CN218629607U - 一种低温材料导热系数测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低温材料导热系数测量装置，包括温控加热台、可调节绝热层、导热体和致冷装置；其中，所述温控加热台上设置有所述可调节绝热层，所述可调节绝热层上设置有多个导热体，所述导热体的顶部设置有致冷装置。本实用新型采用导热体来形成温度梯度分布，避免了低温待测材料结霜、接触不良对温度梯度分布的影响，且所述导热体能将液相样品直接冷冻成厚度均匀的固相样品，省去了切割、抛光等复杂工序。本实用新型可通过温控台温度调节、可调节绝热层厚度调节以及导热体厚度调整的方式实现温度调节，便于测量不同温度状态的待测材料的导热系数。

Description

一种低温材料导热系数测量装置

技术领域

本实用新型属于热学实验测量技术领域，具体涉及一种低温材料导热系数测量装置。

背景技术

导热系数是反映材料导热性能的物理量，是物质最基本的特性参数之一，是传热有关的工程技术设计的重要影响因素。测量材料导热系数的方法大致上分为稳态法和瞬态法。物体按导热性能可分为良导体和不良导体。对于良导体一般用瞬态法测量其导热系数，即通过测量正在导热的物体在某段时间内通过的热量。对于不良导体，由于待测材料内部容易形成稳定的温度分布，常用稳态法测定导热系数。目前常规稳态法测导热系数的实验装置都是通过恒温热源经由待测材料向外部环境自然传热、散热以建立稳定的温度分布，再通过测定散热速率来确定待测材料的导热系数。

在低温情况下，常规测量装置会由于空气中的水汽会在装置表面凝结成冰，阻碍系统形成稳定的温度分布并影响散热速率的测定。

实用新型内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种低温材料导热系数测量装置，解决现有导热系数测量装置不易测量低温状态材料的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种低温材料导热系数测量装置，包括分布式测温模块、温控加热台、可调节绝热层、导热体和致冷装置；其中，所述温控加热台上设置有所述可调节绝热层，所述可调节绝热层上设置有至少两个导热体，最上层的所述导热体的顶部设置有致冷装置；两个所述导热体之间能够放置待测材料，每个所述导热体上均设置有多个测温孔，所述分布式测温模块包括温度传感器与测温仪器，所述温度传感器一端插入所述测温孔中，另一端与所述测温仪器相连。

可选的，所述测温仪器上具有多个温度测量通道，所述温度传感器通过插入所述温度测量通道与所述测温仪器连接。

可选的，当待测材料为液态时，所述低温材料导热系数测量装置还包括垫块，所述垫块放置在两个导热体之间，用于为液态的待测材料留出空隙。

可选的，所述低温材料导热系数测量装置还包括隔热保护套，所述隔热保护套包裹在每个所述导热体的表面。

可选的，所述低温材料导热系数测量装置还包括保温容器，所述温控加热台、可调节绝热层、导热体、致冷装置和隔热保护套均放置在所述保温容器内部，所述保温容器底部具有开口。

可选的，所述隔热保护套在所述测温孔处开设有缝隙。

可选的，所述导热体的材料为铜或铝合金。

可选的，所述可调节绝热层由多层隔热薄膜叠加而成。

可选的，所述导热体为圆柱体金属块。

可选的，所述致冷装置为金属皿，所述金属皿内放置有致冷物质，所述致冷物质为液氮或干冰。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型公开了一种低温材料导热系数测量装置，所述多个导热体之间可以放置待测材料，所述导热体能将液相样品直接冷冻成厚度均匀的固相样品，省去了切割、抛光等复杂工序，便于测量低温状态下的待测物体。所述导热系数测量装置中通过设置温控加热台和致冷装置来为待测材料和导热体提供恒温热源和冷源，从而在导热体和待测材料上快速形成稳定的温度梯度分布，避免了低温待测材料结霜、接触不良对温度梯度分布的影响。本实用新型可通过温控台温度调节、可调节绝热层厚度调节以及导热体厚度调整的方式实现温度调节，便于测量不同温度状态的待测材料的导热系数。

进一步，本实用新型设置了保温容器和隔热保护套，通过双重隔热保温措施，可降低外部环境散热对实验的影响，提高测量准确度，还可以减少致冷装置中致冷物质的消耗量。

进一步，本实用新型在导热体上设置了多个测温孔，且所述隔热保护套和所述保温容器上均设置有缝隙，能将与测温孔连接的导线伸出与分布式测温模块相连接，方便随时查看和调节，也便于及时发现和处理异常情况。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。在附图中：

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型导热体的立体结构示意图；

其中：1—温控加热台，2—可调节绝热层，3—导热体，5—致冷装置，6—隔热保护套，8—测温孔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

如图1、图2所示，本实用新型的一种低温材料导热系数测量装置，包括温控加热台1、可调节绝热层2、导热体3、致冷装置5。其中所述温控加热台1上设置有温度控制台面，所述温控加热台1具有加热和温度控制功能，常温下可保持恒温。所述温控加热台1上设置有所述可调节绝热层2，所述可调节绝热层2上设置有所述导热体3，所述导热体3间可放置待测材料，所述导热体3上设置有致冷装置5。本装置还包括保温容器，整个测量装置均置于所述保温容器中。所述可调节绝热层2由多层隔热良好的薄膜叠加而成，用于承接温控加热台1对应的常温区到导热盘处低温区的较大温差，以合理调节待测材料及导热盘处的温度梯度分布。所述保温容器能够起到进一步保温隔热的作用。

所述导热体3为厚度均匀的金属盘，所述导热体3之间相互叠压，任意两个所述导热体3之间可以放置待测材料；导热体3主要用于形成温度梯度，分为上下两部分。

所述导热体3顶部设置有致冷装置5。所述导热体3的侧面开设有多个测温孔8，所述测温孔8之间等距排列。所述保温容器外侧包裹有一层隔热保护套6，所述隔热保护套6能够对导热体3进行隔热，以减小导热体3与环境热交换对温度分布的影响。所述隔热保护套6上开设有缝隙，所述缝隙能够使所述测温孔8与外部连通。所述温控加热台1作为本装置的高温热源，致冷装置5作为本装置的低温热源，用以产生温度差及稳定的温度梯度分布。本实用新型的所述温控加热台1和致冷装置5相互配合，可以在可调节绝热层2、导热体3及待测材料上形成稳定的温度梯度分布。

本实用新型还包括分布式测温模块，所述分布式测温模块在图上未画出。所述分布式测温模块包括测温仪器和温度传感器，所述测温仪器上具有多个温度测量通道。所述温度传感器包括测温端和连接端，所述测温端能够插入所述测温孔8中，插入后采用隔热保护条对连接位置进行密封，所述连接端能够与所述温度测量通道电连接，所述温度传感器和所述测温仪器能够监测每个所述测温孔8处的温度。

实施例

作为本实施例优选的实施方式，所述导热体3采用铝合金6061制作，所述导热体3为直径120mm的圆柱体，所述导热体3的数量为两块，包括下导热体和上导热体，所述下导热体设置在所述上导热体下方，其中所述上导热体厚度为80.00mm，所述下导热体厚度为40.00mm。

本实施例中，所述测温孔8的间距为8.00mm，直径为3mm，深度为20mm。

本实施例中，本实用新型中的致冷装置5选用与导热体3同直径的铝制或不锈钢制金属皿，通过内置干冰或液氮致冷。

作为本实施例优选的实施方式，所述可调节绝热层2选择多层牛皮纸或防水蜡纸，用于提供较大热阻，形成较大温差，以缓冲温控加热台1表面与导热体3下表面温度的巨大落差。

本实施例中，所述分布式测温模块选用AS887热电偶测温仪，所述温度传感器为四路K型热电偶。

本实施例中，所述隔热保护套6选用珍珠棉作为隔热保护材料。所述隔热保护套6上方具有盖子。

本实施例中，所述温控加热台1采用金锋JF966-150。

本实施例中，所述垫块长20mm、宽5mm、厚1mm。

本实施例中，待测材料可由液相直接制备。

本实施例中，所述保温容器采用塑料泡沫保温桶，所述保温容器数量为两个，包括下保温容器和上保温容器。所述保温容器均无底部，其中所述下保温容器不具有顶部，且底部具有开口；所述上保温容器不具有开口但具有顶部。所述保下温容器设置在下方，所述上保温容器设置在上方，两个所述保温容器相互拼接，罩在所述温控加热台1、可调节绝热层2、导热体3、致冷装置5和隔热保护套6的外部。

本实用新型使用时，首先，将所述温控加热台1、可调节绝热层2、下导热体依次叠放到实验台上。将液相样品滴满下导热体的上表面，随后，将四块所述垫块等距平放在所述下导热体的顶部边缘处，所述垫块一半与下导热体顶部接触，另一半悬空。将所述上导热体放置在所述垫块上，并在所述上导热体顶部放置所述致冷装置5。利用所述隔热保护套6将所述下导热体侧面包裹并用铁丝固定，再用所述隔热保护套6将所述上导热体侧面和致冷装置5的侧面包裹；所述隔热保护套6在所述测温孔8的位置留有缝隙。随后在致冷装置5中补充液氮或干冰并用隔热保护套6将所述致冷装置5的顶部覆盖。当待测材料凝结后，拔下垫块，并用液态的待测材料将垫块在下导热体的顶部留下的缺口补齐，并使缺口处的液态待测材料全部凝固。

将已编号的温度传感器的测温端依次插入所述测温孔8中，并用隔热保护条进行密封。将下保温容器和上保温容器套接在所述温控加热台1、可调节绝热层2、导热体3、致冷装置5和隔热保护套6的外部。将所述温控加热台1的电源线和所述测温端的导线从下保温容器底部的开口处引出，将温控加热台1的电源线与电源相连，将所述连接端插入所述温度测量通道。

随后，打开温控加热台1并将恒温温度设置在30～50℃之间的任一温度上，持续监测：最邻近温控加热台1的测温孔8、最邻近待测材料下表面的测温孔8、最邻近待测材料上表面的测温孔8及最邻近致冷装置5的测温孔8这四处的温度。待上述四个测温孔8处的温度连续15分钟保持不变时，记录对应的温度，并切换测量其他测温孔8的温度，直至快速测完所有测温孔8的温度。平衡温度分布测量完成后，再测量待测材料的厚度并记录。

最后，将所有测量温度数据作为纵坐标数值，将各测温孔8距致冷装置5的距离作为横坐标数值，通过拟合绘制成温度梯度分布曲线。分别确定待测材料和导热体温度梯度直线的斜率k_样品、k_金属，结合已知的金属导热系数λ_金属，利用下方现有的导热系数计算公式，即可求得待测材料的导热系数λ_样品。

在以上实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件，所涉及的结构设置方式、工作方式或控制方式如无特别说明，均为本领域常规的设置方式、工作方式或控制方式。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种低温材料导热系数测量装置，其特征在于，包括分布式测温模块、温控加热台(1)、可调节绝热层(2)、导热体(3)和致冷装置(5)；其中，所述温控加热台(1)上设置有所述可调节绝热层(2)，所述可调节绝热层(2)上设置有至少两个导热体(3)，最上层的所述导热体(3)的顶部设置有致冷装置(5)；两个所述导热体(3)之间能够放置待测材料，每个所述导热体(3)上均设置有多个测温孔(8)，所述分布式测温模块包括温度传感器与测温仪器，所述温度传感器一端插入所述测温孔(8)中，另一端与所述测温仪器相连。

2.根据权利要求1所述的一种低温材料导热系数测量装置，其特征在于，所述测温仪器上具有多个温度测量通道，所述温度传感器通过插入所述温度测量通道与所述测温仪器连接。

3.根据权利要求1所述的一种低温材料导热系数测量装置，其特征在于，当待测材料为液态时，所述低温材料导热系数测量装置还包括垫块，所述垫块放置在两个导热体(3)之间，用于为液态的待测材料留出空隙。

4.根据权利要求1所述的一种低温材料导热系数测量装置，其特征在于，还包括隔热保护套(6)，所述隔热保护套(6)包裹在每个所述导热体(3)的表面。

5.根据权利要求4所述的一种低温材料导热系数测量装置，其特征在于，还包括保温容器，所述温控加热台(1)、可调节绝热层(2)、导热体(3)、致冷装置(5)和隔热保护套(6)均放置在所述保温容器内部，所述保温容器底部具有开口。

6.根据权利要求4所述的一种低温材料导热系数测量装置，其特征在于，所述隔热保护套(6)在所述测温孔(8)处开设有缝隙。

7.根据权利要求1所述的一种低温材料导热系数测量装置，其特征在于，所述导热体(3)的材料为铜或铝合金。

8.根据权利要求1所述的一种低温材料导热系数测量装置，其特征在于，所述可调节绝热层(2)由多层隔热薄膜叠加而成。

9.根据权利要求1所述的一种低温材料导热系数测量装置，其特征在于，所述导热体(3)为圆柱体金属块。

10.根据权利要求1所述的一种低温材料导热系数测量装置，其特征在于，所述致冷装置(5)为金属皿，所述金属皿内放置有致冷物质，所述致冷物质为液氮或干冰。

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