本发明专利技术一种基于瞬态平面热源法的变气氛压力导热系数测试装置，其中，双螺旋测试探头放置于两块相同且表面平整的被测材料之间，被测材料和测试探头整体放置于管式高温炉内，由管式高温炉和温控系统提供可控的环境温度，高压气源与分子泵组配合控制管式高温炉内的气氛类型和压力，数据采集与控制系统分别与温控系统和Hot Disk导热仪相连，且与双螺旋测试探头相连的Hot Disk导热仪为双螺旋测试探头提供测试功率和加热时间，由数据采集与控制系统依据瞬态平面热源法理论计算获得被测材料的导热系数和热扩散系数。本发明专利技术对瞬态平面热源法国际上首次实现了变气氛压力条件下的导热系数测试，多孔材料导热系数测试的气氛压力范围为目前国内报道的最大测试范围。
【技术实现步骤摘要】
：本专利技术属于测量
，具体涉及一种基于瞬态平面热源法的变气氛压力导热系数测试装置。
技术介绍
：多孔材料因其密度小、质量轻、比表面积大等特点，具有优异的物理性能，如高孔隙率的材料常作为隔热保温材料，在航空航天、能源化工、石油输运和建筑等方面具有广泛应用。多孔材料作为隔热材料使用时其隔热性能会受孔隙率，填充气氛，气氛压力和温度等因素的影响，而研究不同气氛压力下多孔材料导热系数的变化规律对于材料隔热性能优化设计和服役环境隔热性能预测都具有重要意义。目前，国内报道的多孔材料变气氛压力下的导热系数测试主要基于瞬态热线、热带方法，测试压力不高于环境压力且测试材料体积较大，在100-1000cm3左右。国外方面，多孔材料变气氛压力导热系数测试系最宽的压力范围为10Pa-10MPa，测试方法为热线法，但其高于大气压和低于大气压的测试分别在两套装置中进行，在常压时两套装置的测试结果不连续，装置复杂且同样材料样品要求较大。瞬态平面热源法因其测试方便，材料制备要求低，尺寸不超过10cm3，精度高等优点，近年来得到广泛的应用，测试方便，但目前未见采用此方法测试多孔材料不同气氛压力下导热系数的报道。
技术实现思路
：本专利技术的目的是在于提供一种基于瞬态平面热源法的变气氛压力导热系数测试装置。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现的：一种基于瞬态平面热源法的变气氛压力导热系数测试装置，包括双螺旋测试探头、管式高温炉、温控系统、Hot Disk导热仪、数据采集与控制系统、高压气源和分子泵组；其中，双螺旋测试探头放置于两块相同且表面平整的被测材料之间，被测材料和测试探头整体放置于管式高温炉内，由管式高温炉和温控系统提供可控的环境温度，高压气源与分子泵组配合控制管式高温炉内的气氛类型和压力，数据采集与控制系统分别与温控系统和Hot Disk导热仪相连，且与双螺旋测试探头相连的Hot Disk导热仪为双螺旋测试探头提供测试功率和加热时间，由数据采集与控制系统依据瞬态平面热源法理论计算获得被测材料的导热系数和热扩散系数。本专利技术进一步的改进在于：高压气源连接管式高温炉的管道上设置有压力表。本专利技术进一步的改进在于：压力表两侧的管道上分别设置有第一控制阀门和第二控制阀门。本专利技术进一步的改进在于：分子泵组连接管式高温炉的管道上设置有第三控制阀门和第四控制阀门。本专利技术进一步的改进在于：第三控制阀门和第四控制阀门之间的管道上设置有第一真空计，第四控制阀门与分子泵组之间的管道上设置有第二真空计。本专利技术进一步的改进在于：分子泵组包括依次连接的机械泵和分子泵。本专利技术进一步的改进在于：Hot Disk导热仪中含有控制电路、恒流源和数据
采集装置，用于控制双螺旋测试探头的输入功率，加热时间并对双螺旋测试探头温升进行采集。本专利技术进一步的改进在于：分子泵组连接管式高温炉的管道直径为25mm。本专利技术进一步的改进在于：管式高温炉的压力测试范围为0.01Pa-1MPa，温度测试范围为室温-800℃。与现有技术相比，本专利技术具有显著的优点：基于瞬态平面热源法首次实现了不同气氛压力下多孔材料的导热系数测试，发挥了瞬态平面热源法测试准确、对测试样品要求低的特点；飞行器在高空服役时环境气氛压力低于地面大气压，基于本专利技术测量热防护多孔隔热材料在一定真空度下的导热系数，有利于热防护系统实际服役环境下的隔热性能准确评价；多孔隔热材料不同气氛压力下的导热系数实验研究结果可用以分析气相导热对多孔材料隔热性能的影响机理，为验证多孔材料气相导热理论、指导材料结构设计、优化材料隔热性能提供实验依据；系统简单，在现有Hot Disk系统上可以直接改进，压力测试范围宽0.01Pa-1MPa，也可同时变温度，范围为：室温-800℃；也可另外单独建立腔体和测试系统，气氛压力测试上限可进一步提高。附图说明：图1是本专利技术的装置示意图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术一种基于瞬态平面热源法的变气氛压力导热系数测试装置，包括被测材料1、双螺旋测试探头2、管式高温炉3、温控系统4、Hot Disk
导热仪5、数据采集与控制系统6、高压气源7、第一控制阀门8、第二控制阀门9、压力表10、第三控制阀门11、第一真空计12、第四控制阀门13、第二真空计14和分子泵组15，其中分子泵组15包括机械泵16和分子泵17。采用基于瞬态平面热源法的Hot Disk导热仪5进行导热系数测试时，将双螺旋测试探头2置于两块相同且表面平整的测试材料1之间，双螺旋测试探头2与基于瞬态平面热源法的Hot Disk导热仪5相连，根据被测材料1种类，大小和测试环境的不同，选择不同尺寸和类型的双螺旋测试探头2，并由Hot Disk导热仪5提供相应的测试功率和时间，双螺旋测试探头2同时作为热源和温度传感器，测试过程中其温度的升高通过Hot Disk导热仪5进行测量并输入到数据采集与控制系统6进行数据处理，计算得到被测材料1的导热系数和热扩散系数。Hot Disk导热仪5中含有控制电路、恒流源和数据采集装置，控制双螺旋测试探头2的输入功率，加热时间并对双螺旋测试探头2温升进行采集。依据瞬态平面热源法测试理论，结合输入功率，加热时间，探头结构参数等信息可采用Hot Disk测试软件或根据测试理论自编程获得被测材料的导热系数和热扩散系数，瞬态平面热源法的测试原理参见专利WO 89/08837或专利US 5044767。双螺旋测试探头2在不同温度下的导热系数测试需要将被测材料1和双螺旋测试探头2置于管式高温炉3内，管式高温炉3采用电加热，温度由温控系统4进行控制，炉内温度由数据采集与控制系统6进行采集与控制，双螺旋测试探头2经管式高温炉3腔体端头引出，在管式高温炉3腔体端头处引出导线，端头处导线覆以高温陶瓷绝缘并经耐高温粘结剂连接密封，双螺旋测试探头2的导线引出后与Hot Disk导热仪5连接，管式高温炉3的腔体端头由螺栓与腔体连接，并安装耐高温橡胶圈确保腔体的密封性。测试不同气氛压力下多孔材料的导热系数需要将被测材料1和双螺旋测试探头2置于管式高温炉3内，测试前保持双螺旋测试探头2与管式高温炉3外部连接处密封，关闭第一控制阀门8，打开第三控制阀门11和第四控制阀门13，打开分子泵组15中的机械泵16，将管式高温炉3和管路内的气体抽出，排除被测材料1内的杂质气体或吸附的水蒸气，当管式高温炉3出口处的第一真空计12和分子泵组15前的第二真空计14的读数降低到100Pa以下后开启分子泵组15中的分子泵17继续抽真空，直至气氛压力降至0.01Pa以下。关闭第四控制阀门13，关闭分子泵组17，分子泵组17停止转动后关闭机械泵16，打开高压气源7的减压阀，打开第二控制阀门9，缓慢开启第一控制阀门8向管式高温炉内3注入目标气氛，注意第一控制阀门8的开度使得压力表10的读数不低于1个大气压，同时观测管式高温炉上第二真空计12的读数，当接近1个大气压时关闭高压气源7的减压阀，关闭第二控制阀门9，关闭第一控制阀门8。继续打开第四控制阀门13，对管式高温炉3和管路进行抽真空，重复上述步骤两次以充分排除管式高温炉3，管路和被测材料1内部的杂质气体。测试不同真空度下被测材料1的导热系数，在最后一次抽本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于瞬态平面热源法的变气氛压力导热系数测试装置，其特征在于：包括双螺旋测试探头(2)、管式高温炉(3)、温控系统(4)、Hot Disk导热仪(5)、数据采集与控制系统(6)、高压气源(7)和分子泵组(15)；其中，双螺旋测试探头(2)放置于两块相同且表面平整的被测材料(1)之间，被测材料(1)和测试探头(2)整体放置于管式高温炉(3)内，由管式高温炉(3)和温控系统(4)提供可控的环境温度，高压气源(7)与分子泵组(15)配合控制管式高温炉(3)内的气氛类型和压力，数据采集与控制系统(6)分别与温控系统(4)和Hot Disk导热仪(5)相连，且与双螺旋测试探头(2)相连的Hot Disk导热仪(5)为双螺旋测试探头(2)提供测试功率和加热时间，由数据采集与控制系统(6)依据瞬态平面热源法理论计算获得被测材料(1)的导热系数和热扩散系数。
【技术特征摘要】
1.一种基于瞬态平面热源法的变气氛压力导热系数测试装置，其特征在于：包括双螺旋测试探头(2)、管式高温炉(3)、温控系统(4)、Hot Disk导热仪(5)、数据采集与控制系统(6)、高压气源(7)和分子泵组(15)；其中，双螺旋测试探头(2)放置于两块相同且表面平整的被测材料(1)之间，被测材料(1)和测试探头(2)整体放置于管式高温炉(3)内，由管式高温炉(3)和温控系统(4)提供可控的环境温度，高压气源(7)与分子泵组(15)配合控制管式高温炉(3)内的气氛类型和压力，数据采集与控制系统(6)分别与温控系统(4)和Hot Disk导热仪(5)相连，且与双螺旋测试探头(2)相连的Hot Disk导热仪(5)为双螺旋测试探头(2)提供测试功率和加热时间，由数据采集与控制系统(6)依据瞬态平面热源法理论计算获得被测材料(1)的导热系数和热扩散系数。2.根据权利要求1所述的一种基于瞬态平面热源法的变气氛压力导热系数测试装置，其特征在于：高压气源(7)连接管式高温炉(3)的管道上设置有压力表(10)。3.根据权利要求2所述的一种基于瞬态平面热源法的变气氛压力导热系数测试装置，其特征在于：压力表(10)两侧的管道上分别设置有第一控制阀门(8)和第二控制阀门(9)。4.根据权利要求3所述的一种基于瞬态...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶文铨，张虎，方文振，李明佳，李增耀，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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