法，其特征在于，将样本压紧在所述第一贴合面和所述第二贴合面之间之前，所述方法还包括：

预压系统驱动向所述热端夹持件或所述冷端夹持件施加预设的压力值，以使所述第一贴合面和所述第二贴合面紧贴，并记录被所述预压系统驱动的所述热端夹持件或所述冷端夹持件的第一位移量；

将样本放置在所述第一贴合面和所述第二贴合面之间后，预压系统施加所述预设的压力值，以将样本压紧在所述第一贴合面和所述第二贴合面之间，并记录被所述预压系统驱动的所述热端夹持件或所述冷端夹持件的第二位移量。

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