A wide area contact thermal resistance three element test method and device, the three refers to the surface topography measurement system, the thermal conductivity measurement system and the thermal field test system of contact thermal resistance experimental components. The invention can accurately obtain the overall comprehensive roughness of the contact surface including the surface flatness, and can be directly applied to the engineering practice. The thermal conductivity of the sample to be tested at different temperatures is accurately obtained, which provides accurate data for the calculation of the heat flux in the aftertreatment. Depending on the tested parts as the heat flow meter, the uncertainty error caused by the contact heat resistance between the heat flow gauge and the tested parts is avoided, and the test accuracy is improved. The compensation heater installed on the radiation protection super insulation material provides a guarantee for the one-dimensional steady-state method. The gap between the 0.01Pa 1MPa medium pressure, the contact pressure between the 0 50MPa thermal resistance measurement of heating end temperature many materials between RT 1500 DEG C contact.
【技术实现步骤摘要】
一种宽域值接触热阻三元测试方法及装置
本专利技术属于测试
,涉及一种宽域值接触热阻三元测试方法及装置,具体的说是一种基于非接触式表面形貌测量与待测试样导热系数测量的接触热阻测试方法及装置。
技术介绍
接触热阻广泛存在于两相互接触固体间的传热过程中,宏观上光滑平整的表面,从微观上看都是由一系列连续的小凸峰和凹槽组成,两固体表面实际接触时仅在一些离散的点或者面上接触,实际接触面积通常只占名义接触面积的1%左右。热量通过接触界面时,实际接触区域通过固体导热方式进行,而非接触区域通过介质导热、辐射和对流等方式进行,由于一般介质的导热系数远小于固体的导热系数,通过固体传热比通过间隙空气的传热阻力小的多,热流会优先通过固体区域传递产生热流收缩现象,因此产生的附加阻力称为接触热阻。对接触热阻的研究概括起来主要有三个方法:纯理论模型研究、数值模拟研究和实验研究。现有研究结果表明,接触热阻研究涉及范围广泛且产生机理复杂。宏观上属于几何、热、机械(力)等交叉学科,影响因素包括材料的热物性、材料的弹塑性、表面形状、加工方式、温度、接触压力和间隙介质等;微观上影响因素包括表面粗糙度、微观形貌以及表面凸峰的弹塑性变形等。纯理论模型和数值模拟研究当前水平达不到直接应用于工程实际。目前实验法测定两固体表面间的接触热阻被认为是可信度最高的方法,实验法分为瞬态法和稳态法两大类,瞬态法虽有测量快速的优点,但其测量精度较低,因此目前最常用的方法仍为稳态法。稳态法测定接触热阻的原理均是基于一维稳态导热法,与美国国家标准ASTM_D_5470-06测试方法和设备相类似,但这些方法和设备主要有 ...
【技术保护点】
一种宽域值接触热阻三元测试装置,其特征在于:包括数据采集系统(20)以及与其相连的表面形貌测定系统、导热系数测定系统及接触热阻实验元件的温度场测试系统;所述的表面形貌测定系统包括用于放置待测试件(4)的TMC气动平台(1),以及与数据采集系统(20)相连用于测量待测试件(4)形貌的非接触式高分辨率显微成像系统(2);所述的导热系数测定系统包括用于放置与待测试件(4)同材质的待测材料对(6)的恒温恒湿箱(5),以及与恒温恒湿箱(5)相连的带阀门(21)的高压气源(3)和真空泵(8),在恒温恒湿箱(5)内的待测材料对(6)之间还设置有与导热系数测定仪(7)相连的导热系数测量探头;所述的导热系数测定仪(7)的数据输出端与数据采集系统(20)相连;所述的接触热阻实验元件的温度场测试系统包括带有温度控制系统10的高温加热系统(9)以及设置在其上的自外向内套装的真空罩(18)和防辐射保温壳(16),一对待测试件(4)放置在高温加热系统(9)上的防辐射保温壳(16)内,真空罩(18)上连接有带阀门(21)的高压气源(3)和真空泵(8),在防辐射保温壳(16)上设置有与一对待测试件(4)相接触的带压力 ...
【技术特征摘要】
1.一种宽域值接触热阻三元测试装置,其特征在于:包括数据采集系统(20)以及与其相连的表面形貌测定系统、导热系数测定系统及接触热阻实验元件的温度场测试系统;所述的表面形貌测定系统包括用于放置待测试件(4)的TMC气动平台(1),以及与数据采集系统(20)相连用于测量待测试件(4)形貌的非接触式高分辨率显微成像系统(2);所述的导热系数测定系统包括用于放置与待测试件(4)同材质的待测材料对(6)的恒温恒湿箱(5),以及与恒温恒湿箱(5)相连的带阀门(21)的高压气源(3)和真空泵(8),在恒温恒湿箱(5)内的待测材料对(6)之间还设置有与导热系数测定仪(7)相连的导热系数测量探头;所述的导热系数测定仪(7)的数据输出端与数据采集系统(20)相连;所述的接触热阻实验元件的温度场测试系统包括带有温度控制系统10的高温加热系统(9)以及设置在其上的自外向内套装的真空罩(18)和防辐射保温壳(16),一对待测试件(4)放置在高温加热系统(9)上的防辐射保温壳(16)内,真空罩(18)上连接有带阀门(21)的高压气源(3)和真空泵(8),在防辐射保温壳(16)上设置有与一对待测试件(4)相接触的带压力传感器(13)的施压装置(15)及带有恒温水源(11)的换热器(12),且在一对待测试件(4)上还安装有与数据采集系统(20)相连接的温度传感器(19)。2.根据权利要求1所述的宽域值接触热阻三元测试装置,其特征在于:所述的施压装置(15)通过球形接头(14)与压力传感器(13)相连。3.根据权利要求1所述的宽域值接触热阻三元测试装置,其特征在于:所述的防辐射保温壳(16)的外侧还安装有补偿加热器(17)。4.一种如权利要求1所述装置的宽域值接触热阻三元测试方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:按相同材质或不同材质准备圆柱形待测试件(4),并在待测试件(4)的不同高度位置打测温孔,用车、铣、刨、磨以及涂层工艺加工待测试件的接触表面;步骤2:将待测试件(4)放置在TMC气动平台(1)上,打开高压气源(3),确定TMC气动平台(1)处于工作状态,并消除外界因素影响,利用非接触式高分辨率显微成像系统(2)测定待测试件(4)的上接触表面的整体形貌和三维形貌数据,获得含平面度在内的整体综合粗糙度并将数据输入至数据采集系统(20),重复以上步骤获得另一待测试件(4)的下接触表面的整体综合粗糙度;步骤3:加工另一组与步骤1相同材料的待测材料对(6);步骤4:将待测材料对(6)置于恒温恒湿箱(5)内,将恒温恒湿箱的温度和湿度设置成目标值,待其稳定后打开真空泵(8)将恒温恒湿箱抽成真空,然后打开高压气源(3),将所需种类气氛注入到恒温恒湿箱(5)中,达到目标压力之后关闭高压气源(3),利用导热系数测...
【专利技术属性】
技术研发人员:陶文铨,汤龙生,戴艳俊,任兴杰,白帆,
申请(专利权)人:西安交通大学,北京空天技术研究所,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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