用于测量材料的热扩散率的系统包括具有上部部分和下部部分的壳体，将材料保持在壳体的上部部分与下部部分之间的固定位置中的板，以及在壳体的下部部分处的源，该源将热量沿着垂直于板的第一轴线投射到材料上。在壳体的上部部分处的传感器可相对于板移动并感测沿着垂直于板并从第一轴线偏置的第二轴线辐射通过材料的热量。控制器接收来自传感器的数据并计算该材料的热扩散率。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】用于测量材料的热扩散率的系统包括具有上部部分和下部部分的壳体，将材料保持在壳体的上部部分与下部部分之间的固定位置中的板，以及在壳体的下部部分处的源，该源将热量沿着垂直于板的第一轴线投射到材料上。在壳体的上部部分处的传感器可相对于板移动并感测沿着垂直于板并从第一轴线偏置的第二轴线辐射通过材料的热量。控制器接收来自传感器的数据并计算该材料的热扩散率。【专利说明】三维扩散率
本专利技术的教导总体上涉及测量系统和方法，以及更具体地涉及用于测量三维(3D) 扩散率的系统和方法。
技术介绍
热扩散率是材料传导热能的能力相对于其储存热能的能力的一种度量。热扩散率 可利用这种材料的热导率(W/(m · K))除以其密度(kg/m3)和比热容(J/(kg · K))来计算。作 为一个示例，热量快速地移动通过具有高的热扩散率的物质，因为该物质相对于其体积热 容快速地传递热量。 热扩散率可以使用"闪光"方法来测量。这涉及用短的能量脉冲（short energy pulse)(例如，诸如光束、激光等热源)加热材料样品（例如，条状或圆柱形样品等）。然后可 以测量样品随着时间推移的温度变化。 本申请的受让人是用于测量热扩散率的闪光系统的生产商。一种这样的系统是 LFA 447NartoF丨ash_S；。该LFA 447是一种紧凑型的测量系统，其带有垂直布置的闪光灯、 样品板和传感器。材料样品放置在自动样品转换器上，其可测试多达四个样品。使用LFA 447,材料样品的第一侧由短的光脉冲加热。使用红外线传感器测量在样品另一侧上所得的 温度上升。通过分析所得的温度-时间曲线，可确定材料样品的热扩散率。 授予布鲁纳(Brunner)的美国专利公开US 2014/0036955公开了用于对样品进行 光热研究的一种装置和方法。它使用可相对于固定的光激发/检测路径移动的样品保持器。 授予彻因德莱恩(Cheindline)的美国专利US 6,273,603号公开了适于在样品热扩散率的 辐射能量闪光测量中使用的一种测量头。它使用可移动的样品保持器和固定的侧视检测 器，该侧视检测器需要反射镜，其在三个坐标上移动以便反射来自样品的光。其内容通过整 体引用并入本文的这些参考文献都没有公开掩模(mask)的使用。 然而，用于测量热扩散率的已知系统具有许多缺陷，包括它们只设置成通过样品 的厚度来测试样品。因此，提出用于测量三维扩散率的优异系统和方法将是有益的。
技术实现思路
本文提出的需求以及进一步和其它的需求和优点通过本专利技术的实施例来解决，所 述实施例对下述方案和优点进行说明。 本专利技术实施例的系统包括但不限于具有上部部分和下部部分的壳体，将材料保持 在壳体的上部部分与下部部分之间的固定位置中的板，以及在壳体的下部部分处的源，该 源将热量沿着垂直于板的第一轴线投射到材料上。在壳体的上部部分处的传感器可相对于 板移动并感测投射到材料上的热量。控制器接收来自传感器的数据并计算材料的热扩散 率。 在另一个实施例中，该系统包括但不限于具有上部部分和下部部分的壳体，将材 料保持在壳体的上部部分与下部部分之间的固定位置中的板，以及在壳体的下部部分处的 源，该源将热量沿着垂直于板的第一轴线投射到材料上。在壳体的上部部分处的传感器可 相对于板移动并感测沿着垂直于板并从第一轴线偏置的第二轴线辐射通过材料的热量。控 制器接收来自传感器的数据并计算材料的热扩散率。在又一个实施例中，该系统包括但不限于具有上部部分和下部部分的壳体，将材 料保持在壳体的上部部分与下部部分之间的固定位置中的板，以及在壳体的下部部分处的 源，该源将热量沿着垂直于板的第一轴线投射到材料上。在壳体的上部部分处的传感器可 相对于板移动。传感器感测沿着第一轴线辐射通过材料的热量，并使得传感器的焦点偏移 以感测沿着垂直于板并从第一轴线偏置的第二轴线辐射通过材料的热量。控制器接收来自 传感器的数据并计算该材料的热扩散率。该系统和方法的其它实施例在下面详细描述并且也是本专利技术教导的一部分。 为了更好地理解本专利技术的实施例，连同所述实施例的其它和进一步的方面，参照 附图和详细描述，并且其范围将在所附的权利要求中指出。【附图说明】 图1描绘现有技术中已知的用于测量热扩散率的系统。 图2描绘根据本专利技术教导的用于测量三维扩散率的系统的一个实施例。 图3描绘图2所示系统的一个实施例。 图4示出根据图3的样品板的一个实施例的放大视图。 图5描绘根据图4的掩模的一个实施例。 图6描绘图2所示系统的一个实施例，其中所述传感器和源可被单独移动。【具体实施方式】 本专利技术的教导在下文参照附图进行更全面地描述，其中附图示出本专利技术的实施 例。下面的描述仅出于说明的目的而提出，并且本专利技术的教导不应当局限于这些实施例。为 了解释而非限制性的目的，阐述具体的细节，诸如特定的技术等等，以便提供透彻的理解。 在其它情况下，公知方法的详细描述被省略，以便不必要的细节不会混淆对本专利技术的描述。 通常情况下，在权利要求书中使用的所有术语将根据它们在
中的普通含 义来解释，除非本文另有明确限定。对于"一个元件、设备、组件、器件、步骤等"的所有引用 都应开放地解释为是指至少一个元件、设备、组件、器件、步骤等情况，除非另有明确说明。 本文公开的任何方法步骤不必以所公开的确切顺序执行，除非明确说明。针对本公开的不 同的特征/组件使用"第一"、"第二"等仅仅旨在将所述特征/组件与其它类似的特征/组件 区分开，而并不对特征/组件赋予任何顺序或级别。 在任意数量的不同领域中都会希望热扩散率的测试。例如，会希望确定如何提高 电子组件的热传递。还会希望确定用于热交换器系统的最佳材料以实现所需的效率。还会 希望确定作为天气条件函数的建筑物的供暖/制冷负载以便确定如何可以改进建材。还会 希望确定铝铸锭多快凝固，如何最小化钢块内的热应力，如何优化玻璃瓶的制造，陶瓷组件 在催化转化器中多快被加热，如何为处理器的热控制选择正确的热交换器材料等等。本领 域内的技术人员将理解针对本专利技术教导的各种应用，其不限于本文所公开的任何特定实施 例。 因此，测量热传递不仅在很多科学领域而且在许多工业领域中也是非常重要的。 例如，当将铸件、金属、半导体等从液态冷却变成固态时，热传递会对固体的热物理性质产 生重大影响。不管是由化学物质还是由混合物制成的各种材料都具有均匀的成分。对于这 些材料而言，热导率是取决于温度、压力和成分的真实物理性质。然而，特别是在固态下，热 扩散率和热导率还取决于热流的方向。如果不对热扩散率和热导率的热性质有准确的认 知，则这些和许多其它挑战都不能得到满足。 闪光技术是通过提供具有简单的样品制备、快速的测试时间，以及高精度的非接 触式测试方法来测量热扩散率的一种较好选择。其也可涵盖宽范围的应用和温度，包括从-125°C至高达2800°C，但并不限于此。 实践中，样品的一个表面可由短的能量脉冲加热。从在相对的表面上(例如，使用 红外线（IR)传感器)测得的温度变化(例如，耗散），可计算热扩散率。此外，可计算样品的比 热并将这些热物理性质与热导率中的密度值结果相结合： A(T)=a(T) · cp(T) · P(T) 其中λ =热导率，a =热扩散率，c本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于测量材料的热扩散率的系统，其特征在于，所述系统包括：具有上部部分和下部部分的壳体；将所述材料保持在所示壳体的所述上部部分与所述下部部分之间的固定位置中的板；在所述壳体的下部部分处的源，所述源将热量沿着垂直于所述板的第一轴线投射到所述材料上；传感器，所述传感器在所述壳体的所述上部部分处并能够相对于所述板移动，所述传感器感测被投射到所述材料上的热量；控制器，所述控制器接收来自所述传感器的数据并计算所述材料的热扩散率。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：MA·塞米特斯，M·布伦纳，J·布卢姆，R·坎贝尔，T·登纳，M·吉普哈德，A·哈廷格尔，T·希尔帕特，S·劳特巴赫，A·林德曼，M·斯乔德尔，A·斯特劳贝尔，J·茨乔佩尔，
申请(专利权)人：耐驰仪器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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