CN207946382U - 一种导热系数及比热容的测定仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种导热系数及比热容的测定仪器，多个支撑柱垂直设置箱体上，加热板设置在箱体的顶部并与支撑柱连接，电机设置在箱体中能够带动加热板沿支撑柱上下移动，加热板与温控装置连接，温控装置与控制单元连接；顶板设置在支撑柱的顶部，压力传感器设置顶板的底部，压力传感器与控制单元连接，冷却板与隔温板连接，并设置在压力传感器的下方，该测定仪器通过移动冷却板和隔温板的位置，实现对待测材料的比热容和导热系数进行测量，操作简单便捷。

Description

一种导热系数及比热容的测定仪器

技术领域

本实用新型涉及材料导热性能检测设备领域，具体为一种导热系数及比热容的测定仪器，能够精确测量待测物的导热系数和比热容。

背景技术

导热系数和比热容是反映材料导热和传热性能的重要参数之一，目前导热系数和比热容的测量需要采用不同的仪器进行测试，并且测试仪器价格昂贵，极大的提高了测量的成本，同时也占用了实验室的面积，故研制一种能同时测试物体的导热系数和比热容的仪器显得尤为重要。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种导热系数及比热容的测定仪器，测量导热系数时将绝热层更换成冷板，测量比热容时将冷板更换成绝热层，通过冷板和绝热层的更换，即可分别完成导热系数和比热容的测量工作。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种导热系数及比热容的测定仪器，包括电机、箱体、多个支撑柱、顶板、冷却板、隔温板、控制单元、温控装置和用于对待测材料加热的加热板；

其中，多个支撑柱垂直设置箱体上，加热板设置在箱体的顶部并与支撑柱连接，电机设置在箱体中能够带动加热板沿支撑柱上下移动，加热板与温控装置连接，温控装置与控制单元连接；顶板设置在支撑柱的顶部，压力传感器设置顶板的底部，压力传感器与控制单元连接，冷却板与隔温板连接，并设置在压力传感器的下方；

当测量比热容时，隔温板设置在待测材料的上方，并与压力传感器连接；

当测量导热系数时，冷却板设置在待测材料的上方，并与压力传感器连接。

优选的，所述隔温板和冷却板上下层叠连接。

优选的，所述隔温板的侧壁和冷却板的侧壁连接。

优选的，所述支撑柱上设置有水平的滑槽，隔温板和冷却板设置在滑槽中能够沿滑槽移动。

优选的，所述加热板的底部设置有隔热板，加热板的侧面设置有保温层。

优选的，所述加热板包括中心热板和用于防止中心热板水平散热的护热板，所述护热板上设置有贯穿的安装孔，中心热板设置在安装孔中并与护热板连接，中心热板与护热板之间设置有隔热缝。

优选的，所述加热板底部还设置有升降平台，升降平台安装在支撑柱上，升降平台与电机连接。

优选的，所述冷却板内部设置有冷却通道，冷却通道的进水口还连接有水量调节装置。

优选的，所述水量调节装置包括用于调节水流量的电动阀和用于泄压的溢流阀；冷却通道的进水口依次连接电动阀、溢流阀和水源。

优选的，所述冷却通道采用双螺旋槽道，双螺旋槽道采用逆流式螺旋通道，冷却通道包括两个螺旋方向和水流方向均相反的通道。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型提供的一种导热系数及比热容的测定仪器，将待测材料放置在加热板上，然后通过电机推动加热板沿支撑柱向上运动，测量导热系数时，移动冷却板至待测材料的顶部，并与加热板对待检测物进行加紧，通过加热板对待检测物进行加热，然后通过控制单元得到加热板的功率，再根据导热系数计算公式得出待检测物高温状态下的导热系数。

当测量比热容时只需移动冷却板和隔温板的位置，使将隔温板放置在待测材料的上方，防止待测测定散失，通过控制单元计算出加热板所产生的热量，进而得到待测材料的比热容。

该测定仪器通过移动隔热板和冷却板的位置即可完成比热容和导热系数的测量，操作过程简单便捷，减少了实验设备的投入，降低了成本，同时也节约了空间。

隔温板和冷却板上下层叠连接，通过翻转隔温板和冷却板即可实现导热系数及比热容的测量。

隔温板和冷却板还可以采取水平连接，同时在支撑柱上设置滑槽，隔温板和冷却板在滑槽上水平移动，实现导热系数及比热容的测量。

在加热板的底部底部和侧壁上设置隔热板和保温层，防止热量散失，能够提高测量精度。

为了进一步提高检测的精度，保证加热板的热量垂直向上传递，在中心热板的外侧设置护热板，防止中心热板的热量向四周扩散，使热量能够均匀传到至待检测物。

进一步在冷却板内设置双螺旋冷却通道，保证了冷却板温度的一致性，同时通过调节装置调节水量的大小，对冷却板的温度进行控制。

电机驱动升降平台沿支撑柱上下滑动，运动过程稳定，同时保证了对待检测夹紧力的一致性，该结构简单加工方便。

附图说明

图1为导热系数测定仪器的结构示意图；

图2为加热板的结构示意图；

图3为冷却板的结构示意图；

图4为温度调节装置的结构示意图；

图5为冷却板和隔温板上下设置的结构示意图；

图6为冷却板和隔温板水平设置的结构示意图。

图中：1电机；2、箱体；3、升降平台；4、保温层；5、隔热板6、加热板；7、待测材料；8、冷却板；9、隔温板；10、压力传感器；11、中心热板；12、隔热缝；13、护热板；14、电动阀；15、水管；16溢流阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

实施例1

本实用新型提供了一种导热系数的测定仪器，包括电机1、箱体2、升降平台3、加热板6、冷却板8、隔温板9、压力传感器10、水量调节装置、温控装置和控制单元。

如图1所示，4根支撑柱垂直且对称设置在箱体2的顶面，升降平台3上设置有多个安装孔，安装孔的位置与支撑柱的位置相匹配，升降平台3通过安装孔套装在支撑柱上，加热板6安装在升降平台3的顶面，加热板6的底部还设置有隔热板5，加热板6侧壁上还设置有保温层4，且保温层4的高度大于加热板6的厚度，保温层4高出加热板6的部分同时能够对待测材料7进行保温，提高测量的精准度。加热板6与温控装置连接，温控装置与控制单元连接。支撑柱的顶部还固定设置有顶板，顶板底面的中心设置有压力传感器10，用于检测待测材料7的压力，压力传感器10与控制单元连接。

电机1安装在箱体2的内部，电机1的连接端穿过箱体2的顶面与升降平台3的顶部连接，控制单元根据压力传感器10检测的压力值控制电机的启动或停止。

如图5所示，冷却板8和隔温板9上下层叠固定连接，冷却板8和隔温板9的中心均设置有和压力传感器10连接安装孔。

当测量导热系数时，隔温板9位于冷却板8的上方；隔温板9与压力传感器10通过螺柱连接，冷却板8位于待测材料7的顶部；

当测量比热容时，冷却板8位于隔温板9的上方；冷却板8与压力传感器10连接，隔温板9位于待测材料7的顶部。

如图2所示，加热板6包括中心热板11和护热板13；护热板13的中心设置有贯穿的方形固定孔，中心热板11安装在固定孔中，为了防止中心热板10与护热板13之间相互传递热量，在中心热板11与护热板13之间设置隔热缝12，保证护热板13与中心热板10之间不直接接触，减少热量传递，护热板13与中心热板11通过多个连接件固定连接，通过中心热板11向上传热对待检测物进行加热。

压力传感器采用S型拉压力传感器。中心热板10和护热板6均为铜板。

温控装置包括依次电压输出模块、信号放大器、继电器和保险丝，中心热板11的底部设置加热块，加热块和温控装置分别与直流电源连接，温控装置与控制单元连接，通过控制单元控制中心热板11的加热温度，中心热板10还设置有热电偶，能够检测中心热板11的表面温度，并能将中心热板10的温度反馈给控制单元，进而实现加热板6的温度控制。

如图4所示，冷却板8采用水冷的方式对待测材料7进行控温，冷却板8的内部设置冷却通道，冷却通道采用双螺旋槽道，双螺旋槽道采用逆流式螺旋通道，包括两个螺旋方向和水流方向均相反的通道。

如图3所示，冷却通道的进水口连接电动阀14，电动阀14控制进水量的大小，电动阀14通过水管15与水源连接，电动阀14与水源连接的水管上还设置有溢流阀16；当电动阀14调小进水量时，由于水源的进水量没有改变，因此通过溢流阀16将多余的水量进行排出。

实施例2

本实施例提供的一种导热系数及比热容的测定仪器与实施例基本相同，不同之处在于冷却板8和隔温板9的连接方式和移动方式，具体连接方式的结构如下。

如图6所示，冷却板8的侧壁与隔温板9的侧壁连接，冷却板8和隔温板9水平并列连接且位于同一平面，在4个支撑柱上对称设置有一个滑槽，冷却板8和隔温板9设置在滑槽中，压力传感器与冷却板8的顶面接触，或与隔温板9的顶面接触。

当测量比热容时，移动隔温板9至待测材料7的上方，隔温板9的顶面与压力传感器的下端接触。

当测量导热系数时，移动冷却板8至待测材料7的上方，冷却板8的顶面与压力传感器的下端接触。

冷却板和隔温板可以采用焊接、铆接、螺栓连接或其它的现有连接方式进行固连。

滑槽为L型角钢，滑槽焊接在支撑柱上，冷却板8和隔温板9放置在滑槽的水平面上。

下面对实施例1提供的一种导热系数及比热容的测定仪器的工作原理进行详细的描述。

一、测量导热系数

当测量导热系数时，将隔热板9与压力传感器10下端的螺柱连接，冷却板8位于隔热板9的下方。

控制单元启动电机，电机带动升降平台下降，将待测试件放置于热板上；然后设定压力值和加热温度；通过电机驱动加热板上升直至压力达到设定压力值，然后通过温控单元控制加热板的温度，待温度达到稳定时，即可计算得到待测材料的导热系数。

通过控制单元计算得到加热板的功率P＝I*U。

通过导热系数计算公式的出结果。

其中P为中心量热均热铜块功率，d为待测物体厚度，△T为热板以及冷板的温差，A为中心量热均热铜块的面积。

二、测量比热容

测试比热容时，首先将冷却板自压力传感器下端的螺柱上拆下，然后翻转冷却板和隔温板，将冷却板与传感器下端的螺柱连接，此时，隔温板位于冷却板的下方。

电机驱动加热板上升至隔热板与待测材料接触，通过控制单元设定加热温度和加热时间，测定仪器通电一段时间后，计算中心量热均热铜板所产生的热量，通过对样品试件的质量、所吸收的热量和通电时间等数据进行处理，即可求得样品试件的比热容。测试过程中，绝热层能够有效防止热量散失。计算过程如下：

护热均热铜板通电一段时间后产生的热量Q₀，按照以下公式计算：

其中：U---护热均热铜板通的电压；I---护热均热铜板通的电流；t₁---测量起始时间；t₂---测量终止时间；

(1)待测材料在一段时间内吸收的热量Q₁，按照以下公式计算：

Q₁＝Q₀ (1-2)

其中：Q₀---护热均热铜板通电一段时间后产生的热量；

(2)待测材料比热容c按照以下公式计算：

其中：Q₁---待测材料在一段时间内吸收的热量；m---待测材料的质量；T₁---待测材料加热前的初始温度；T₂---待测材料加热后的最终温度。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导热系数及比热容的测定仪器，其特征在于，包括电机(1)、箱体(2)、多个支撑柱、顶板、冷却板(8)、隔温板(9)、控制单元、温控装置和用于对待测材料加热的加热板(6)；

其中，多个支撑柱垂直设置箱体(2)上，加热板(6)设置在箱体(2)的顶部并与支撑柱连接，电机(1)设置在箱体中能够带动加热板沿支撑柱上下移动，加热板(6)与温控装置连接，温控装置与控制单元连接；顶板设置在支撑柱的顶部，压力传感器设置顶板的底部，压力传感器(10)与控制单元连接，冷却板(8)与隔温板(9)连接，并设置在压力传感器(10)的下方；

当测量比热容时，隔温板(9)设置在待测材料的上方，并与压力传感器(10)连接；

当测量导热系数时，冷却板(8)设置在待测材料的上方，并与压力传感器(10)连接。

2.根据权利要求1所述一种导热系数及比热容的测定仪器，其特征在于，所述隔温板(9)和冷却板(8)上下层叠连接。

3.根据权利要求1所述一种导热系数及比热容的测定仪器，其特征在于，所述隔温板(9)的侧壁和冷却板(8)的侧壁连接。

4.根据权利要求3所述一种导热系数及比热容的测定仪器，其特征在于，所述支撑柱上设置有水平的滑槽，隔温板(9)和冷却板(8)设置在滑槽中能够沿滑槽移动。

5.根据权利要求1所述一种导热系数及比热容的测定仪器，其特征在于，所述加热板(6)的底部设置有隔热板(5)，加热板(6)的侧面设置有保温层(4)。

6.根据权利要求1所述一种导热系数及比热容的测定仪器，其特征在于，所述加热板(6)包括中心热板(11)和用于防止中心热板水平散热的护热板(13)，所述护热板(13)上设置有贯穿的安装孔，中心热板(11)设置在安装孔中并与护热板(13)连接，中心热板(11)与护热板(13)之间设置有隔热缝(12)。

7.根据权利要求1所述一种导热系数及比热容的测定仪器，其特征在于，所述加热板(6)底部还设置有升降平台(3)，升降平台(3)安装在支撑柱上，升降平台(3)与电机(1)连接。

8.根据权利要求1所述一种导热系数及比热容的测定仪器，其特征在于，所述冷却板(8)内部设置有冷却通道，冷却通道的进水口还连接有水量调节装置。

9.根据权利要求8所述一种导热系数及比热容的测定仪器，其特征在于，所述水量调节装置包括用于调节水流量的电动阀(14)和用于泄压的溢流阀(16)；冷却通道的进水口依次连接电动阀(14)、溢流阀(16)和水源。

10.根据权利要求8所述一种导热系数及比热容的测定仪器，其特征在于，所述冷却通道采用双螺旋槽道，双螺旋槽道采用逆流式螺旋通道，冷却通道包括两个螺旋方向和水流方向均相反的通道。