本发明专利技术公开一种基于稳态法测量粉末导热系数的装置，该装置包括真空室和恒温系统；真空室包括真空室筒体、真空室上法兰和抽真空管；真空室筒体内包括加热球、PT100铂电阻温度计、样品测试仓和传热支撑架；所述真空室筒体和与真空室上法兰连接固定；所述传热支撑架的下表面与真空室筒体的底面连接固定；传热支撑架上设有凹槽，该凹槽与样品测试仓匹配固定；所述样品测试仓内设置加热球；样品测试仓和加热球的外表面上分别设置PT100铂电阻温度计。本发明专利技术的装置所用粉末样品较少；可免去液氮蒸发量的测量，使导热系数测量准确度更高；且可用于宽温区导热系数的测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体粉末热物性测试
，具体涉及一种基于稳态法测量粉末导热系数的装置。
技术介绍
粉末绝热材料具有质轻、导热系数小、化学稳定性高、阻燃性好等优点，包括膨胀珍珠岩、气凝胶、空心玻璃微珠等，是一类重要的绝热材料。准确测量粉末绝热材料的导热系数是研究粉末绝热技术的关键。根据热传递的特点，导热系数的测试方法可归纳为稳态法和瞬态法。稳态法符合绝热材料的实际传热规律，能够准确获得样品的导热系数。由于绝热材料的导热系数非常低，一般基于稳态法。稳态法是以傅立叶一维传热定律为理论依据，要求在待测样品内部的热量传递达到稳定的状态，也就是使待测样品内部建立一个稳定的温度分布，通过测定加热功率、传热截面积以及温度梯度来计算导热系数。这种方法计算公式简单，测量准确，可用于宽温区测量，但此方法测试时间较长，并对测量环境(如测量系统的绝热条件、测量过程中的温度控制、样品的形状尺寸等)的要求较为苛刻。测量粉末绝热材料在低温下的导热系数的装置已有一些报道。目前，测量粉末低温导热系数的装置主要是低温量热器，Fesmire等用一种同心圆柱低温量热器测试了三种粉末类绝热材料(膨胀珍珠岩、气凝胶、空心玻璃微珠)在78K-293K温度下不同真空度状态下的导热系数，其测试工作发表在《低温工程进展》2003年第49卷710期612-618页(FesmireJE,AugustynowiczSD.Thermalperformancetestingofglassmicrospheresundercryogenicvacuumconditions[J].AdvancesinCryogenicEngineering；Volume49A,2003,710:612-618.)。Fesmire等用的低温量热器基于稳态法的液氮蒸发量测试法，该方法通过测量一段时间内由粉末绝热材料填充的盛有液氮的液氮杜瓦的氮气蒸发量，通过液氮-室温温差(即77K-293K)及绝热层厚度计算粉末绝热材料在77K-293K温差下的导热系数。测量氮气蒸发量的容器称为测量容器，在测量容器的上下两端设置了两个保护容器，其作用是避免测量容器的轴向漏热，使测量容器只通过径向的粉末绝热材料漏热。该装置直径167mm，高900mm，绝热层厚度25mm，测试冷源为液氮。测试时，将三段容器均充满液氮，通过测量测量容器中的氮气蒸发量和待测粉末绝热材料的内外温度及绝热层的厚度，即可计算出待测粉末样品的导热系数。这种方法可以得到粉末材料的低温导热系数，但是这种测试装置结构复杂，装卸粉末样品繁琐，要及时向保护容器中添加液氮，氮气蒸发量测量不准(有一定范围的波动)，所用粉末样品较多，且只能测量液氮-室温温区下的导热系数。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于稳态法测量粉末导热系数的装置；该装置不仅测量准确、原理简明、计算简便、样品用量较少、结构和操作相对简单，而且还可用于宽温区测量。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种基于稳态法测量粉末导热系数的装置，该装置包括真空室和恒温系统；所述真空室包括真空室筒体、真空室上法兰和抽真空管。所述真空室筒体内包括加热球、PT100铂电阻温度计、样品测试仓和传热支撑架。加热球：为待测粉末样品提供一定的热源；PT100铂电阻温度计：监测恒温系统、真空室、传热支撑架和样品测试仓的温度恒定；监测加热球的温度变化及稳定情况；样品测试仓：盛放待测样品传热支撑架：支撑样品测试仓，并增强恒温系统与样品测试仓及待测样品的传热；真空室:为待测粉末样品提供一定的真空环境；恒温系统：为待测粉末样品提供一定的温度环境。所述恒温系统可根据测量需要，为待测粉末样品提供一定的温度环境。，本稳态法导热系数测试装置可测温度范围为4.2K-473K，则恒温系统可以是烘箱(RT-200℃)、水浴系统(0℃-100℃)、油浴系统(100℃-200℃)、其它低温系统(最低至4.2K)(如：液氦(4.2K)、液氮(77K)、液氮深冷箱(77K-RT)等)等，恒温系统内设置2支PT100铂电阻温度计，监测恒温系统内部温度恒定。恒温系统内设置真空室。所述的真空室为长160-200mm、直径154-219mm的圆柱体。所述真空室的材质为304不锈钢。所述真空室筒体和与真空室上法兰连接固定；真空室筒体厚度为2-3mm。所述真空室筒体内设置3支PT100铂电阻温度计，监测真空室筒体内部温度恒定。所述抽真空管穿过真空室上法兰与真空室筒体连通。所述传热支撑架的下表面与真空室筒体的底面涂抹一薄层硅脂并连接固定。所述的传热支撑架为长100-120mm、宽80-100mm、高35-45mm、圆柱面直径80-100mm的凹半圆柱面长方体；所述的传热支撑架的作用是支撑样品测试仓，同时利于恒温系统与样品测试仓的传热。所述传热支撑架的侧面设置1支PT100铂电阻温度计。所述传热支撑架上设有凹槽，该凹槽与样品测试仓匹配固定；该凹槽与样品测试仓之间涂抹薄层硅脂，并采用铝箔胶带固定，可增加恒温系统与样品测试仓的传热效果。所述样品测试仓内设置加热球，该加热球与样品测试仓处于同一球心；样品测试仓和加热球的外表面上分别设置PT100铂电阻温度计，测量加热球和样品测试仓的壁面温度。所述样品测试仓和加热球之间形成样品测试区。进一步，所述样品测试仓是内腔为直径60-80mm的空心球腔，外表面为直径80-100mm、高80-100mm的圆柱体结构。所述样品测试仓包括样品测试仓上盖、样品测试仓上半只和样品测试仓下半只。所述样品测试仓下半只与样品测试仓上半只连接固定；该样品测试仓上半只与样品测试仓上盖连接固定。所述样品测试仓下半只、样品测试仓上半只、盖子表面分别设置1支PT100铂电阻温度计。安装待测样品时，先将粉末待测样品装满测试仓下半只，然后放入加热球，将样品测试仓上、下半只连接固定，固定后将粉末待测样品装满样品测试仓上半只，最后盖上样品测试仓上盖，将样品测试仓上半只与上盖连接固定。所述样品测试仓下半只、样品测试仓上半只、盖子连接处均涂抹薄层硅脂，利于样品测试仓三部分之间的传热。所述的样品测试仓上盖上设有透气孔，透气孔的直径为2-4mm，透气孔周围盖上600-1000目的不锈钢网，以便在抽真空时待测样品不会被抽出，透气孔的数量和大小视样品测试仓的大小而定。进一步，所述真空室筒体和与真空室上法兰之间用铟密封，以保证装置的气密性。进一步，所述加热球为铝合金的实心圆球，该实心圆球的直径为20-50mm，在实心圆球内设有一定阻值的电阻，当有电流通过加热球时，可以为测试提供一定功率的热量。进一步，所述样品测试仓和传热支撑架的材质为紫铜材料。进一步，所述样品测试仓上盖的透气孔上设有不锈钢网。进一步，所述加热球的表面设有导线，该导线穿过真空室上法兰位于抽真空管内；调节导线的长度和位置，使加热球和样品测试仓位于同一球心。进一步，所述PT100铂电阻温度计可根据测量需求和实际情况而增加或减少。基于稳态法测量粉末导热系数的装置的工作原理：稳态法是以傅立叶一维传热定律为理论依据，要求在待测样品内部的热量传递达到稳定的状态，也就是使待测样品内部建立一个稳定的温度分布，通过测定加热功率、传热截面积以及温度梯度来计算导热系数。同心圆球法是傅立叶一维传热本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于稳态法测量粉末导热系数的装置，其特征在于，该装置包括真空室(7)和恒温系统(11)；所述恒温系统(11)内设置真空室(7)；所述真空室(7)包括真空室筒体(8)、真空室上法兰(9)和抽真空管(10)；所述真空室筒体(8)内包括加热球(1)、PT100铂电阻温度计(2)、样品测试仓(5)和传热支撑架(6)；所述真空室筒体(8)和与真空室上法兰(9)连接固定；所述抽真空管(10)穿过真空室上法兰(9)与真空室筒体(8)连通；所述传热支撑架(6)的下表面与真空室筒体(8)的底面连接固定；传热支撑架(6)上设有凹槽，该凹槽与样品测试仓(5)匹配固定；所述样品测试仓(5)内设置加热球(1)，该加热球(1)与样品测试仓(5)处于同一中心；样品测试仓(5)和加热球(1)的外表面上分别设置PT100铂电阻温度计(2)；所述样品测试仓(5)和加热球(1)之间形成样品测试区(4)。
【技术特征摘要】
1.一种基于稳态法测量粉末导热系数的装置，其特征在于，该装置包括真空室(7)和恒温系统(11)；所述恒温系统(11)内设置真空室(7)；所述真空室(7)包括真空室筒体(8)、真空室上法兰(9)和抽真空管(10)；所述真空室筒体(8)内包括加热球(1)、PT100铂电阻温度计(2)、样品测试仓(5)和传热支撑架(6)；所述真空室筒体(8)和与真空室上法兰(9)连接固定；所述抽真空管(10)穿过真空室上法兰(9)与真空室筒体(8)连通；所述传热支撑架(6)的下表面与真空室筒体(8)的底面连接固定；传热支撑架(6)上设有凹槽，该凹槽与样品测试仓(5)匹配固定；所述样品测试仓(5)内设置加热球(1)，该加热球(1)与样品测试仓(5)处于同一中心；样品测试仓(5)和加热球(1)的外表面上分别设置PT100铂电阻温度计(2)；所述样品测试仓(5)和加热球(1)之间形成样品测试区(4)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品测试仓(5)包...
【专利技术属性】
技术研发人员：严开祺，王平，张敬杰，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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