CN219830919U - 一种接触热阻测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种接触热阻测量装置，包括测量装置主体、流量计以及蓄水箱；测量装置主体包括支座以及安装在支座上的测试箱体，测试箱体的内部底端设置有实验装置，实验装置包括外壳体，外壳体内部设置有加热装置和水冷系统，加热装置连接有试件，试件远离加热装置的一端连接有受压压杆，受压压杆远离试件的一端连接有加载装置。本实用新型的接触热阻测量装置通过测量装置主体内部的实验装置和加载装置以及流量计、蓄水箱之间的相互配合，实现了接触热阻参数的测量；同时本实用新型的测量装置所测量的数据精确，误差较小。

Description

一种接触热阻测量装置

技术领域

本实用新型涉及电阻测量设备技术领域，具体涉及到一种接触热阻测量装置。

背景技术

两个名义上互相接触的固体表面，实际上接触仅仅发生在一些离散的面积元上，在未接触的界面之间的间隙常常充满了空气，热量将以导热的方式穿过这种气隙层，这种情况与固体表面完全接触相比，增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。接触热阻等于两个交界表面温度之差除以热流量，接触热阻单位是：m²·K/W。交界面上接触热阻的存在主要是由于表面粗糙度的影响，接触电阻主要受接触件材料、正压力、表面状态等因素影响。

现有技术中，一般都是通过理论模型以及相应的分析手段对接触热阻进行确定，但由于接触热阻受材料物性、界面性质、环境温度、负载等众多因素的影响，且各影响因素间存在耦合作用，通过理论模型及其相应的分析手段对接触热阻进行确定，准确性较低，难以满足工程上的需求。并且在接触热阻测量实验过程中，测量装置主体往往位于真空容器内，这就使得实验实施人员在实验进行当中随时改变接触压力变得很困难，特别是在接触温度发生很大变化时，试件由于材料膨胀或收缩变形导致接触压力偏离原设定值，此时就需要压力施加装置能够自动调节，使接触压力恢复动原设定值。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种接触热阻测量装置，用于解决现有技术中通过理论模型及其相应的分析手段对接触热阻进行确定，存在准确性较低的技术问题。

为达上述目的，本实用新型的一个实施例中提供了一种接触热阻测量装置，包括测量装置主体、流量计以及蓄水箱；

测量装置主体包括支座以及安装在支座上的测试箱体，测试箱体的内部底端设置有实验装置，实验装置包括外壳体，外壳体内部设置有加热装置和水冷系统，加热装置连接有试件，试件远离加热装置的一端连接有受压压杆，受压压杆远离试件的一端连接有加载装置。

优选的，测试箱体包括安装在支座上的底板，底板上安装有若干侧板，每个侧板的一端连接有顶板，其中一个侧板靠近实验装置的一侧设置有内盖板。

优选的，顶板上设置有信号灯。

优选的，侧板靠近顶板的一端外侧设置有触摸屏。

优选的，侧板上设置有急停按钮和开关。

优选的，流量计的下方设置有流量计支架，流量计安装在流量计支架上。

优选的，加热装置包括加热棒以及与加热棒相连接的测温电阻；水冷系统包括冷却水箱，冷却水箱分别连接有排水管和进水管，试件包括冷端试件以及热端试件，热端试件与加热装置相连接，冷端试件与水冷系统相连接。

优选的，冷却水箱上开设有通孔，受压压杆贯穿通孔并与冷端试件相连接。

优选的，冷端试件和热端试件外侧套设有保温层。

优选的，加载装置包括丝杠机构以及驱动丝杠机构的驱动机构，丝杠机构与受压压杆相连接。

1、本实用新型的接触热阻测量装置通过测量装置主体内部的实验装置和加载装置以及流量计、蓄水箱之间的相互配合，实现了接触热阻参数的测量；同时本实用新型的测量装置所测量的数据精确，误差较小。

2、本实用新型的触热阻测量装置的其中一侧板靠近顶板的一端设置有触摸屏。设有触摸屏用于显示测量数据，以便于用户的操作以及用户对测量数据的查看。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的正视图；

图2为本实用新型一个实施例的侧视图；

图3为本实用新型一个实施例中测量装置主体的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例中实验装置的结构示意图。

其中，1-测量装置主体，2-流量计，3-蓄水箱，4-支座，5-测试箱体，6-实验装置，7-轴盖板，8-加载装置，9-侧板，10-顶板，11-信号灯，12-触摸屏，13-急停按钮，14-开关，15-流量计支架，16-内盖板，17-外壳体，18-受压压杆，19-加热棒，20-测温电阻，21-冷却水箱，22-排水管，23-进水管，24-冷端试件，25-热端试件，26-保温层，27-保护气排气管，28-保护气进气管。

具体实施方式

一种接触热阻测量装置，包括测量装置主体1、流量计2以及蓄水箱3。蓄水箱3与下述冷却水箱21相连接，并为冷却水箱21提供循环水。流量计2的下方设置有流量计支架15，流量计2安装在流量计支架15上，流量计支架15用于支撑流量计2。

测量装置主体1包括支座4以及安装在支座4上的测试箱体5，支座4用于支撑测试箱体5。测试箱体5包括安装在支座4上的底板，底板上安装有四个侧板9，每个侧板9的一端连接有顶板10，其中一个侧板9靠近下述实验装置6的一侧设置有内盖板16。顶板10上设置有信号灯11，其中一个侧板9靠近顶板10的一端外侧设置有触摸屏12。设有触摸屏12用于显示测量数据，以便于用户的操作以及用户对测量数据的查看；同时设有触摸屏12的侧板9上设置有急停按钮13和开关14。测试箱体5上还设置有轴盖板7。

测试箱体5的内部底端设置有实验装置6，实验装置6包括外壳体17，外壳体17内部设置有加热装置和水冷系统。加热装置用于对下述热端试件25加热，水冷系统用于下述冷端试件24的冷却。加热装置和水冷系统配合，使热端试件25和冷端试件24接触处温度最高温度达到1300℃，冷却水温度不超过60℃。

加热装置包括加热棒19以及与加热棒19相连接的测温电阻20，加热棒19为加热硅钼棒。水冷系统包括冷却水箱21，冷却水箱21分别连接有排水管22和进水管23，并且进水管23的位置比排水管22低，冷水从下层流到上层，充分保证热交换效果。冷却水箱21与下述冷端试件24相连接，并且在两者的连接处，冷却水箱21设置有凹槽，起定位作用，便于后续试件的装拆。冷却水箱21上还开设有通孔，下述受压压杆18贯穿通孔并与冷端试件24相连接，设有通孔便于后续加载装置8施压时直接作用在试件上，以避免损坏水箱结构。

水冷系统即可实现闭环冷却，也可以直接连接外部水源，行程开环控制。设备调试时两种方式均会调试，依据调试结果，实际使用时，可根据实际情况选用合适的方案。

加热装置连接有试件，试件包括冷端试件24以及热端试件25，热端试件25与加热装置相连接，冷端试件24与水冷系统相连接。在相互接触的冷端试件24和热端试件25结合面附近各安装三个温度传感器，测量达到稳态后的温度分布。冷端试件24和热端试件25外侧套设有保温层26，设有保温层26用于保证加热棒19产生的热量全部通过结合面。

试件远离加热装置的一端连接有受压压杆18，受压压杆18远离试件的一端连接有加载装置8。加载装置8包括丝杠机构以及驱动丝杠机构的驱动机构，丝杠机构与受压压杆18相连接。加载装置8的动力由驱动机构中的伺服电机输出至减速器，减速器通过同步带输出动力至丝杠机构，丝杠机构中的滚珠螺母连接受压压杆18，受压压杆18与直线导轨连接，避免滚珠螺螺母转动，使滚珠螺母沿直线导轨移动，从而带动受压压杆18移动，对试件进行加压。

实验装置6还包括保护气排气管27和保护气进气管28，保护气排气管27和保护气进气管28的一端均贯穿外壳体17。测试箱体5内部还设置有控制系统。

工作原理：

接触热阻的测试原理：

单位面积上接触热阻的定义为：

R_C＝△t_C/q (1)

R_C：单位面积上接触热阻/m²·℃·W^-1；

Δt_C：结合面温差/℃；

q：单位面积上热流量/W·m^-2；

接触热导的定义为：

h_C＝I/R_C (2)

h_C：结合面的接触热导/W·m^-2·℃^-1；

由式(1)中单位面积接触热阻的定义可以看到，接触热阻主要取决于结合面的温降Δt_C和通过结合面单位面积上的热量q。

在相互接触的两个工件上结合面附近各安装三个温度传感器，测量达到稳态后的温度分布。

然后利用直线插值的方法，拟合出各个工件的温度分布曲线，进而分别得到两个工件在结合面处的温度，两者之差即结合面的温降。

在两个工件温度达到稳态后，通过结合面单位面积上的热量，即加热功率除以结合面名义面积，得到结合面的温降Δt_C和单位面积上通过的热量q后，利用式(1)就可以得到结合面的接触热阻。然后利用式子(2)可以得到结合面的接触热导。

热端试件25和冷端试件24是被测试件。通过加载装置8对试件轴向加载，大小由传感器测量。两个试件测温孔安装有温度传感器。温度传感器和压力传感器的信号通过“数据采集”输入“数据分析”。利用软件对数据进行处理得到各点温度值和压力值。在冷端试件24顶端设置一个冷却装置，以保持温度场的稳定。

实验时，开动压力机对试件加压，利用加热棒19对热端工件和冷端工件加热，观察各点温度值，当温度值和压力值达到稳定状态时，读取温度值和压力值。

工作过程：

冷端试件24和热端试件25预先安装在实验装置6里面，然后将实验装置6安装在测试装置主体指定位置，并将实验装置6与加载装置8相关位置对齐，接通水管和保护气管。

开启测试装置主体上的，启动加热装置并设定加热温度，当温度达到设定值时，根据实验需要，设定加载装置8压力，压力达到设定值后，记录冷端试件24和热端试件25上热电偶的温度值。同理，根据实验需要，分别设定不同压力值、不同温度，然后记录热电偶对应的温度值。

将记录的数据输入对应的计算软件即可求出接触热阻。

虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种接触热阻测量装置，其特征在于：包括测量装置主体、流量计以及蓄水箱；

所述测量装置主体包括支座以及安装在支座上的测试箱体，所述测试箱体的内部底端设置有实验装置，所述实验装置包括外壳体，所述外壳体内部设置有加热装置和水冷系统，所述加热装置连接有试件，所述试件远离加热装置的一端连接有受压压杆，所述受压压杆远离试件的一端连接有加载装置。

2.如权利要求1所述的一种接触热阻测量装置，其特征在于：所述测试箱体包括安装在支座上的底板，所述底板上安装有若干侧板，每个所述侧板的一端连接有顶板，其中一个侧板靠近实验装置的一侧设置有内盖板。

3.如权利要求2所述的一种接触热阻测量装置，其特征在于：所述顶板上设置有信号灯。

4.如权利要求2所述的一种接触热阻测量装置，其特征在于：所述侧板靠近顶板的一端外侧设置有触摸屏。

5.如权利要求4所述的一种接触热阻测量装置，其特征在于：所述侧板上设置有急停按钮和开关。

6.如权利要求1所述的一种接触热阻测量装置，其特征在于：所述流量计的下方设置有流量计支架，流量计安装在流量计支架上。

7.如权利要求1所述的一种接触热阻测量装置，其特征在于：所述加热装置包括加热棒以及与加热棒相连接的测温电阻；所述水冷系统包括冷却水箱，所述冷却水箱分别连接有排水管和进水管，所述试件包括冷端试件以及热端试件，所述热端试件与加热装置相连接，所述冷端试件与水冷系统相连接。

8.如权利要求7所述的一种接触热阻测量装置，其特征在于：所述冷却水箱上开设有通孔，所述受压压杆贯穿通孔并与冷端试件相连接。

9.如权利要求7所述的一种接触热阻测量装置，其特征在于：所述冷端试件和热端试件外侧套设有保温层。

10.如权利要求1所述的一种接触热阻测量装置，其特征在于：所述加载装置包括丝杠机构以及驱动丝杠机构的驱动机构，所述丝杠机构与受压压杆相连接。