The invention provides a nondestructive testing device and method for three-dimensional anisotropic thermal conductivity of materials, belonging to the technical field of material thermal conductivity testing. The device includes a third harmonic independent sensor and an electrical signal acquisition and processing module. The third harmonic independent sensor includes a wear-resistant insulating protective film, a linear heating detector module, a current lead and a detection voltage lead. The current lead and a voltage lead are welded on four pads at the end of the linear heating detector, and the wear-resistant insulating protective film is covered with a miniature one. The electric signal acquisition and processing module includes signal generator, computer control and data acquisition system, bridge module circuit, phase-locked amplifier, high-precision DC power supply, resistance, current lead and voltage lead, which are used to process the electric signal generated by the sensor after amplification. The device has the advantages of high precision measurement of thermal conductivity of three-dimensional anisotropic materials, nondestructive testing of materials and high reusability.
【技术实现步骤摘要】
一种材料三维各向异性热导率无损测试装置及方法
本专利技术涉及材料热导率测试
，特别是指一种材料三维各向异性热导率无损测试装置及方法。
技术介绍
各向异性材料的热输运性质和其取向方向密切相关。原因是在沿晶格的不同方向上，原子排列周期和疏密程度差异较大，导致了在不同方向上存在不同的热导率、热扩散率等热物理性质。各向异性材料广泛用于如微电子机械等高新领域中，同时由于其横向、切向的生长特性不同，人体组织也存在着各向异性。因此对各向异性材料热导率的准确和无损测量对于微电子机械领域、生命科学领域等高新领域的研究都起着重要的应用价值。近年来研究表明：碳纳米管阵列薄膜材料是解决微电子机械产品在性能和散热上的冲突，用于满足人们在稳定的情况下对产品高性能要的有效手段。碳纳米管按照一定的排列生长，加上结构控制和物理修饰的手段，其热输运效果将得到极大的提升。然而阵列材料的各取向的热物性不同，加上其微纳尺度的结构特性，所以精确测量得到其热导率是十分困难的。现有技术(ZL201010201486.7)采用谐波探测技术测量各向异性材料热导率，但该方法因需要在样品表面进行镀膜操作使得测量过...
【技术保护点】
1.一种材料三维各向异性热导率无损测试装置，其特征在于：包括三次谐波法独立型传感器和电信号采集及处理模块，其中，三次谐波法独立型传感器包括线型加热探测器模组(1)和耐磨绝缘保护膜(2)；电信号采集及处理模块包括信号发生器(41)、微机控制与数据采集系统(42)、电桥模块电路(43)、锁相放大器(44)、高精度直流电源(45)、可调电阻(R9)、电流引线端和电压引线端；三次谐波法独立型传感器的信号通过电信号采集及处理模块进行放大处理。
【技术特征摘要】
1.一种材料三维各向异性热导率无损测试装置，其特征在于：包括三次谐波法独立型传感器和电信号采集及处理模块，其中，三次谐波法独立型传感器包括线型加热探测器模组(1)和耐磨绝缘保护膜(2)；电信号采集及处理模块包括信号发生器(41)、微机控制与数据采集系统(42)、电桥模块电路(43)、锁相放大器(44)、高精度直流电源(45)、可调电阻(R9)、电流引线端和电压引线端；三次谐波法独立型传感器的信号通过电信号采集及处理模块进行放大处理。2.根据权利要求1所述的材料三维各向异性热导率无损测试装置，其特征在于：所述线型加热探测器模组(1)包括四个线型加热探测器模块，每个线型加热探测器模块包括线型加热探测器、第一电流引线件、第一探测电压引线件、第二探测电压引线件和第二电流引线件，第一电流引线件、第一探测电压引线件、第二探测电压引线件、第二电流引线件分别焊接在线型加热探测器的四个焊盘上。3.根据权利要求1所述的材料三维各向异性热导率无损测试装置，其特征在于：所述耐磨绝缘保护膜(2)位于线型加热探测器模组(1)两侧，达到无损测试的效果。4.根据权利要求2所述的材料三维各向异性热导率无损测试装置，其特征在于：所述第一电流引线件、第一探测电压引线件、第二探测电压引线件和第二电流引线件的材质为漆包铜线，外形为线形细带，细带长度为1～30mm，宽度为5～800μm；线型加热探测器的材质为铬/铂复合、铬/金复合、铬/镍复合中的一种，复合层厚度为10nm/200nm；耐磨绝缘保护膜(2)的材质为聚酰亚胺。5.根据权利要求1所述的材料三维各向异性热导率无损测试装置，其特征在于：所述电桥模块电路(43)包括第一高精度差动放大器(431)、第二高精度差动放大器(432)、转换器(433)、第一低温漂电阻(R1)、第二低温漂电阻(R2)、第三低温漂电阻(R3)、第四低温漂电阻(R4)、第五低温漂电阻(R5)、第六低温漂电阻(R6)、第七低温漂电阻(R7)、第八低温漂电阻(R8)、第一电解电容器(C1)、第二电解电容器(C2)、第三电解电容器(C3)、第四电解电容器(C4)、第五电解电容器(C5)、第六电解电容器(C6)、第七电解电容器(C7)、第八电解电容器(C8)、第九电解电容器(C9)、第十电解电容器(C10)、第十一电解电容器(C11)、第十二电解电容器(C12)；电流引线端包括第一电流引线端(4d)、第二电流引线端(4a)；电压引线端包括第一电压引线端(4c)、第二电压引线端(4b)。6.根据权利要求5所述的材料三维各向异性热导率无损测试装置，其特征在于：所述第一高精度差动放大器(431)包含八个管脚，分别为第一高精度差动放大器RG端口A(4311)、第一高精度差动放大器-IN端口A(4312)、第一高精度差动放大器+IN端口A(4313)、第一高精度差动放大器-Vs端口A(4314)、第一高精度差动放大器REF端口A(4315)、第一高精度差动放大器OUTPUT端口A(4316)、第一高精度差动放大器+Vs端口A(4317)和第一高精度差动放大器RG端口A(4318)；第二高精度差动放大器(432)包含八个管脚，分别为第二高精度差动放大器RG端口B(43...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱琳，欧阳裕新，冯妍卉，张欣欣，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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