一种固体材料接触热阻测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种固体材料接触热阻测量装置，涉及接触热阻测量技术领域，包括水箱和用于给水箱加热的加热器，水箱外部设有支撑杆，支撑杆上安装有可上下平移的移动滑杆，移动滑杆的顶部连接有试件夹具，还包括PC端和温度检测单元，温度检测单元与PC端电性连接。本发明专利技术还提供了一种固体材料接触热阻测量装置的测量方法。本发明专利技术通过实验与有限元分析相结合的方法，给出了固体材料接触热阻的测量方法，具有准确性好，操作性好的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种固体材料接触热阻测量装置及测量方法
本专利技术涉及接触热阻测量
，具体的说是一种固体材料接触热阻测量装置及测量方法。
技术介绍
某型号汽车喷水壶壶体采用尼龙材料制作而成，由于水的冰点为0℃，在冬季由于水结冰而导致喷水壶无法工作，因此喷水壶必须具有加热板来融化喷水壶内的冰，一般的加热板采用铝合金制作而成。新产品开发之前必须对加热板的加热功能进行仿真计算，保证加热板能够在规定的时间内将喷水壶内的冰全部融化，要得到准确的仿真结果，加热板和壶体之间的接触热阻是最为关键也是唯一未知的参数。理论上，普遍认为接触面两侧物体保持同一温度，即假定两层壁面之间保持了良好的接触。而在工程实际中由于任何固体表面之间的接触都不可能是紧密的，实际上接触仅仅发生在一些离散的面积元上，在未接触的界面之间的间隙常常充满了空气，热量将以导热的方式穿过这种气隙层，这种情况与固体表面完全接触相比，增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。固体材料接触热阻与以下因素有关：1、相互接触的物体表面的粗糙度：粗糙度越高，接触热阻越大。2、相互接触的物体表面的硬度：在其他条件相同的情况下，两个都比较坚硬的表面之间接触面积较小，因此接触热阻较大，而两个硬度较小或者一个硬一个软的表面之间接触面积较大，因此接触热阻较小。3、相互接触的物体表面之间的压力：显然，加大压力会使两个物体直接接触的面积加大，中间空隙变小。接触热阻也就随之减小。接触热阻Rt的计算公式如下：Rt＝Δt/q,式中Δt为两物体接触界面的温差，q为通过界面的热流量，当两物体紧密接触时，温差Δt与热流量q均无法直接测量，。
技术实现思路
本专利技术提出了一种固体材料接触热阻测量装置及测量方法，避免了直接测量接触面之间按的温差和通过接触面的热流量，致力于解决以上技术问题。本专利技术解决其技术问题采用以下技术方案来实现：一种固体材料接触热阻测量装置，包括水箱和用于给水箱加热的加热器，水箱外部设有支撑杆，支撑杆上安装有可上下平移的移动滑杆，移动滑杆的顶部连接有试件夹具，还包括PC端和温度检测单元，温度检测单元与PC端电性连接。作为本专利技术的进一步的改进，所述试件夹具包括对称设置的试件装夹一和试件装夹二，试件装夹一和试件装夹二上均设有样品容纳腔及通孔。作为本专利技术的进一步的改进，所述试件夹具还包括多个螺丝，试件装夹一上对称的布置有多个光孔，试件装夹二上的对应位置处布置有相同数量的螺纹孔，螺丝贯穿光孔后与螺纹孔螺接。作为本专利技术的进一步的改进，所述温度检测单元包括温度探针一、温度探针二和温度探针三，温度探针一固定在试件一的上表面中心位置，温度探针二固定在试件二的下表面中心位置，温度探针三固定在水箱的内侧壁上。作为本专利技术的进一步的改进，所述加热器包括位于水箱外的电源插头和位于水箱内的加热棒，加热棒呈螺旋形。一种固体材料接触热阻测量装置的测量方法，包括如下步骤：步骤一、使两个试件相互接触，并给其中一个试件远离接触面的一端施加一个稳定的温度，热量将通过接触面从一个试件传递到另一个试件；步骤二、间隔固定时间，分别测量两个试件远离接触面的一端的温度，得到温度-时间曲线分别为T1-t和T2-t；步骤三、利用有限元仿真软件标定出两个试件之间的接触热阻。作为本专利技术的进一步的改进，所述步骤三中有限元仿真软件的标定方法具体为：s1、建立两个试件的3D模型，并且分别输入两个试件的材料属性，包括密度、热传导系数和比热容；s2、将其中一个试件模型远离接触面的一端作为输入端，另一个试件模型远离接触面的一端作为输出端，在输入端施加通过测量得到的温度-时间曲线(T1-t或T2-t)；s3、输入参数为两个试件之间预估的接触热阻Rt；s4、通过仿真计算得到输出端的温度-时间曲线(T2’-t或T1’-t)；s5、将仿真得到的温度-时间曲线(T2’-t或T1’-t)与实际测量得到的温度-时间曲线(T2-t或T1-t)做对比，然后修正接触热阻Rt的值；s6、重复步骤s3～s5，直至得到满足精度要求的接触热阻Rt。作为本专利技术的进一步的改进，所述步骤三中的有限元仿真软件可以是ANSYS、ABAQUS，Hypermesh、CFX、Nastran或者FLUENT中的任意一种。本专利技术的有益效果：本专利技术通过实验与有限元分析相结合的方法，给出了固体材料接触热阻的测量方法，具有准确性好，操作性好的特点。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本具体实施方式的结构示意图；图2为试件装夹一的俯视图；图3为试件装夹一的剖视图。具体实施方式下面通过对实施例的描述，本专利技术的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。如图1所示，一种固体材料接触热阻测量装置，包括温度信息采集装置和PC端17，温度采集装置由底座1、支撑杆2、移动滑杆7、试件夹具、加热器、水箱和多个温度探针组成。如图1所示，水箱位于底座1上，水箱内装有水溶液，为了减少水箱热量损失，提高试验精度，水箱的侧壁包括外层的基体层3和内层的绝热层4，水箱内设有温度探针三16，温度探针三16与PC端17电性连接，温度探针三16用于实时监测水箱内水的温度信息并返回给PC端17。还包括加热器，加热器包括位于水箱外的电源插头6和位于水箱内的加热棒5，为了改善加热效果，使水箱内的水溶液均匀受热，加热棒5呈螺旋形。支撑杆2安装于底座1上，支持杆上设有可上下平移的移动滑杆7，试件夹具的顶端固定在滑杆7上，试件夹具用于固定样品，具体的，试件夹具包括对称设置的试件装夹一8和试件装夹二9，试件装夹一8和试件装夹二9上均设有用于放置样品的样品容纳腔及用于供温度探针穿过的通孔，如图2和图3所示。试件装夹一8和试件装夹二9之间可拆卸的连接，具体的，为了能够给放置在样品容纳腔内的样品提供一个稳定的压力，试件夹具还包括多个螺丝，试件装夹一8上对称的布置有多个光孔，试件装夹二9上的对应位置处布置有相同数量的螺纹孔，螺丝贯穿光孔后与螺纹孔螺接，通过螺丝紧固试件装夹一8和试件装夹二9，进而使试件装夹一8和试件装夹二9中的试件一10和试件二11在一个稳定的压力下保持接触该固体材料接触热阻测量装置还包括温度探针一14和温度探针二15，温度探针一14穿过试件装夹一8的通孔贴于试件一10的上表面中心位置，温度探针二15穿过试件装夹二9的通孔贴于试件二11的下表面中心位置。试件一10和试件二11均需要加工成特定尺寸的圆柱形，上下表面要根据产品的粗糙度要求进行加工。温度探针一14和温度探针二15分别于PC端17电性连接，温度探针一14和温度探针二15分别将采集到的温度信息传递给PC端17，然后通过有限元软件进行标定，即可得到两个试件之间的接触热阻。其原理如下：试件一和试件二相互接触，给试件二一端面施加一个稳定的温度，热量由试件二传递至试件一，在传递的过程中，存在三个温度下降。第一个温度下降由于试件二本身的导热性能高低引起的，第二个温度下降是由试件二和试件一之间存在接触热阻大小引起的，第三个温度下降是由试件一的导热性能高低引起的。试验中，在一定时间范围内，可以准确测量试件一一侧的温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体材料接触热阻测量装置，其特征在于，包括水箱和用于给水箱加热的加热器，水箱外部设有支撑杆，支撑杆上安装有可上下平移的移动滑杆，移动滑杆的顶部连接有试件夹具，还包括PC端和温度检测单元，温度检测单元与PC端电性连接。

【技术特征摘要】
1.一种固体材料接触热阻测量装置，其特征在于，包括水箱和用于给水箱加热的加热器，水箱外部设有支撑杆，支撑杆上安装有可上下平移的移动滑杆，移动滑杆的顶部连接有试件夹具，还包括PC端和温度检测单元，温度检测单元与PC端电性连接。2.根据权利要求1所述的固体材料接触热阻测量装置，其特征在于，所述试件夹具包括对称设置的试件装夹一和试件装夹二，试件装夹一和试件装夹二上均设有样品容纳腔及通孔。3.根据权利要求2所述的固体材料接触热阻测量装置，其特征在于，所述试件夹具还包括多个螺丝，试件装夹一上对称的布置有多个光孔，试件装夹二上的对应位置处布置有相同数量的螺纹孔，螺丝贯穿光孔后与螺纹孔螺接。4.根据权利要求1所述的固体材料接触热阻测量装置，其特征在于，所述温度检测单元包括温度探针一、温度探针二和温度探针三，温度探针一固定在试件一的上表面中心位置，温度探针二固定在试件二的下表面中心位置，温度探针三固定在水箱的内侧壁上。5.根据权利要求1所述的固体材料接触热阻测量装置，其特征在于，所述加热器包括位于水箱外的电源插头和位于水箱内的加热棒，加热棒呈螺旋形。6.根据权利要求1-5任意一项所述的固体材料接触热阻测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、使两个试件相互接触，并给其中一个试件远离接触面的一端施加一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文礼，周伟，蒋伟，钱超，冉伟，李文龙，王莎，缪海天，
申请(专利权)人：安徽华兴车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34