CN208688996U - 一种热传导率测试装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种热传导率测试装置。本申请的热传导率测试装置，包括可开合的密封腔体、抽真空组件、热传导率测试组件；热传导率测试时，热传导率测试组件放置于密封腔体内，抽真空组件通过开设在密封腔体壳体上的真空抽气口与密封腔体连接，用于密封腔体抽真空；热传导率测试组件包括绝热套，和设在绝热套内部的上下对称设置的两个导热铜盘，第一导热铜盘和第二导热铜盘之间形成待测样品容纳空腔；第一导热铜盘背面连接有电加热器，第二导热铜盘背面连接水冷管，第一导热铜盘和第二导热铜盘分别连接有温度传感器，电加热器通过固定在密封腔体壳体上的真空电极接口与外界的电源连接，两个温度传感器同样通过真空电极接口与外界的显示设备连接。
Description
技术领域
本申请涉及热传导率测试领域，特别是涉及一种热传导率测试装置。
背景技术
RF射频离子源需要用到耐高温绝缘材料，市场上现有的材料满足需求的就是各种陶瓷材料，但陶瓷材料由于成分、烧制方法、烧制条件的不同会具有不同的性能，为了找到合适的陶瓷材料，需要对各种陶瓷材料的热传导率进行检测，进而筛选出符合RF射频离子源使用的耐高温绝缘材料。
陶瓷材料热传导率检测，目前比较常规的作法是，将陶瓷材料送检专业检测机构。但是，在对大量的陶瓷材料进行筛选检测时，由于实验样品多样，并且专业检测机构费用昂贵；直接将大量的陶瓷材料送检专业检测机构，不仅效率较低，而且成本高。此外，专业检测机构所采用的热传导率测试装置功能多样，结构复杂，如果直接购买用于陶瓷材料热传导率检测，又存在成本高，使用率低等问题。
因此，针对RF射频离子源筛选耐高温绝缘材料的使用需求，亟需研发一款结构简单、使用方便的热传导率测试装置，用于对大量的各种陶瓷材料进行热传导率检测和筛选。
发明内容
本申请的目的是提供一种新的热传导率测试装置。
本申请采用了以下技术方案：
本申请公开了一种热传导率测试装置，包括可开合的密封腔体1、抽真空组件、热传导率测试组件2；进行热传导率测试时，热传导率测试组件2放置于密封腔体1内，抽真空组件2通过开设在密封腔体1壳体上的真空抽气口11与密封腔体1连接，用于给密封腔体1抽真空；热传导率测试组件2包括绝热套21，和设置在绝热套21内部的上下对称设置的两个导热铜盘，第一导热铜盘22和第二导热铜盘23之间形成待测样品容纳空腔；第一导热铜盘22的背面连接有电加热器24，第二导热铜盘23背面固定连接水冷管231，第一导热铜盘22和第二导热铜盘23分别连接有温度传感器，电加热器24通过固定在密封腔体1 壳体上的真空电极接口12与外界的电源连接，两个温度传感器同样通过真空电极接口12与外界的显示设备连接。
需要说明的是，本申请的热传导率测试装置，整个测试在真空状态下进行，并且，加热温度不高，因此，可以忽略热辐射和空气对流传热对测试结果的影响。本申请的热传导率测试装置测试结果准确、稳定，能够适用于要求快速且大量的形状规则样品的热传导率测试；
优选的，第一导热铜盘22通过压紧钉221连接在绝热套21内，压紧钉221 通过绝热材料与第一导热铜盘22连接，第二导热铜盘23固定安装在绝热套21 内；压紧钉221可调节第一导热铜盘22相向或背向于第二导热铜盘23移动。优选的，绝热材料为聚醚醚酮。
需要说明的是，本申请的热传导率测试装置，其工作原理是，利用电加热器对待测试样品的一端进行加热，另一端不加热，然后测试一段时间过后待测试样品两端的温度，通过温度差以及待测试样品自身的参数特征，计算热传导率。本申请的一种优选实施方式中提供了热传导率的计算公式：
k＝qtL/A(T2－T1)
其中k为热传导率，单位为W/(m*K)；q为电加热器功率，单位为W；t为加热时间，单位为分钟；L为待测样品的两端的距离，即待测样品的高度，单位为mm；A为待测样品的端面积，单位为mm2；T2为加热一端的温度，即第一导热铜盘处的温度，单位为℃；T1为不加热一端的温度，即第二导热铜盘处的温度，单位为℃。其中，在待测样品的端面积小于导热铜盘的面积时，A取值为待测样品的端面积，如果待测样品的端面积大于导热铜盘的面积，则A取值为导热铜盘的面积。本申请的热传导率测试装置一般都是用于测试较小的圆柱体或方柱体，因此，A取值为待测样品的端面积。
本申请的热传导率测试装置中，第一导热铜盘22和第二导热铜盘23是为了有效的夹持待测试样品，并且，两个导热铜盘都是直接接触连接待测试样品的两端，铜盘自身的导热性能优良，因此，两个导热铜盘上安装的温度传感器检测到的温度实际上就是待测试样品两端的温度。使用时，两个导热铜盘与待测试样品的两端是紧密接触的，不能有空隙，因此，本申请优选的方案中设计压紧钉221，使用时，将待测试样品放入待测样品容纳空腔，然后拧紧压紧钉 221，使两个导热铜盘将待测试样品夹紧，实际上，压紧钉221类似于拧紧螺钉。
优选的，本申请的热传导率装置还包括水冷系统，水冷系统的水冷管铜冷盘231安装在第二导热铜盘23的背面，水冷管231通过开设在密封腔体1壳体上的冷却水管进出口13与外界连通。水冷管231使得整个导热系统处在恒定环境温度下，测试试件的热传导率是在恒定环境温度下进行。
优选的，本申请的热传导率装置中，密封腔体1内还安装有真空计，真空计通过开设在密封腔体1壳体上的真空计安装口14固定安装在密封腔体1内。
需要说明的是，真空计的作用是检测密封腔体内的真空情况，以保障热传导率在真空下测量。
优选的，密封腔体1为中空的玻璃圆柱体腔，玻璃圆柱体腔两端具有盖体，并采用橡胶密封垫密封，两端的盖体通过若干条长螺柱连接锁紧；真空抽气口 11、真空电极接口12、冷却水管进出口13和真空计安装口14都开设在其中一个盖体上。
需要说明的是，采用玻璃圆柱体腔，可以方便在测量时观察待测试样品的情况，例如，观察待测试样品是否有夹持好或者位移等。
优选的，电加热器24为电加热硅胶垫。
优选的，绝热套21为聚醚醚酮绝热套。
本申请的有益效果在于：
本申请的热传导率测试装置，在真空下进行测试，避免了空气对流传热对测试结果的影响，并且加装水冷管，保持恒定环境温度，操作方便，能够适用于要求快速且大量的形状规则样品的热传导率测试。
附图说明
图1是本申请实施例中热导率测试装置的透视结构示意图；
图2是本申请实施例中制备的热传导率测试组件的分解结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。
实施例
本例的热传导率测试装置，如图1和图2所示，包括可开合的密封腔体1、抽真空组件、热传导率测试组件2；进行热传导率测试时，热传导率测试组件2 放置于密封腔体1内，抽真空组件通过开设在密封腔体1壳体上的真空抽气口 11与密封腔体1连接，用于给密封腔体1抽真空；热传导率测试组件2，如图2 所示，包括绝热套21，和设置在绝热套21内部的上下对称设置的两个导热铜盘，其中，本例的绝热套21为聚醚醚酮绝热套；第一导热铜盘22和第二导热铜盘 23之间形成待测样品容纳空腔；第一导热铜盘22的背面连接有电加热器24，第二导热铜盘23的背面固定连接水冷管231，本例的电加热器24为电加热硅胶垫；第一导热铜盘22和第二导热铜盘23分别连接有温度传感器，电加热器24 通过固定在密封腔体1壳体上的真空电极接口12与外界的电源连接，两个温度传感器同样通过真空电极接口12与外界的显示设备连接。
其中，第一导热铜盘22通过压紧钉221连接在绝热套21内，压紧钉221 通过绝热材料与第一导热铜盘22连接，第二导热铜盘23固定安装在绝热套21 内；压紧钉221可调节第一导热铜盘22相向或背向于第二导热铜盘23移动。本例连接压紧钉221和第一导热铜盘22的绝热材料为聚醚醚酮。
另外，为了对系统进行降温，本例的热传导率装置还包括水冷系统，水冷系统的铜冷盘水冷管231安装在第二导热铜盘23的背面，铜冷盘水冷管231通过开设在密封腔体1壳体上的冷却水管进出口13与外界连通。为了实时监控密封腔体内的真空情况，在密封腔体1内还安装有真空计，真空计通过开设在密封腔体1壳体上的真空计安装口14固定安装在密封腔体1内。
本例的密封腔体1为中空的玻璃圆柱体腔，玻璃圆柱体腔两端具有盖体，并采用橡胶密封垫密封，两端的盖体通过若干条长螺柱连接锁紧；真空抽气口 11、真空电极接口12、冷却水管进出口13和真空计安装口14都开设在其中一个盖体上。
本例的热传导率测试装置，使用时，先将玻璃圆柱体腔拿起，将待测试样品装入第一导热铜盘22和第二导热铜盘23之间的待测样品容纳空腔内，调节压紧钉221，通过第一导热铜盘22和第二导热铜盘23将待测样品夹紧。然后，箍紧玻璃圆柱体腔，开启抽真空组件，对密封腔体1进行抽真空，在真空度达到设定参数后，开启电加热器24，对待测样品进行加热，同时，实时采集待测样品两端的温度，通过如下公式计算热传导率：
k＝qtL/A(T2－T1)
其中k为热传导率，单位为W/(m*K)；q为电加热器功率，单位为W；t为加热时间，单位为分钟；L为待测样品的两端的距离，即待测样品的高度，单位为mm；A为待测样品的端面积，单位为mm2；T2为加热一端的温度，即第一导热铜盘处的温度，单位为℃；T1为不加热一端的温度，即第二导热铜盘处的温度，单位为℃。
本例的待测样品为直径14.32mm，高度13.74mm的圆柱形样品，因此， L＝13.74mm，A＝π×r2＝3.14×7.162＝160.97mm2。本例分别测试了功率3W加热10 分钟、功率3W加热12分钟和功率4.5W加热15分钟时的电导率，结果如表1 所示。
表1不同加热功率下测量的热传导率
| 功率(W) | 加热时间t(min) | T2(℃) | T1(℃) | 热传导率k(W/(m*K)) |
| 3 | 10 | 23.92 | 29.85 | 43.18 |
| 3 | 12 | 24.1 | 30.1 | 42.68 |
| 4.5 | 15 | 26.7 | 35.6 | 43.16 |
表1的结果显示，本例的热传导率测试装置，能够稳定的测量待测样品的热传导率。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (7)
1.一种热传导率测试装置，其特征在于：包括可开合的密封腔体(1)、抽真空组件、热传导率测试组件(2)；
进行热传导率测试时，所述热传导率测试组件(2)放置于所述密封腔体(1)内，所述抽真空组件通过开设在所述密封腔体(1)壳体上的真空抽气口(11)与密封腔体(1)连接，用于给密封腔体(1)抽真空；
所述热传导率测试组件(2)包括绝热套(21)，和设置在绝热套(21)内部的上下对称设置的两个导热铜盘，第一导热铜盘(22)和第二导热铜盘(23)之间形成待测样品容纳空腔；
所述第一导热铜盘(22)的背面连接有电加热器(24)，第二导热铜盘(23)的背面固定连接水冷管(231)，第一导热铜盘(22)和第二导热铜盘(23)分别连接有温度传感器，电加热器(24)通过固定在所述密封腔体(1)壳体上的真空电极接口(12)与外界的电源连接，两个温度传感器同样通过真空电极接口(12)与外界的显示设备连接。
2.根据权利要求1所述的热传导率测试装置，其特征在于：所述第一导热铜盘(22)通过压紧钉(221)连接在所述绝热套(21)内，所述压紧钉(221)通过绝热材料与第一导热铜盘(22)连接，所述第二导热铜盘(23)固定安装在所述绝热套(21)内；所述压紧钉(221)可调节所述第一导热铜盘(22)相向或背向于所述第二导热铜盘(23)移动。
3.根据权利要求1所述的热传导率测试装置，其特征在于：还包括水冷系统，所述水冷系统的水冷管(231)安装在所述第二导热铜盘(23)的背面，水冷管(231)通过开设在所述密封腔体(1)壳体上的冷却水管进出口(13)与外界连通。
4.根据权利要求1所述的热传导率测试装置，其特征在于：所述密封腔体(1)内还安装有真空计，所述真空计通过开设在所述密封腔体(1)壳体上的真空计安装口(14)固定安装在密封腔体(1)内。
5.根据权利要求4所述的热传导率测试装置，其特征在于：所述密封腔体(1)为中空的玻璃圆柱体腔，玻璃圆柱体腔两端具有盖体，并采用橡胶密封垫密封，两端的盖体通过若干条长螺柱连接锁紧；所述真空抽气口(11)、真空电极接口(12)、冷却水管进出口(13)和真空计安装口(14)都开设在其中一个盖体上。
6.根据权利要求1-4任一项所述的热传导率测试装置，其特征在于：所述电加热器(24)为电加热硅胶垫。
7.根据权利要求1-4任一项所述的热传导率测试装置，其特征在于：所述绝热套(21)为聚醚醚酮绝热套。
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