一种固体材料导热系数的测量装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种固体材料导热系数测量装置，包括测量主机；核心测量传感器转接板封装壳，其与所述测量主机相连接；核心测量传感器，其与所述核心测量传感器转接板封装壳连接；恒温试验箱，为测量提供恒温的实验环境；设置于恒温试验箱内的第一固体材料样块和第二固体材料样块；位于第一固体材料样块和第二固体材料样块之上的辅助工具。该测量装置可以实现对大于规定尺寸，同时导热系数在0.01～100W/(m·K)范围内的固体材料，在10～60℃的温度范围内的进行测量，导热系数测量偏差小于±5％，重复性优于2％。本发明专利技术还提供了一种使用所述固体材料导热系数测量装置进行测量的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种固体材料导热系数的测量装置及其方法
本专利技术涉及一种测量装置及其方法，具体涉及一种固体材料导热系数的测量装置，以及基于该测量装置的测量方法。
技术介绍
导热系数的作为材料最为重要的热物性参数之一，是材料在保温、散热和节能等领域应用的直接性能指标，因此对于材料导热系数的准确测量是十分必要的。目前对于导热系数的测试方法主要分为两类，稳态法和非稳态法。目前稳态法中以保护热板法为主要代表，是一种被公认的导热系数测量的标准方法，主要针对的是保温材料等导热系数在1W/(m·K)以下的材料进行测量，其测量准确度高，被各国国家计量院采用，作为标准方法来建立导热系数测量基准装置。然而稳态法其测量所需时间较长，无法满足地方材料导热系数检测单位以及企业的大批量的测试需求。作为非稳态法的测试方法，其中瞬态法以其较为快速的测量时间，以及较为准确的测量结果被广泛研究，发展出了较多的瞬态导热系数测试方法，例如：激光闪光法、平面热源法、热线法、热带法和3ω法等。其中商业化较好的是平面热源法，1995年，Gustafsson采用HotDisk法即平面热源法，对建筑材料，低导热系数的挤塑聚苯乙烯和有机玻璃(PMMA)和高导热系数的不锈钢和铝进行了导热系数和热扩散系数的测量，与国际上标准材料值的吻合性较好，其测量导热系数准确度在±5％以内，热扩散系数在准确度在±10％以内。同年，HotDisk有限公司在瑞典Uppsala的成立，以其独有的瞬态平面热源法(TPS)专利技术在热物性测试领域成为市场主导，经过十多年的发展，HotDisk于2007年通过了ISO国际标准委投票并发布了国际标准ISO-CD22007-2.2，《塑料导热系数和热扩散率的测定－瞬态平面热源法(HotDisk)》。跟瞬态平面热源法原理相似，瞬态热带法(THS)也是由Gustafsson率先提出并进行研究的，在热线法的基础上，建立了热带的温度变化和空间尺寸的关系式。德国物理技术研究所(PTB)的Hammerschmidt对瞬态热带法(THS)和瞬态热线法(THW)测量导热系数和热扩散系数的原理和不确定度进行了详细的分析和评价，并进行了改进，并使用THS和TWS对水和冰进行了导热系数的测试，提出了THS不是测量液体导热系数最好的选择，THW法是测量液体和气体导热系数较好的选择，目前国内高校和科研院所等对气体、液体和固体导热系数的测量研究，主要是在THS和THW的基础上进行发展，建立实验室测试装置。然而，目前缺少操作简单，测量结果可靠，成本相对较低，同时较为轻便的材料导热系数测量装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种操作简单，测量结果可靠，同时较为轻便的材料导热系数测量装置，适用于实验室恒定温度下检测，也适用于材料现场的快速测量。本专利技术提供了一种固体材料导热系数的测量装置，其包括：测量主机；核心测量传感器转接板封装壳，其与所述测量主机相连接；核心测量传感器，其与所述核心测量传感器转接板封装壳连接；恒温试验箱，为测量提供恒温的实验环境；设置于恒温试验箱内的第一固体材料样块和第二固体材料样块；位于第一固体材料样块和第二固体材料样块之上的辅助工具。其中，所述辅助工具为标准砝码。其中，进一步包括RTD测温传感器，其用于对恒温试验箱内的温度进行实时监控。其中，所述测量主机通过USB-B连接线与PC机进行连接。其中，进一步包括所述核心测量传感器保护壳，其独立于测量主机。其中，所述测量主机的外壳表面上具有显示触摸操作屏和多个接线端口。其中，所述测量主机包括恒定电流源模块、高速电压采集卡模块、模拟/数字信号处理模块和温度测量模块。本专利技术提供了一种采用测量装置进行导热系数测量的方法，其包括：步骤1、准备好材质相同的第一固体材料样块和第二固体材料样块，检查两样块之间是否能紧密贴合；步骤2、将所述第一固体材料样块和第二固体材料样块放入恒温试验箱中，并将核心测量传感器放在第一固体材料样块和第二固体材料样块中间，摆正并使用辅助工具；步骤3、设置恒温试验箱的温度，待恒温试验箱内温度稳定后，同时打开测量主机进行预热；步骤4、使用USB-B连接线将测量主机和PC机进行连接，打开PC机上的配套程序，并设置端口连接，并运行程序；步骤5、开始测量，测量时间约为120s，测量主机显示第一固体材料样块和第二固体材料样块的导热系数；步骤6、测量主机内设冷却时间10min或15min；待冷却倒计时结束，再次进行测量，重复测量三次。本专利技术采用将恒流源模块、高速电压采集模块、数字信号处理模块和测温模块等集成于测量主机中，并配备恒温试验箱来保证测温环境的稳定，采用瞬态热桥法测量传感器，测量两块相同材质的固体材料的导热系数，并配备装载了基于labVIEW平台编制的数据存储、分析和处理软件的PC机。该测量装置可以实现对大于规定尺寸，同时导热系数在0.01～100W/(m·K)范围内的固体材料，在10～60℃的温度范围内的进行测量，导热系数测量偏差小于±5％，重复性优于2％。本专利技术的材料导热系数测量装置操作简单，测量结果可靠，成本相对较低，同时较为轻便。附图说明图1为本专利技术的固体材料导热系数的测量装置的结构示意图；图2为本专利技术的测量主机的后盖板的结构示意图；图3为本专利技术的测量主机的分解结构示意图；图4为本专利技术的核心测量传感器的保护壳和转接板的封装壳的放大结构示意图；图5为惠斯通电桥电路示意图；图6为本专利技术的根据惠斯通等效电路构建的等效热桥平面图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面结合附图对本专利技术的实施例进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对专利技术进行解释，而不作为对其范围的具体限定。如图1所示为本专利技术的固体材料导热系数的测量装置的结构示意图。所述测量装置包括：测量主机1，所述测量主机1的外壳表面上具有显示触摸操作屏和多个接线端口，所述测量主机1包括恒定电流源模块、高速电压采集卡模块、模拟/数字信号处理模块和温度测量模块；核心测量传感器保护壳2，其提供放置空间，在所述放置空间内具有核心测量传感器，所述核心测量传感器保护壳2独立于测量主机1，其主要的作用是用于放置核心测量传感器；核心测量传感器转接板封装壳3，其与所述测量主机1相连接；核心测量传感器5，其与所述核心测量传感器转接板封装壳3连接，所述核心测量传感器5通过PCB走线电路板固定到所述核心测量传感器转接板封装壳3，第一固体材料样块4和第二固体材料样块6，辅助工具7，优选该辅助工具7为5kg标准砝码；恒温试验箱8，为测量提供恒温的实验环境；RTD测温传感器9，其用于对恒温试验箱8内的温度进行实时监控，所述RTD测温传感器9与所述测量主机1的温度测量模块进行连接；PC机10，其通过USB-B连接线11与所述测量主机1进行连接，实现信号的采集、交互和控制。图2所示为本专利技术的测量主机的后盖板的结构示意图。多个连接端口设置在所述后端面上，如图2所示，USB-B插口2-1，其通过USB-B连接线11与PC机10进行连接；核心传感器转接口2-2，优选为四线制接头，两路为恒定电流输入端，两路为电压测量接受端；电源开关2-3，其用于对测量主机1的开关；220V电源线插口2-4，其为测量主机1提供电源；RTD测温传感器9的接线插口2-5。如图2所示的具体端口的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体材料导热系数的测量装置，其包括：测量主机；核心测量传感器转接板封装壳，其与所述测量主机相连接；核心测量传感器，其与所述核心测量传感器转接板封装壳连接；恒温试验箱，为测量提供恒温的实验环境；其特征在于：设置于恒温试验箱内的第一固体材料样块和第二固体材料样块；位于第一固体材料样块和第二固体材料样块之上的辅助工具。

【技术特征摘要】
1.一种固体材料导热系数的测量装置，其包括：测量主机；核心测量传感器转接板封装壳，其与所述测量主机相连接；核心测量传感器，其与所述核心测量传感器转接板封装壳连接；恒温试验箱，为测量提供恒温的实验环境；其特征在于：设置于恒温试验箱内的第一固体材料样块和第二固体材料样块；位于第一固体材料样块和第二固体材料样块之上的辅助工具。2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述辅助工具为标准砝码。3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：进一步包括RTD测温传感器，其用于对恒温试验箱内的温度进行实时监控。4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述测量主机通过USB-B连接线与PC机进行连接。5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：进一步包括所述核心测量传感器保护壳，其独立于测量主机。6.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述测量主机的外壳表面上具有显示触摸操作屏和多个接线端口。7.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈永，周逸，孙毅，潘永杲，杭强，庄燕忠，闵琪涛，
申请(专利权)人：常州检验检测标准认证研究院，北京西摩斯计量设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32