一种基于热成像的平板状样品导热性能测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于热成像的平板状样品导热性能测试装置。本发明专利技术包括热像仪、可控温恒温槽和隔热板，在所述的可控温恒温槽内设置有待测试的平板状样品，所述的可控温恒温槽通过隔热板将样品控温区与观测区进行隔热分离，所述的隔热板上开槽，用于热像仪对所述的平板状样品的观测。所述的平板状样品的观测面喷涂有黑体漆，观测面的相对面设置有用于热激励的电热片。本发明专利技术可测定多个热参数，采用热像仪作为温度数据采集器，其数据量大且直接获得二维平面数据及50Hz以上的时间变量数据，给基于三维传热模型进行测试和反演分析带来了足够数据源支撑，且无需破坏制样，可直接对多层薄膜堆叠制品的等效导热系数进行准确测试。层薄膜堆叠制品的等效导热系数进行准确测试。层薄膜堆叠制品的等效导热系数进行准确测试。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热成像的平板状样品导热性能测试装置


[0001]本专利技术属于涉及导热性能测试领域，涉及一种基于热成像的平板状样品导热性能测试装置。

技术介绍

[0002]常规的导热系数测试有稳态法、闪光法、热线法以及Hot Disk法。
[0003]稳态法对于样品的尺寸要求较高，多层非均质特性无法满足理想的测试条件；此外，为减小待测样品与测试元件之间的接触热阻，通常需要对样品施加一定的压力，这将导致样品内部状态发生变化，测量出的结果也无法反映正常状态下样品的热物性，且通常测试时间过长，效率较低。因此，常见的稳态法不适用于结构复杂、外形及尺寸差异较大的样品。
[0004]闪光法对测试对象的要求较高，需要将样品制成薄片，最后通过理论计算求得样品整体的导热系数，但是这种方法无法正确评估内部复杂结构的影响，计算结果与真实的导热系数有较大差距。
[0005]热线法与闪光法相似，复杂的封装结构使得该方法无法对样品进行原位测量，只可用于测量锂电池电芯组成元件的导热系数。
[0006]Hot Disk法从原理上只适用于均匀介质，比如锂电池这样的样品，其电芯与外壳包装物的热物性存在明显差异，因此测量结果易受到外部铝塑膜的影响而无法正确测量电池整体的导热性能。
[0007]由上述分析可知，常规的导热系数测试都不太适用于各向异性平板及多层非均质平板的热参数测试问题。
[0008]以锂电池为代表的各向异性平板及多层非均质平板的热参数测试，由于测试对象的特殊性，多层薄膜复合、多孔疏松、固液两相，边缘不规则，规格多样，不可加工改变形状尺寸。而像动力锂电池这样的样品，其热相关问题关系着电池的性能、安全性、寿命及使用成本。电池温度较高时可能会产生热失控的风险，温度较低时会降低电池的能量和功率密度。因此，必须对锂电池进行热设计和热管理。导热系数是电池重要的热物理参数之一，反映了电池的导热能力。在电池热模拟中，导热系数等热物性参数接近一个数量级的差异会导致预测的温度梯度也相差一个数量级，因此电池导热系数的准确测量对分析电池的热特性并有针对性地使用热控措施具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是：针对以多层复合板及锂电池为代表的各向异性平板及多层非均质平板的热参数测试，提出了一种基于热成像的平板状样品导热性能测试装置，通过热像仪记录样品表面温度场的演变数据，可同时反演电池的面向导热系数、纵向导热系数、比热容、热扩散系数、接触热阻、界面换热系数、总热阻等多个热参数，避免了传统接触式表面测温引入的不确定因素。
[0010]本专利技术解决技术问题所采取的技术方案为：
[0011]本专利技术包括热像仪、可控温恒温槽和隔热板，在所述的可控温恒温槽内设置有待测试的平板状样品，所述的可控温恒温槽通过隔热板将样品控温区与观测区进行隔热分离，所述的隔热板上开槽，用于热像仪对所述的平板状样品的观测；
[0012]所述的平板状样品的观测面喷涂有黑体漆，观测面的相对面设置有用于热激励的电热片。
[0013]进一步说，所述的隔热板开槽方式为一字槽或者十字槽。
[0014]进一步说，还配置有同步加热信号区，用于辅助记录热平板状样品开始加热时刻。
[0015]进一步说，在观测区配置有用于消除热像仪温漂的合作黑体。
[0016]进一步说，利用电热片以透射式方式加热样品，加热激励方式为脉冲周期或双脉冲周期。
[0017]进一步说，带有激光定位坐标，用于实现热像仪与平板状样品的空间位置对齐。
[0018]本专利技术的有益效果：本专利技术可实现应用于平板状材料导热性能参数，适合各种不同规格、表面硬度、粗糙度、孔隙率的均质或非均质样品；非接触测量，自动补偿表面散热、支架散热等干扰，测试结果更准确，尤其可以解决常规方法无法适用的各向异性平板及多层非均质平板热传导性能、多部件结构内部热阻等特殊对象热参数测试，可测定特定温度下样品面向导热系数、纵向导热系数、比热容、热扩散系数、接触热阻、界面换热系数、总热阻等多个热参数，装置采用热像仪作为温度数据采集器，其数据量大且直接获得二维平面数据及50Hz以上的时间变量数据，给基于三维传热模型进行测试和反演分析带来了足够数据源支撑，且无需破坏制样，可直接对多层薄膜堆叠制品的等效导热系数进行准确测试。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的结构图。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点清楚明白，以及结合附图对本专利技术做进一步说明：
[0021]本专利技术涉及一种应用于测定平板状样品的热传导性能专业测试装置，特别是针对常规方法无法解决的各向异性平板及多层非均质平板的各种热参数测量问题：例如面向导热系数、纵向导热系数、比热容、热扩散系数、接触热阻、界面换热系数、总热阻等。其以热像仪作为温度观测设备，直接获得二维温度数据及一维时间数据信息，给后期样品数据测试及模型反演提供了基础。
[0022]本专利技术采用透射式脉冲加热方式，对样品背面利用电热片进行加热，对样品的正面喷黑体漆作为观测面，保证样品的发射率在0.94及以上，其观测面的热响应则可以反映样品整体的导热性能。由于热像仪测温易受环境噪声影响，为确保数据的可靠性，本专利技术以样品观测面最大温升高约3～5℃为标准测试条件，保证样品温度明显高于环境温度。热像仪记录样品加热后的温度变化，建立三维传热模型进行测试和反演分析以反演计算样品热参数。
[0023]本专利技术对样品环境进行控温，控温的方式可以为：恒温槽，温度范围
‑
10～80℃，以
测定特定温度下的样品热参数。设计一端可翻转的隔热板，将样品控温区与观测区(观测面与热像仪围成的区域作为观测区)进行隔热分离，阻止空气对流，尽量降低热像仪镜头受热源干扰。对观测窗口(即在隔热板处)进行开“一”字或带有“一”字的其他形状开口进行观测温度，其中“十”字形状尤为常见。
[0024]本专利技术还设计有同步加热信号区，具体可采用同步加热小电热片，记录加热起始时刻。开始实验时，样品上粘贴的加热片与小电热片同时开始加热，2s后将小加热片的电源关断，由于小电热片自身热容较小，且拥有较大的功率密度，实测其升温速度可达到5℃/s以上。因此该小电热片可通过自身快速发热作为同步信号被热像仪记录下来，在数据处理时可根据小电热片局部高温区域的数据拟合出升温曲线，根据该近似直线求出小电热片开始加热的时刻所对应的帧数作为时间零点。显然，利用该方式计算得到的时间零点精度要优于直接根据温升确定的起始加热帧，其误差最大不超过1帧，因此时间同步误差主要来源于热像仪采样帧频。
[0025]本专利技术还设计合作黑体。在观测窗口内(隔热板上方)，放置一小块喷了黑体漆的金属板，其表面发射率可达0.94。将合作黑体的观测数据作为热像仪观测样品的参考数据，消除不同时间热像仪因温度漂移引起的偏差。
[0026]本专利技术还设计有激光定位坐标，用于实现热像仪和样品的空间位置对齐。
[0027]实施例：
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热成像的平板状样品导热性能测试装置，包括热像仪、可控温恒温槽和隔热板，其特征在于：在所述的可控温恒温槽内设置有待测试的平板状样品，所述的可控温恒温槽通过隔热板将样品控温区与观测区进行隔热分离，所述的隔热板上开槽，用于热像仪对所述的平板状样品的观测；所述的平板状样品的观测面喷涂有黑体漆，观测面的相对面设置有用于热激励的电热片。2.根据权利要求1所述的一种基于热成像的平板状样品导热性能测试装置，其特征在于：所述的隔热板开槽方式为一字槽或者十字槽。3.根据权利要求1所述的一种基于热成像的平板状样品导热...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯德鑫，叶树亮，
申请(专利权)人：杭州泰默检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：