CN213779939U - 一种平板热流计法导热系数测定仪 - Google Patents

Abstract

一种平板热流计法导热系数测定仪，包括动力驱动机构、测力传感器、测厚传感器、热流计和测温传感器，以及冷极铜棒和热极铜棒，测力传感器上设有与冷极铜棒接触的压杆；动力驱动机构与冷极铜棒连接，动力驱动机构用于驱动冷极铜棒沿轴线移动，从而对试样进行加压；测温传感器为多个，多个测温传感器分别位于冷极铜棒和热极铜棒的不同部位上；热流计设置在冷极铜棒放置试样的端面上，冷极铜棒的内部设有水冷腔，水冷腔用于通入循环冷却水，冷极铜棒的内部设有加热腔，加热腔内设有加热管。本实用新型的平板热流计法导热系数测定仪能够更加精准的控制试样周围的环境温度，提高了测量的精准性，整套装置结构简单，使用方便。

Description

一种平板热流计法导热系数测定仪

技术领域

本实用新型涉及导热系数测试装置领域，具体涉及一种平板热流计法导热系数测定仪。

背景技术

导热系数是材料的一项重要的热力学指标，材料的导热系数的测定是研究和开发新材料的关键。

现有技术中导热系数的测试方法有护热平板法和热流计法，护热平板法由于测试时稳定时间长，影响效率，精度差；热流计法测试法只需稳定试样热面与冷面的温度，测试时间短，能够更快获得高精度结果（精度高达0.01mw），为实验人员赢得时间，可提高工作效率。

目前的热流计法导热系数测试仪，不能测量不同状态下试样的导系数；根据试样材料的类型不同，所需要的加压的力度大小不同，如软性材料，力的大小会影材料厚度，从而影响导热系数。而传统的导热仪加荷方式有交流电机加载和气动加载，这两种方式都不能精确控制压力，从而影响测试精度；另外，试验所采用的加热方式和冷却方式，都是采用尺寸较大的铜板进行热传导，而有的样品比较昂贵，实验室取样不便，这些都给实验带来很大的麻烦。

因此，有必要开发一种性价比更好的热流计法导热系数测试仪来测量材料的导热系数,以满足生产及科研中，对材料的导热系数的更高需求。

发明内容

基于此，本实用新型提供了一种平板热流计法导热系数测定仪，以解决现有的导热系数测试仪不能测量不同状态下试样的导系数，容易受试样材质影响，从而导致测量数据的准确性较差的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种平板热流计法导热系数测定仪，包括动力驱动机构、测力传感器、测厚传感器、热流计和测温传感器，以及沿同一轴线间隔设置且可沿该轴线移动的冷极铜棒和热极铜棒，所述冷极铜棒和所述热极铜棒之间用于夹持试样。

所述测力传感器设置在所述冷极铜棒远离试样的一端，且所述测力传感器相对该冷极铜棒为固定设置，所述测力传感器上设有与所述冷极铜棒接触的压杆；所述动力驱动机构与所述冷极铜棒连接，所述动力驱动机构用于驱动所述冷极铜棒沿所述轴线移动，从而对试样进行加压，加压负荷由所述测力传感器测得。

所述测厚传感器平行于所述轴线设置所述冷极铜棒和所述热极铜棒的侧面，所述测厚传感器的一端随所述冷极铜棒移动，所述测厚传感器的另一端随所述热极铜棒移动，所述测温传感器为多个，多个所述测温传感器分别位于所述冷极铜棒和所述热极铜棒的不同部位上。

所述热流计设置在所述冷极铜棒放置试样的端面上，所述冷极铜棒的内部设有水冷腔，所述水冷腔用于通入循环冷却水，所述冷极铜棒的内部设有加热腔，所述加热腔内设有加热管。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述冷极铜棒和所述热极铜棒的四周均围设保温筒，所述保温筒内填充有保温棉。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述水冷腔设置在所述冷极铜棒远离试样的一端，所述冷极铜棒上连接有两个铜水嘴，所述水冷腔通过所述两个铜水嘴与循环冷却水的供水管路连通，所述加热腔设置在所述热极铜棒远离试样的一端。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，本实用新型提供的一种平板热流计法导热系数测定仪，还包括支撑框架，所述支撑框架包括底板、顶板、立柱、冷极安装板和热极安装板，所述立柱为两根，两根所述立柱呈左右对称分布连接在所述底板和所述顶板之间，所述冷极安装板的两端和所述热极安装板的两端分别通过直线轴承套设在所述立柱上，所述热极安装板位于所述冷极安装板的上方。

所述热极铜棒竖向连接在所述热极安装板的底面，所述冷极铜棒竖向连接在所述冷极安装板的顶面。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述冷极安装板上设有冷极固定座，所述冷极铜棒通过所述冷极固定座安装在所述冷极安装板上，与所述冷极铜棒对应的保温筒连接在所述冷极固定座上；所述热极安装板上设有热极固定座，所述热极铜棒通过所述热极固定座安装在所述热极安装板上，与所述热极铜棒对应的保温筒连接在所述热极固定座上。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述测力传感器固定在所述顶板的底面，所述热极安装板上设有与所述测力传感器对应的弹簧套，所述弹簧套内设有一端与所述热极安装板接触，另一端与所述测力传感器的压杆接触的弹簧。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述测厚传感器设置于所述冷极安装板和所述热极安装板之间，所述测厚传感器的一端与所述冷极安装板连接，另一端与所述热极安装板连接。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述动力驱动机构包括滚珠丝杠副、蜗轮蜗杆减速机和伺服电机，所述伺服电机与所述蜗轮蜗杆减速机传动连接，所述蜗轮蜗杆减速机与所述滚珠丝杠副传动连接，所述蜗轮蜗杆减速机固定在所述底板的底面，所述滚珠丝杠副穿过所述底板与所述冷极安装板连接，伺服电机运转带动蜗轮蜗杆减速机运转，从而带动滚珠丝杠副的旋转，进而带动冷极安装板升降。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述测定仪还包括控制柜，所述动力驱动机构、测力传感器、测厚传感器、热流计、测温传感器，以及循环冷却水和加热管受控于所述控制柜，所述控制柜上对应设有操控面板。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述支撑框架通过所述底板固定连接在所述控制柜的顶面，所述控制柜上还设有罩盖所述支撑框架的防护罩，所述防护罩上开设有与所述热极铜棒和所述冷极铜棒相对应的操作窗。

本实用新型的平板热流计法导热系数测定仪，采用热流计安装在冷极铜棒的端面，使得试验所需试样更小，方便取样；通过测力传感器来控制加载时的加荷值，测厚传感器实时检测加压时的试样厚度，动力驱动机构控制精准，保证了加载力的准确度，提高了测量的准确性；而且，整套装置结构简单，控制精准，使用方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为平板热流计法导热系数测定仪提供的一实例的结构示意图。

图2为平板热流计法导热系数测定仪的侧视图。

图中：1、控制柜，2、伺服电机，3、蜗轮蜗杆减速机，4、滚珠丝杠副，5、冷极安装板，6、立柱，7、测厚传感器，8、保温棉，9、冷极铜棒，10、试样，11、热极铜棒，12、加热管，13、热极安装板，14、顶板，15、弹簧套，16、弹簧，17，测力传感器，18、压杆，19、热流计，20、防护罩，21、底板，22、测温传感器，23、铜水嘴，24、热极固定座，25、冷极固定座，26、保温筒。

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1和图2所示，一种平板热流计法导热系数测定仪，包括动力驱动机构、测力传感器17、测厚传感器7、热流计19和测温传感器22，以及沿同一轴线间隔设置且可沿该轴线移动的冷极铜棒9和热极铜棒11，所述冷极铜棒9和所述热极铜棒11之间用于夹持试样10。

所述测力传感器17设置在所述冷极铜棒9远离试样10的一端，且所述测力传感器17相对该冷极铜棒9为固定设置，所述测力传感器17上设有与所述冷极铜棒9接触的压杆18；所述动力驱动机构与所述冷极铜棒9连接，所述动力驱动机构用于提供动力驱动所述冷极铜棒9沿所述轴线移动，使冷极铜棒9朝向热极铜棒11方向移动将试样10夹紧，从而对试样10进行加压，加压负荷由所述测力传感器17测得。

所述测厚传感器7平行于所述轴线设置所述冷极铜棒9和所述热极铜棒11的侧面，所述测厚传感器7的一端随所述冷极铜棒9移动，所述测厚传感器7的另一端随所述热极铜棒11移动，测厚传感器7用于测量冷极铜棒9和热极铜棒11之间的相对位移，从而测量出试样10加压后的实际厚度；所述测温传感器22为多个，多个所述测温传感器22分别位于所述冷极铜棒9和所述热极铜棒11的不同部位上，多个测温传感器22根据需求用于测量冷极铜棒9与热极铜棒11用于夹持试样10的端面温度，从而可测得试样10两端对应的温度，同时可根据测得的温度对冷极铜棒9和热极铜棒11的进行控温调节，进而对试样10的两端的温度进行控制。

所述热流计19设置在所述冷极铜棒9放置试样10的端面上，所述冷极铜棒9的内部设有水冷腔，所述水冷腔用于通入循环冷却水，所述冷极铜棒9的内部设有加热腔，所述加热腔内设有加热管12，加热管12和循环冷却水分别用于调节热极铜棒11和热极铜棒11的问题，以使试样10的环境温度达到设定值，即试样10的一侧用于加温，另一侧用于降温，便于对试样10两端的温度进行调控。

所述冷极铜棒9和所述热极铜棒11的四周均围设保温筒26，所述保温筒26内填充有保温棉8，保温筒26用于固定保温棉8，保温棉8用于对冷极铜棒9和热极铜棒11的进行保温，防止试验过程中，冷极铜棒9和热极铜棒11外界温度的影响，提高了设备的稳定性和可靠性。

所述水冷腔设置在所述冷极铜棒9远离试样10的一端，所述冷极铜棒9上连接有两个铜水嘴23，所述水冷腔通过所述两个铜水嘴23与循环冷却水的供水管路连通，所述加热腔设置在所述热极铜棒11远离试样10的一端，加热源和冷极源均远离试样10，使得对试样10的升降温更加稳定。

在一实施例中，本实用新型提供的一种平板热流计法导热系数测定仪，还包括支撑框架，所述支撑框架包括底板21、顶板14、立柱6、冷极安装板5和热极安装板13，所述立柱6为两根，两根所述立柱6呈左右对称分布连接在所述底板21和所述顶板14之间，所述冷极安装板5的两端和所述热极安装板13的两端分别通过直线轴承套设在所述立柱6上，所述热极安装板13位于所述冷极安装板5的上方；所述热极铜棒11竖向连接在所述热极安装板13的底面，所述冷极铜棒9竖向连接在所述冷极安装板5的顶面。

所述冷极安装板5上设有冷极固定座25，所述冷极铜棒9通过所述冷极固定座25安装在所述冷极安装板5上，与所述冷极铜棒9对应的保温筒26连接在所述冷极固定座25上；所述热极安装板13上设有热极固定座24，所述热极铜棒11通过所述热极固定座24安装在所述热极安装板13上，与所述热极铜棒11对应的保温筒26连接在所述热极固定座24上。

所述测力传感器17固定在所述顶板14的底面，所述热极安装板13上设有与所述测力传感器17对应的弹簧套15，所述弹簧套15内设有一端与所述热极安装板13接触，另一端与所述测力传感器17的压杆18接触的弹簧16。

所述测厚传感器7设置于所述冷极安装板5和所述热极安装板13之间，所述测厚传感器7的一端与所述冷极安装板5连接，另一端与所述热极安装板13连接。

在另一实施例中，所述动力驱动机构包括滚珠丝杠副4、蜗轮蜗杆减速机3和伺服电机2，所述伺服电机2与所述蜗轮蜗杆减速机3传动连接，所述蜗轮蜗杆减速机3与所述滚珠丝杠副4传动连接，所述蜗轮蜗杆减速机3固定在所述底板21的底面，所述滚珠丝杠副4穿过所述底板21与所述冷极安装板5连接，伺服电机2运转带动蜗轮蜗杆减速机3运转，从而带动滚珠丝杠副4的旋转，进而带动冷极安装板5升降。

具体实施中，所述测定仪还包括控制柜1，所述动力驱动机构、测力传感器17、测厚传感器7、热流计19、测温传感器22，以及循环冷却水和加热管12受控于所述控制柜1，所述控制柜1上对应设有操控面板。

优选地，所述支撑框架通过所述底板21固定连接在所述控制柜1的顶面，所述控制柜1上还设有罩盖所述支撑框架的防护罩20，所述防护罩20上开设有与所述热极铜棒11和所述冷极铜棒9相对应的操作窗。

本实用新型的工作原理如下：在冷极铜棒9上放置直径约为50mm，厚为1-30mm的试样10，运行伺服电机2，伺服电机2通过蜗轮蜗杆减速机3带动滚珠丝杠副4运转，从而使冷极安装板5带动冷极铜棒9向上移动，首先使试样10接触到热极铜棒11，然后继续加压，热极铜棒11在试样10的推动作用下使弹簧16挤压变形，加压负荷由测压传感器测得，试样10被冷热极铜棒11和热极铜棒11挤压后的实际厚度则由测厚传感器7测得；通过加热管12对上热极铜棒11进行加热，并恒定热极铜棒11温度，热极铜棒11将热流传送给试样10，通过循环冷却水对冷极铜棒9的进行温度控制，并恒定冷极铜棒9温度，所有加热、冷却温度由对应的测温传感器22进行测量；待试样10两端温度稳定后，通过热流计19测量通过试样10的热流，然后跟据试样10的上表面温度T1，试样10下表面温度T2，热流计19测量的热流值和测厚传感器7测得的厚度值对试样10的导热系数进行计算。

该实施例与现有技术的热流法相比，不仅结构更加简单，而且，测量范围更广，样品厚度的可变范围更大，测量精度更高。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本实用新型的原理和实质，本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种平板热流计法导热系数测定仪，其特征在于，包括动力驱动机构、测力传感器、测厚传感器、热流计和测温传感器，以及沿同一轴线间隔设置且可沿该轴线移动的冷极铜棒和热极铜棒，所述冷极铜棒和所述热极铜棒之间用于夹持试样；

所述测力传感器设置在所述冷极铜棒远离试样的一端，且所述测力传感器相对该冷极铜棒为固定设置，所述测力传感器上设有与所述冷极铜棒接触的压杆；所述动力驱动机构与所述冷极铜棒连接，所述动力驱动机构用于驱动所述冷极铜棒沿所述轴线移动，从而对试样进行加压，加压负荷由所述测力传感器测得；

所述测厚传感器平行于所述轴线设置所述冷极铜棒和所述热极铜棒的侧面，所述测厚传感器的一端随所述冷极铜棒移动，所述测厚传感器的另一端随所述热极铜棒移动，所述测温传感器为多个，多个所述测温传感器分别位于所述冷极铜棒和所述热极铜棒的不同部位上；

所述热流计设置在所述冷极铜棒放置试样的端面上，所述冷极铜棒的内部设有水冷腔，所述水冷腔用于通入循环冷却水，所述冷极铜棒的内部设有加热腔，所述加热腔内设有加热管。

2.根据权利要求1所述的平板热流计法导热系数测定仪，其特征在于，所述冷极铜棒和所述热极铜棒的四周均围设保温筒，所述保温筒内填充有保温棉。

3.根据权利要求2所述的平板热流计法导热系数测定仪，其特征在于，所述水冷腔设置在所述冷极铜棒远离试样的一端，所述冷极铜棒上连接有两个铜水嘴，所述水冷腔通过所述两个铜水嘴与循环冷却水的供水管路连通，所述加热腔设置在所述热极铜棒远离试样的一端。

4.根据权利要求3所述的平板热流计法导热系数测定仪，其特征在于，还包括支撑框架，所述支撑框架包括底板、顶板、立柱、冷极安装板和热极安装板，所述立柱为两根，两根所述立柱呈左右对称分布连接在所述底板和所述顶板之间，所述冷极安装板的两端和所述热极安装板的两端分别通过直线轴承套设在所述立柱上，所述热极安装板位于所述冷极安装板的上方；

所述热极铜棒竖向连接在所述热极安装板的底面，所述冷极铜棒竖向连接在所述冷极安装板的顶面。

5.根据权利要求4所述的平板热流计法导热系数测定仪，其特征在于，所述冷极安装板上设有冷极固定座，所述冷极铜棒通过所述冷极固定座安装在所述冷极安装板上，与所述冷极铜棒对应的保温筒连接在所述冷极固定座上；所述热极安装板上设有热极固定座，所述热极铜棒通过所述热极固定座安装在所述热极安装板上，与所述热极铜棒对应的保温筒连接在所述热极固定座上。

6.根据权利要求5所述的平板热流计法导热系数测定仪，其特征在于，所述测力传感器固定在所述顶板的底面，所述热极安装板上设有与所述测力传感器对应的弹簧套，所述弹簧套内设有一端与所述热极安装板接触，另一端与所述测力传感器的压杆接触的弹簧。

7.根据权利要求6所述的平板热流计法导热系数测定仪，其特征在于，所述测厚传感器设置于所述冷极安装板和所述热极安装板之间，所述测厚传感器的一端与所述冷极安装板连接，另一端与所述热极安装板连接。

8.根据权利要求4所述的平板热流计法导热系数测定仪，其特征在于，所述动力驱动机构包括滚珠丝杠副、蜗轮蜗杆减速机和伺服电机，所述伺服电机与所述蜗轮蜗杆减速机传动连接，所述蜗轮蜗杆减速机与所述滚珠丝杠副传动连接，所述蜗轮蜗杆减速机固定在所述底板的底面，所述滚珠丝杠副穿过所述底板与所述冷极安装板连接，伺服电机运转带动蜗轮蜗杆减速机运转，从而带动滚珠丝杠副的旋转，进而带动冷极安装板升降。

9.根据权利要求4至8任一项所述的平板热流计法导热系数测定仪，其特征在于，还包括控制柜，所述动力驱动机构、测力传感器、测厚传感器、热流计、测温传感器，以及循环冷却水和加热管受控于所述控制柜，所述控制柜上对应设有操控面板。

10.根据权利要求9所述的平板热流计法导热系数测定仪，其特征在于，所述支撑框架通过所述底板固定连接在所述控制柜的顶面，所述控制柜上还设有罩盖所述支撑框架的防护罩，所述防护罩上开设有与所述热极铜棒和所述冷极铜棒相对应的操作窗。

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