CN216900318U - 一种热扩散系数测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型具体涉及一种热扩散系数测量装置，包括数据采集系统和计算机测量程序，还包括机箱、热源装置和温度测量装置，所述热源装置装设于机箱内并用于提供待测样品测试所需的热源，所述温度测量装置包括温度测量元件、驱动装置以及用于固定温度测量元件和驱动装置的固定支架，所述固定支架的一端与机箱的上端面固定连接，所述驱动装置用于带动温度测量元件上下移动，所述机箱的上端面形成测试平台。所述装置的结构设计巧妙、设备造价低，在测量材料热传导性能时操作便利、测量时间短且测试精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及材料热测试技术领域，具体涉及一种热扩散系数测量装置。
背景技术
导热材料的应用较为普遍，导热系数是表征导热材料性能优劣的重要参数之一，也是使用者最为关注的技术指标。目前导热系数的测定方法分为稳态法和非稳态法两大类，其中稳态法是基于ASTM D5470标准进行热传导特性测试，由于纯物质铜、铝等以及TIM材料的k值(导热系数)无论在X、Y、Z方面都是固定值，因而稳态法特别适合于各向同性材料的热测试。而对于热管、均温板和石墨片等各向异性材料的k值则不能直接用傅立叶定律求出，其不同之处在于这类材料的热传导方式还包括二维热传导，因而在测量时除了要考虑Z轴方向的线性传导外，更要进一步考虑X轴与Y轴上的面传导，二者的热传导性能差异变化巨大，因此普遍存在测量难度大且精度较低的问题。而目前市面上精度高的测量装置的结构复杂、测试周期长且设备造价高。基于此，一种精度高、测量周期短、结构简单且造价低的热传导性能测量装置的开发或改进极具市场潜力和商业应用价值。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种热扩散系数测量装置，所述装置的结构设计巧妙、设备造价低，在测量材料热传导性能时操作便利、测量时间短且测试精度高。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种热扩散系数测量装置，包括数据采集系统和计算机测量程序，还包括机箱、热源装置和温度测量装置，所述热源装置装设于机箱内并用于提供待测样品测试所需的热源，所述温度测量装置包括温度测量元件、驱动装置以及用于固定温度测量元件和驱动装置的固定支架，所述固定支架的一端与机箱的上端面固定连接，所述驱动装置用于带动温度测量元件上下移动，所述机箱的上端面形成测试平台。
进一步的，所述热源装置包括散热模组以及连接于散热模组顶端的加热器，所述散热模组固定装设于机箱的内部。
进一步的，所述机箱的上端面开设有供加热器贯穿的加热槽，所述加热器的上端面与机箱的上端面齐平。
进一步的，所述固定支架包括L型固定支架，所述L型固定支架的底端与机箱的上端面连接，所述L型固定支架的一侧与驱动装置固定连接。
进一步的，所述驱动装置远离L型固定支架的一侧设置有固定板，所述固定板远离驱动装置的一侧设置有移动平台。
进一步的，所述移动平台开设有限位槽。
进一步的，所述固定支架还包括温度测量元件固定架，所述温度测量元件固定架的一端与限位槽连接，所述温度测量元件固定架的另一端开设有安装孔，所述安装孔用于装设温度测试元件。
进一步的，所述温度测量元件固定架远离安装孔的一端设置有滑槽。
进一步的，所述驱动装置为气动装置。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型公开的一种热扩散系数测量装置结构设计精妙，通过机箱、热源装置和温度测量装置的组合再加上数据采集系统和计算机处理程序即可实现材料热扩散系数的测量，操作便捷、测量时间短，且所述测量装置的尺寸小、占用空间少且造价低，除了适用于纯物质等各向同性材料的热传导性能测试外，还能够满足热管、均温板和石墨片等各向异性材料的热传导性能测试，并且测试结果精准，实用性强。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是图1的局部结构示意图。
图3是本实用新型所述温度测量装置的结构示意图。
附图标记为：1-机箱、101测试平台、102-加热槽、2-热源装置、201-散热模组、202-加热器、3-驱动装置、4-L型固定支架、5-固定板、501-第一固定板、502-第二固定板、6-移动平台、601-通孔、602-限位槽、7-温度测量元件固定架、701-滑槽、702-安装孔。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1-2对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。
实施例
如图1-2所示，一种热扩散系数测量装置，包括数据采集系统和计算机测量程序，还包括机箱1、热源装置2和温度测量装置，所述热源装置2装设于机箱1内并用于提供待测样品测试所需的热源，所述温度测量装置包括温度测量元件、驱动装置3以及用于固定温度测量元件和驱动装置3的固定支架，所述固定支架的一端与机箱1的上端面固定连接，所述驱动装置3用于带动温度测量元件上下移动，所述机箱1的上端面形成测试平台101。具体地，所述数据采集系统与所述温度测量元件连接，用于实时监控待测试片的温度变化；所述计算机测量程序与所述数据采集系统连接，可根据获取的温度数据进行计算分析；所述温度测量元件优选为温度计或热电偶，所述温度测量元件通过接触待测试片的表面以获取待测试片的温度变化。进一步的，所述驱动装置3为气动装置。
本实用新型所述热扩散系数测量装置的结构设计巧妙，通过机箱1、热源装置2和温度测量装置的组合，并在数据采集系统和计算机测量程序的进一步辅助处理即可完成待测试片热扩散系数的测量，操作便捷、测量时间短，且所述测量装置的尺寸小、占用空间少且造价低，除了适用于纯物质等各向同性材料的热传导性能测试外，还能够满足热管、均温板和石墨片等各向异性材料的热传导性能测试，并且测试结果精准，实用性强。其中，所述热源装置2为待测试片提供测试所需的热源，温度测量装置用于实时获取待测试片的温度变化，并通过数据采集系统传送至计算机测量程序中加以数据处理和运算，进而得到待测试片的热扩散系数。
本实用新型所述的一种热扩散系数测量装置，所述热源装置2包括散热模组201以及连接于散热模组顶端的加热器202，所述散热模组201固定装设于机箱1的内部。所述机箱1的上端面开设有供加热器202贯穿的加热槽102，所述加热器202的上端面与机箱1的上端面齐平。具体地，所述散热模组201作为热源装置2的冷端，其用于热源装置2的散热；所述加热器202作为热源装置2的热端。进一步的，所述加热器202为TEC晶片，其过电后以正弦波形态周期变化产生热能，为待测试样提供测试所需热源。
本实用新型所述的一种热扩散系数测量装置，所述固定支架包括L型固定支架4，所述L型固定支架4的底端与机箱2的上端面连接，所述L型固定支架4的一侧与驱动装置3固定连接。具体地，所述L型固定支架4的底端与机箱1的上端面通过螺钉可拆卸连接，所述L型固定支架4的设置用于支撑和加固温度测量装置。在本实施例中，所述驱动装置3优选为气缸，所述气缸用于带动温度测量元件在测试平台的垂直方向上下移动。
本实用新型所述的一种热扩散系数测量装置，所述驱动装置3远离L型固定支架4的一侧设置有固定板5，所述固定板5远离驱动装置3的一侧设置有移动平台6。具体地，所述固定板5包括第一固定板501和垂直于第一固定板501设置的第二固定板502，所述第一固定板501的一侧与驱动装置3连接，所述第二固定板502垂直于第一固定板501并与第一固定板502固定连接，所述移动平台6的中部开设有多个通孔601，所述第二固定板502的上端面与移动平台6的中部通过螺钉固定连接。
本实用新型所述的一种热扩散系数测量装置，所述移动平台6开设有限位槽602。具体地，所述移动平台6的两端均开设有上下贯穿的限位槽602。
本实用新型所述的一种热扩散系数测量装置，所述固定支架还包括温度测量元件固定架7，所述温度测量元件固定架7的一端与限位槽602连接，所述温度测量元件固定架7的另一端开设有安装孔702，所述安装孔702用于装设温度测试元件。进一步的，所述温度测量元件固定架7远离安装孔702的一端设置有滑槽701。具体地，所述温度测量元件固定架7至少为两个，两个所述温度测量元件固定架7分别与移动平台6的两端连接，所述温度测量元件固定架7的滑槽701与所述移动平台6的限位槽602通过连接件连接，所述滑槽701与限位槽602可相对滑动，方便调整温度测量元件的位置。
本实用新型所述热扩散系数测量装置是基于Angstrom method理论设计测量程序用于测量待测试片的热扩散系数α，其计算公式为α＝L2/(2Δt·ln(M/N))，其中，M、N为两个测量数据的振幅，M/N的比值可得热能的衰减率；Δt为热能扩散通过两个温度测量元件所花费的时间即两个正弦波之间的时间差；L为两个温度测量元件确定的待测点之间的间距；由该公式可知任意两个待测点间的温度随时间变化量(1/(2Δt·ln(M/N)))与两待测点之间的间距L平方成反比。实验测量会因两端温度测量元件件的距离不同产生误差，故先以不同厚宽比的标准试片进行校准得到最佳间距L，以使待测试片的测试数据更准确。
本实用新型在使用时，首先检查温度测量元件、数据采集系统和计算机测量程序的正常连接，热源装置2正常通电并与计算机测量程序信号连接；然后将温度测量元件固定于安装孔702内，通过调整温度测量元件固定架7与移动平台6的相对位置进而实现温度测量元件以最佳间距L架设，即完成测试前准备工作。而后，将待测试片放置于测试平台101上，其一端置于加热器202的上方，设置加热器202以正弦波加热功率，通过计算机测量程序实时获取温度变化数据，等待其温度震幅及频率达到稳态后，即可停止测量，关闭加热器202，由计算机测量程序完成数据运算后得出热扩散系数的测量值。
上述实施例为本实用新型较佳的实现方案，除此之外，本实用新型还可以其它方式实现，在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种热扩散系数测量装置，包括数据采集系统和计算机测量程序，其特征在于：还包括机箱、热源装置和温度测量装置，所述热源装置装设于机箱内并用于提供待测样品测试所需的热源，所述温度测量装置包括温度测量元件、驱动装置以及用于固定温度测量元件和驱动装置的固定支架，所述固定支架的一端与机箱的上端面固定连接，所述驱动装置用于带动温度测量元件上下移动，所述机箱的上端面形成测试平台。
2.根据权利要求1所述的一种热扩散系数测量装置，其特征在于：所述热源装置包括散热模组以及连接于散热模组顶端的加热器，所述散热模组固定装设于机箱的内部。
3.根据权利要求2所述的一种热扩散系数测量装置，其特征在于：所述机箱的上端面开设有供加热器贯穿的加热槽，所述加热器的上端面与机箱的上端面齐平。
4.根据权利要求1所述的一种热扩散系数测量装置，其特征在于：所述固定支架包括L型固定支架，所述L型固定支架的底端与机箱的上端面连接，所述L型固定支架的一侧与驱动装置固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种热扩散系数测量装置，其特征在于：所述驱动装置远离L型固定支架的一侧设置有固定板，所述固定板远离驱动装置的一侧设置有移动平台。
6.根据权利要求5所述的一种热扩散系数测量装置，其特征在于：所述移动平台开设有限位槽。
7.根据权利要求1所述的一种热扩散系数测量装置，其特征在于：所述固定支架还包括温度测量元件固定架，所述温度测量元件固定架的一端与限位槽连接，所述温度测量元件固定架的另一端开设有安装孔，所述安装孔用于装设温度测试元件。
8.根据权利要求7所述的一种热扩散系数测量装置，其特征在于：所述温度测量元件固定架远离安装孔的一端设置有滑槽。
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