CN204882430U - 一种不良导体导热系数测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的涉及一种不良导体导热系数测量装置，包括有隔热圆柱筒以及测试仪，隔热圆柱筒水平设置，隔热圆柱筒内从左至右设置有相紧贴的电加热片、第一铜片、待测样品、第二铜片、半导体制冷片以及散热器；电加热片上设置有热端电源插孔和热端控温传感器，第一铜片上设置有热端温度传感器，第二铜片上设置有冷端温度传感器，半导体制冷片上设置有冷端控温传感器，散热器上设置有冷端电源插孔；上述的各个插孔以及各个传感器与测试仪上对应接口相连接。本实用新型的优点在于：结构简单，测量时间短，采用水平设置，避免了散热盘上下表面散热不均的问题，从而使测量结果更为准确。

Description

一种不良导体导热系数测量装置

技术领域

本实用新型涉及导热系数测量技术领域，尤其是对不良导体导热系数的测量，特别指一种不良导体导热系数测量装置。

背景技术

不良导体导热材料是生产生活中应用广泛的保温隔热材料，而导热系数是表征不良导体导热材料性能的重要物理量。因此，在大、中专院校实验课程中开设“不良导体导热系数测量”的实验内容，让学生学习导热系数的测量、认识热传导的基本原理和规律有重要意义。

目前，在大、中专院校实验课程中通常采用稳态法测量不良导体的导热系数，但该实验从实验原理推导到物理量的测量等诸多环节还存在一些问题，主要问题是实验实现手段有缺陷。传统实验装置为竖式布局，由发热铜盘、样品盘和散热铜盘从上到下叠加构成，实验原理主要依据：当系统传热达到平衡后，近似认为样品盘的传热速率等于散热盘的散热速率，然后求出导热系数。根据傅里叶热传导定律先把样品盘的传热速率表示出来，然后再单独暴露散热盘，测试其散热速率，此时散热盘的散热面积多了一个上底面积，实验巧妙利用散热盘散热速率与散热面积成正比的关系做了个校正。斯坦伯格研究表明：由于热平板上下表面冷空气的运动形式不同，导致上表面的散热系数约为下表面散热系数的2倍，因此散热盘上下表面的散热速率并不相等。实验为了减少散热盘上下表面散热系数的差别，采用电风扇在散热盘底部做强对流，但这样处理仍有不足，因为自然对流与强迫对流是两种不同的散热方式，两者的散热速率并不相同，因此原实验测定的散热速率是不准确的，最终通过热平衡计算的导热系数是有误差的。另外，原实验时间布局不合理，测试系统达到热平衡需要时间太长；再有数据处理复杂，影响测量精确性。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供结构简单，测量方便、准确，测量时间短的一种不良导体导热系数测量装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种不良导体导热系数测量装置，包括有隔热圆柱筒以及测试仪，其中，隔热圆柱筒水平设置，隔热圆柱筒内从左至右设置有相紧贴的电加热片、第一铜片、待测样品、第二铜片、半导体制冷片以及散热器；电加热片上设置有热端电源插孔和热端控温传感器，热端电源插孔与测试仪上的第一电源输出插孔相连接，热端控温传感器与测试仪上的第一控温电缆插孔相连接，第一铜片上设置有热端温度传感器，该热端温度传感器与测试仪上的第一温度传感器插孔相连接，第二铜片上设置有冷端温度传感器，该冷端温度传感器与测试仪上的第二温度传感器插孔相连接，半导体制冷片上设置有冷端控温传感器，该冷端控温传感器与测试仪上的第二控温电缆插孔相连接，散热器上设置有冷端电源插孔，该冷端电源插孔与测试仪上的第二电源输出插孔相连接。

优化的技术措施还包括：

上述的测试仪上还设置有输入键盘、显示器面板、第一电功率显示窗、第二电功率显示窗、第一温度显示窗以及第二温度显示窗。

上述的隔热圆柱筒的下部三分之一处轴向设置有滑槽。

上述的散热器的外侧设置有锁紧阀。

上述的隔热圆柱筒由下筒体和能够打开的上筒体构成。

上述的上筒体与所述下筒体铰接配合，上筒体上设置有把手。

上述的隔热圆柱筒设置于固定支架上。

上述的固定支架上端设置有垫板,隔热圆柱筒装配于该垫板上。

本实用新型的一种不良导体导热系数测量装置，采用将隔热圆柱筒水平设置，从而将整个测量装置水平布局，避免了散热盘上下表面散热不均的问题，从而使测量结果更为准确。另外，本测量装置在待测样品的一侧设置有电加热片，另一侧设置有半导体制冷片，从而在待测样品的两侧分别形成有热端和冷端，并可以通过测试仪自主设定、控制热端和冷端的温度，缩短系统热平衡等待时间，大大缩小了测量时间，提高了测量效率。测量过程，近需要保证第一铜片和第二铜片紧贴待测样品的两侧即可，通过调整位置，能够完成对不同厚度待测样品导热系数的测量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1测试仪的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1至图2所示为本实用新型的结构示意图，

其中的附图标记为：隔热圆柱筒1、下筒体11、上筒体12、把手12a、滑槽13、测试仪2、输入键盘2a、显示器面板2b、第一电功率显示窗2c、第二电功率显示窗2d、第一温度显示窗2e、第二温度显示窗2f、第一电源输出插孔21、第二电源输出插孔22、第一控温电缆插孔23、第二控温电缆插孔24、第一温度传感器插孔25、第二温度传感器插孔26、电加热片3、热端电源插孔3a、热端控温传感器3b、第一铜片41、热端温度传感器41a、第二铜片42、冷端温度传感器42a、待测样品5、半导体制冷片6、冷端控温传感器6a、散热器7、冷端电源插孔7a、固定支架8、垫板81。

如图1至图2所示，

本实用新型的一种不良导体导热系数测量装置，包括有隔热圆柱筒1以及测试仪2，其中，隔热圆柱筒1水平设置，隔热圆柱筒1内从左至右设置有相紧贴的电加热片3、第一铜片41、待测样品5、第二铜片42、半导体制冷片6以及散热器7；电加热片3上设置有热端电源插孔3a和热端控温传感器3b，热端电源插孔3a与测试仪2上的第一电源输出插孔21相连接，热端控温传感器3b与测试仪2上的第一控温电缆插孔23相连接，第一铜片41上设置有热端温度传感器41a，该热端温度传感器41a与测试仪2上的第一温度传感器插孔25相连接，第二铜片42上设置有冷端温度传感器42a，该冷端温度传感器42a与测试仪2上的第二温度传感器插孔26相连接，半导体制冷片6上设置有冷端控温传感器6a，该冷端控温传感器6a与测试仪2上的第二控温电缆插孔24相连接，散热器7上设置有冷端电源插孔7a，该冷端电源插孔7a与测试仪2上的第二电源输出插孔22相连接。

实施例中，测试仪2上还设置有输入键盘2a、显示器面板2b、第一电功率显示窗2c、第二电功率显示窗2d、第一温度显示窗2e以及第二温度显示窗2f。

其中，第一电功率显示窗2c与第一电源输出插孔21相对应，第二电功率显示窗2d与第二电源输出插孔22相对应，第一温度显示窗2e与第一控温电缆插孔23相对应，第二温度显示窗2f与第二控温电缆插孔24相对应。

实施例中，隔热圆柱筒1的下部三分之一处轴向设置有滑槽13。

滑槽13与隔热圆柱筒1相切设置，设置滑槽13能够方便电加热片3、待测样品5、半导体制冷片6以及散热器7的插入以及固定。

实施例中，散热器7的外侧设置有锁紧阀。通过锁紧阀的锁紧能够各部件之间贴的更紧，并有助于各部件的固定。

实施例中，隔热圆柱筒1由下筒体11和能够打开的上筒体12构成。

实施例中，上筒体12与所述下筒体11铰接配合，上筒体12上设置有把手12a。

实施例中，隔热圆柱筒1设置于固定支架8上。

实施例中，固定支架8上端设置有垫板81,隔热圆柱筒1装配于该垫板81上。设置垫板81能够提高隔热圆柱筒1安装的稳定性。

本不良导体导热系数测量装置具有两种测量方式：

方式一：当系统传热达到平衡后，认为待测样品5的传热速率等于散热铜板的散热速率。

步骤一、测定系统传热达到平衡时样品热端温度和冷端温度，根据傅里叶热传导定律先把样品盘的传热速率表示出来，即，其中为传热速率，为样品的导热系数，为样品的厚度，S为样品的表面面积，和分别是热平衡时样品高温面和低温面温度；

步骤二、去掉待测样品和高温端铜板(即第一铜片41)，直接让低温端铜板(即第二铜片42)与电加热片3接触，当加热到设定的温度后，关闭热源，旋出电加热片3；在第二铜片42的受热面再加一个半导体制冷片，设定温度与第二铜片42非受热面半导体制冷片的温度相同，让两制冷片与铜板接触紧密；

第三步、用数据采集器系统观测铜板降温过程，并作制冷曲线，求出，散热速率为其中，c和m分别为散热盘的比热容及质量；

第四步、根据、得出，计算得到待测样品5的导热系数。

方式二的测量过程更为简单，只需要完成方式一中第一步，就可求出待测样品5的导热系数。其原理依据傅里叶热传导定律表示出传热速率，即根据，推导得出待测样品5的导热系数。在纯电阻电路中可认为输出电能完全转化为热能，因此热端电源输出功率P等于电加热片3的热损耗功率，就等于电加热片3的传热速率，当达到热平衡后，可认为热端电源输出功率P等于薄铜板的散热速率，即，则。而热端电源输出功率P从测试仪2的第一电功率显示窗2c直接读出。

本不良导体导热系数测量装置能够通过两种不同的方式对待测样品5进行导热系数的测量，能够让学生更好地了解、掌握不良导体导热系数的测量过程和测量方法。

本实用新型的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本实用新型的范围。

Claims (8)

1.一种不良导体导热系数测量装置，包括有隔热圆柱筒(1)以及测试仪(2)，其特征是：所述的隔热圆柱筒(1)水平设置，所述的隔热圆柱筒(1)内从左至右设置有相紧贴的电加热片(3)、第一铜片(41)、待测样品(5)、第二铜片(42)、半导体制冷片(6)以及散热器(7)；所述的电加热片(3)上设置有热端电源插孔(3a)和热端控温传感器(3b)，所述的热端电源插孔(3a)与测试仪(2)上的第一电源输出插孔(21)相连接，所述的热端控温传感器(3b)与测试仪(2)上的第一控温电缆插孔(23)相连接，所述的第一铜片(41)上设置有热端温度传感器(41a)，该热端温度传感器(41a)与测试仪(2)上的第一温度传感器插孔(25)相连接，所述的第二铜片(42)上设置有冷端温度传感器(42a)，该冷端温度传感器(42a)与测试仪(2)上的第二温度传感器插孔(26)相连接，所述的半导体制冷片(6)上设置有冷端控温传感器(6a)，该冷端控温传感器(6a)与测试仪(2)上的第二控温电缆插孔(24)相连接，所述的散热器(7)上设置有冷端电源插孔(7a)，该冷端电源插孔(7a)与测试仪(2)上的第二电源输出插孔(22)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种不良导体导热系数测量装置，其特征是：所述的测试仪(2)上还设置有输入键盘(2a)、显示器面板(2b)、第一电功率显示窗(2c)、第二电功率显示窗(2d)、第一温度显示窗(2e)以及第二温度显示窗(2f)。

3.根据权利要求2所述的一种不良导体导热系数测量装置，其特征是：所述的隔热圆柱筒(1)的下部三分之一处轴向设置有滑槽(13)。

4.根据权利要求3所述的一种不良导体导热系数测量装置，其特征是：所述的散热器(7)的外侧设置有锁紧阀。

5.根据权利要求4所述的一种不良导体导热系数测量装置，其特征是：所述的隔热圆柱筒(1)由下筒体(11)和能够打开的上筒体(12)构成。

6.根据权利要求5所述的一种不良导体导热系数测量装置，其特征是：所述的上筒体(12)与所述下筒体(11)铰接配合，所述的上筒体(12)上设置有把手(12a)。

7.根据权利要求6所述的一种不良导体导热系数测量装置，其特征是：所述的隔热圆柱筒(1)设置于固定支架(8)上。

8.根据权利要求7所述的一种不良导体导热系数测量装置，其特征是：所述的固定支架(8)上端设置有垫板(81),所述的隔热圆柱筒(1)装配于该垫板(81)上。