一种基于探针法测量粉末导热系数的实验系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于探针法测量粉末导热系数的实验系统和方法，所述系统包括：探针、稳压电源和数据采集设备，其中：所述探针包括硅片、金属带、聚酰亚胺保护膜和连接导线；所述探针用于加热和测温，插入待测粉末中，所述稳压电源通过测量电路为探针提供电压；数据采集设备包括电压表和计算机，所述电压表采集标准电阻、探针的电压，传送至所述计算机中；所述计算机根据接收的信号计算得到待测粉末的导热系数。将探针上的热带同时作为加热和测温元件，结构简单可靠，用导热系数大的硅片做为探针的基底，便于热带加热后的热量均匀传递给待测粉末。探针的上表面贴敷聚酰亚胺保护层，能够测量绝缘物质、半导体和金属等物质的粉末，用途更为广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种基于探针法测量粉末导热系数的实验系统和方法
本专利技术涉及材料导热系数测量领域，具体说涉及一种基于探针法测量粉末导热系数的实验系统和方法。
技术介绍
导热系数是反映物质导热能力的重要热物性参数。通常，材料的导热系数都是通过实验测定的，测量方法一般可分为稳态法和非稳态法。非稳态法中能够直接用于粉末导热系数的测量方法主要有探针法和瞬态平面热源法。目前探针法的常见做法是将表面涂有聚四氟乙烯绝缘层的康铜丝对折后和T型铜-康铜热电偶插入探针管内，探针管中间填入绝缘的导热硅胶。但是这种方法的问题在于探针管的管径比较粗，不能简单的看作是线热源，另外热电偶测量的温度不能真实反映待测物质的温度，因此现有的探针法导热系数测量方法存在着实验数据重复性差，准确度不能保证等问题。因此，为了提高探针法的检测简便性、快速性且保证准确性，亟需一种基于探针法的导热系数的实验系统和方法。
技术实现思路
为了提高机器人的用户体验，拓展机器人的应用范围，本专利技术提供了一种基于探针法测量粉末导热系数的实验系统和方法，以提高探针法的检测简便性、快速性且保证准确性。本专利技术披露了一种基于探针法测量粉末导热系数的实验系统，包括：探针、稳压电源和数据采集设备，其中：所述探针包括硅片、金属带、聚酰亚胺保护膜和连接导线；所述探针用于加热和测温，插入待测粉末中，所述稳压电源通过测量电路为探针提供电压；数据采集设备包括电压表和计算机，所述电压表采集标准电阻、探针的电压，传送至所述计算机中；所述计算机根据接收的信号计算得到待测粉末的导热系数。优选地，所述探针通过如下方式实现：在硅片上以刻蚀或者溅射的方法制作金属带；在所述金属带表面上涂覆聚酰亚胺保护膜；将两根导线分别连接到镍带上。优选地，所述硅片的规格为：50-500μm厚，长度为60-150mm，宽度为2-5mm。优选地，所述金属带的规格为1-4mm。所述金属带为镍、钽、铂或铜材质。本专利技术还披露了一种基于探针法测量粉末导热系数的实验方法，该方法基于以上实验系统，该方法包括：将探针插入待测粉末中，通电流进行加热试样；利用电阻温度特性曲线计算所述探针的电阻R1；采集探针温度随着时间的变化值，结合预设计算模型，获得待测粉末的导热系数。优选地，该方法还包括：将探针、标准电阻R0和恒流源连成回路；分别测量所述标准电阻R0、所述标准电阻RO的电压U0、所述探针的电压U1。优选地，该方法还包括：关闭所述通电流的恒流源，以进行采集探针温度随着时间的变化。本专利技术的有益效果至少包括如下几点：根据本专利技术的实验系统和方法，将探针上的热带同时作为加热和测温元件，结构简单可靠。本专利技术采用导热系数大的硅片做为探针的基底，便于热带加热后的热量均匀传递给待测粉末。探针的上表面贴敷聚酰亚胺保护层，能够测量绝缘物质、半导体和金属等物质的粉末，用途更为广泛。采用本专利技术制作的探针能够在很短的时间内测量各种不同材料的导热系数，准确度高。本专利技术的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本专利技术的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本专利技术而被了解。本专利技术的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是根据本专利技术一实施例的系统结构图图2是根据本专利技术一实施例的探针结构示意图；图3是根据本专利技术一实施例的方法流程图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此本专利技术的实施人员可以充分理解本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本专利技术。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。本专利技术提供了一种基于探针法测量粉末导热系数的实验系统和方法，以提高探针法的检测简便性、快速性且保证准确性。为了理解方便起见，说明本专利技术的基本原理：将一条很长很薄的金属带处于体积很大的待测介质中，初始时刻金属带与待测介质具有相同的温度，若给该金属带通以恒定的电流，则金属带上产生的焦耳热将向周围介质传递，测量并记录热带表面的温度响应曲线，就可以得到待测介质的导热系数。那么待测介质的导热系数可以表示为：式中，λ为导热系数，Q为热带单位长度的加热功率，dT(t)/dIn(t)为温度对In(t)的斜率。基于以上专利技术机理，附图1示出了描述本专利技术一实施例的基于探针法测量粉末导热系数的实验系统基本结构。如图1所示，探针1、稳压电源2和数据采集设备3，其中：参见图2，所述探针1包括硅片11、金属带12、聚酰亚胺保护膜13和连接导线14；所述探针通过如下方式实现，可参考图2，所述探针包括金属带12，所述金属带可以优选为镍带；所述金属带也可以为镍、钽、铂或铜材质。在硅片上以刻蚀或者溅射的方法制作金属带12；优选地，所述硅片的规格为：50-500μm厚，长度为60-150mm，宽度为2-5mm。在所述金属带12表面上涂覆聚酰亚胺保护膜13；优选地，所述金属带12的规格为1-4mm。将两根导线14分别连接到镍带12上。采用导热系数大的硅片做为探针的基底，便于热带加热后的热量均匀传递给待测粉末。探针的上表面贴敷聚酰亚胺保护层，能够测量绝缘物质、半导体和金属等物质的粉末，用途更为广泛。所述探针1用于加热和测温，插入待测粉末15中，所述稳压电源2通过测量电路为探针1提供电压；将探针上的热带同时作为加热和测温元件，结构简单可靠。数据采集设备3包括电压表和计算机，所述电压表31采集标准电阻、探针的电压，传送至所述计算机32中；所述计算机32根据接收的信号计算得到待测粉末15的导热系数。本专利技术还披露了：一种基于探针法测量粉末导热系数的实验方法，该方法以上基于探针法测量粉末导热系数的实验系统，所述实验系统的构成、工作机理参照图1-2图图示及其说明，该方法包括：参照图3：S31：将探针插入待测粉末中，通电流进行加热试样；S32：利用电阻温度特性曲线计算所述探针的电阻R1；作为优选，将探针、标准电阻R0和恒流源连成回路；分别测量所述标准电阻R0、所述标准电阻R0的电压U0、所述探针的电压U1。通过标准电阻的电压U0、电阻值R0和探针的电压U1，就可以计算出探针的电阻值。再利用探针的电阻温度特性曲线，就可以获得探针的电阻值。通过计算机中采集到的探针温度随着时间的变化值，代入上文中提到的导热系数计算公式，就可以得到待测粉末的导热系数。S33：采集探针温度随着时间的变化值，结合预设计算模型，获得待测粉末的导热系数。优选地，关闭所述通电流的恒流源，以进行采集探针温度随着时间的变化值。以上方法配合实验系统的结构及连接关系执行，可对多种物质的粉末进行准确的导热系数检测。综上所述：根据本专利技术的实验系统和方法，将探针上的热带同时作为加热和测温元件，结构简单可靠。本专利技术采用导热系数大的硅片做为探针的基底，便于热带加热后的热量均匀传递给待测粉末。探针的上表面贴敷聚酰亚胺保护层，能够测量绝缘物质、半导体和金属等物质的粉末，用途更为广泛。采用本专利技术制作的探针能够在很短的时间内测量各种不同材料的导热系数，准确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于探针法测量粉末导热系数的实验系统，其特征在于，包括：探针、稳压电源和数据采集设备，其中：所述探针包括硅片、金属带、聚酰亚胺保护膜和连接导线；所述探针用于加热和测温，插入待测粉末中，所述稳压电源通过测量电路为探针提供电压；数据采集设备包括电压表和计算机，所述电压表采集标准电阻、探针的电压，传送至所述计算机中；所述计算机根据按收的信号计算得到待测粉末的导热系数。

【技术特征摘要】
1.一种基于探针法测量粉末导热系数的实验系统，其特征在于，包括：探针、稳压电源和数据采集设备，其中：所述探针包括硅片、金属带、聚酰亚胺保护膜和连接导线；所述探针用于加热和测温，插入待测粉末中，所述稳压电源通过测量电路为探针提供电压；数据采集设备包括电压表和计算机，所述电压表采集标准电阻、探针的电压，传送至所述计算机中；所述计算机根据按收的信号计算得到待测粉末的导热系数。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述探针通过如下方式实现：在硅片上以刻蚀或者溅射的方法制作金属带；在所述金属带表面上涂覆聚酰亚胺保护膜；将两根导线分别连接到镍带上。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述硅片的规格为：50-500μm厚，长度为60-150mm，宽度为2-5mm。4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓静，刘博想，郑国忠，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13