一种测量低熔点物体导热系数的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量低熔点物体导热系数的装置及方法，所述装置包括上铜盘、下铜盘以及半导体散热器，所述上铜盘放置于下铜盘上方，下铜盘置于半导体散热器的上方，测试时，样品置于上铜盘和下铜盘之间并且紧密贴合，样品侧面包裹第一绝热材料，上铜盘与下铜盘中均插入一个温度传感器，两个温度传感器分别与双路温度数据采集器连接，半导体散热器与可控电流源连接；本发明专利技术的优点在于：能够用于熔点较低物体的导热系数测量且测量精度高。物体的导热系数测量且测量精度高。物体的导热系数测量且测量精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种测量低熔点物体导热系数的装置及方法


[0001]本专利技术涉及导热系数测量领域，具体涉及一种测量低熔点物体导热系数的装置及方法。

技术介绍

[0002]目前，公知的采用稳态法测量物体导热系数的导热系数测量仪主要由电热器、测温装置、温控装置构成，例如中国专利公开号CN217084769U公开的一种稳态法测量不良导体导热系数实验装置。然而，这种设计存在以下缺点：
[0003](1)难以测量熔点较低物体的导热系数。如常见的TC
‑
3型导热系数测定仪及DM3615型导热系数测定仪，其采用PID温度控制加热温度的方法测量物体的导热系数，而对于冰这一类熔点较低的物体则无法测量其导热系数。而能够测量较低熔点物体导热系数的测量仪往往需采用制冷剂制冷，装置体积较为庞大，成本较高。
[0004](2)测量误差较大。由于此类装置是利用平板向待测样品传热，平板与样品间不可避免存在缝隙，导致测得结果与实际误差较大。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术导热系数测量仪难以测量熔点较低物体的导热系数，且测量误差较大。
[0006]本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题的：一种测量低熔点物体导热系数的装置，包括上铜盘、下铜盘以及半导体散热器，所述上铜盘放置于下铜盘上方，下铜盘置于半导体散热器的上方，测试时，样品置于上铜盘和下铜盘之间并且紧密贴合，样品侧面包裹第一绝热材料，上铜盘与下铜盘中均插入一个温度传感器，两个温度传感器分别与双路温度数据采集器连接，半导体散热器与可控电流源连接。
[0007]进一步地，所述样品与上铜盘之间以及样品与下铜盘之间通过导热硅胶紧密贴合。
[0008]进一步地，所述上铜盘与下铜盘中插入的温度传感器表面涂抹有导热硅胶。
[0009]进一步地，所述半导体散热器制得的温度最低为
‑
50℃。
[0010]进一步地，所述温度传感器为PT100电阻。
[0011]本专利技术还提供一种测量低熔点物体导热系数的装置的方法，所述方法包括：
[0012]步骤1、获取上铜盘温度随时间变化的关系式；
[0013]步骤2、计算样品内部的温度梯度；
[0014]步骤3、根据上铜盘温度随时间变化的关系式计算样品的热流量；
[0015]步骤4、根据样品内部的温度梯度、样品的截面积以及样品的热流量计算物体导热系数。
[0016]更进一步地，所述步骤1包括：
[0017]将上铜盘放置在下铜盘上，接通半导体散热器的可控电流源使铜盘降温，待上铜
盘温度不再变化时取下上铜盘将其放在相同环境下的第二绝热材料上，使其自然吸热，利用双路温度数据采集器每隔1秒记录一次上铜盘的温度，待其升温至室温后，停止记录并导出数据，利用计算机拟合出上铜盘温度随时间变化的图像并求出温度随时间变化的关系式。
[0018]更进一步地，所述步骤2包括：
[0019]在上铜盘和下铜盘之间放入样品使之与上铜盘以及下铜盘紧密接触，利用双路温度数据采集器测量两铜盘温度，待传热达到稳态后，利用上铜盘的温度T1和下铜盘的温度T2计算此时样品上下表面的温度差(T1‑
T2)，并测量样品的厚度h，根据公式计算样品内部的温度梯度，其中，x表示位置x，表示温度梯度，表示位置x等于x0时的温度梯度。
[0020]更进一步地，所述步骤3包括：
[0021]利用公式计算在T1温度下上铜盘的热流量，并将其作为实验过程中样品的热流量，其中，c表示上铜盘的比热容，m表示上铜盘的质量，表示上铜盘的温度随时间变化的关系式。
[0022]更进一步地，所述步骤4包括：
[0023]测量样品的截面积S并根据公式求得物体的导热系数。
[0024]本专利技术的优点在于：
[0025](1)本专利技术采用半导体散热器，其本身具有制冷温度较低的特性，从而能够用于熔点较低物体的导热系数测量，测试时，样品置于上铜盘和下铜盘之间并且紧密贴合，避免了样品与上下铜盘之间的缝隙，提高了测量精度，并且采用第一绝热材料包裹样品的方法减小样品侧面的热交换，进一步提高了实验测量精度。
[0026](2)常规的产生温度差的方式大多为加热，而本方法反其道而行之，采用制冷的方法产生温度差，解决了加热法无法测量低熔点物质导热系数的问题。
[0027](3)由于半导体散热器可制得的最低温度可达
‑
50℃左右，因此本专利技术提供的装置可测量熔点高于
‑
50℃的固体材料的导热系数，扩展了稳态平板法测量物体导热系数的适用范围。
[0028](4)由于半导体散热器的制冷效果随电流的变化而变化，因此本专利技术可以通过改变可控电流源电流的大小来改变制冷器的制冷功率，从而改变物体表面的温度，实现在不同温度下对待测样品导热系数的测量，测量温度容易控制，从而可用于探究温度对样品导热系数的影响。
[0029](5)相较于其他制冷方式，本专利技术提供的装置采用的半导体散热器结构简单，无流动工质，制冷速度快，装置结构更加紧凑。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例所公开的一种测量低熔点物体导热系数的装置中上铜盘、下
铜盘以及半导体散热器的结构示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例所公开的一种测量低熔点物体导热系数的装置整体结构示意图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]实施例1
[0034]如图1和图2所示，一种测量低熔点物体导热系数的装置，包括上铜盘1、下铜盘2以及半导体散热器3，所述上铜盘1和下铜盘2结构完全相同，均为圆柱形，上铜盘1放置于下铜盘2上方，下铜盘2置于半导体散热器3的上方(图中301是半导体散热器的散热片，下铜盘2位于该散热片上方)，测试时，样品置于上铜盘1和下铜盘2之间并且紧密贴合，样品(由于样品被第一绝缘材料4包裹且上下均放置有铜盘，因此样品在图中属于不可视状态)侧面包裹第一绝热材料4，上铜盘1与下铜盘2中均插入一个温度传感器5，两个温度传感器5分别与双路温度数据采集器6连接，半导体散热器3与可控电流源7连接。所述半导体散热器3制得的温度最低为
‑
50℃。所述温度传感器5为PT100电阻。
[0035]作为进一步的改进，所述样品与上铜盘1之间以及样品与下铜盘2之间通过导热硅胶紧密贴合。一方面避免样品与两个铜盘之间形成缝隙，提供测量精度，另一方面提高导热性能。
[0036]作为进一步的改进，所述上铜盘1与下铜盘2中插入的温度传感器5表面涂抹有导热硅胶。涂抹导热硅胶的作用是确保导热良好。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量低熔点物体导热系数的装置，其特征在于，包括上铜盘、下铜盘以及半导体散热器，所述上铜盘放置于下铜盘上方，下铜盘置于半导体散热器的上方，测试时，样品置于上铜盘和下铜盘之间并且紧密贴合，样品侧面包裹第一绝热材料，上铜盘与下铜盘中均插入一个温度传感器，两个温度传感器分别与双路温度数据采集器连接，半导体散热器与可控电流源连接。2.根据权利要求1所述的一种测量低熔点物体导热系数的装置，其特征在于，所述样品与上铜盘之间以及样品与下铜盘之间通过导热硅胶紧密贴合。3.根据权利要求1所述的一种测量低熔点物体导热系数的装置，其特征在于，所述上铜盘与下铜盘中插入的温度传感器表面涂抹有导热硅胶。4.根据权利要求1所述的一种测量低熔点物体导热系数的装置，其特征在于，所述半导体散热器制得的温度最低为
‑
50℃。5.根据权利要求1所述的一种测量低熔点物体导热系数的装置，其特征在于，所述温度传感器为PT100电阻。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的一种测量低熔点物体导热系数的装置的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、获取上铜盘温度随时间变化的关系式；步骤2、计算样品内部的温度梯度；步骤3、根据上铜盘温度随时间变化的关系式计算样品的热流量；步骤4、根据样品内部的温度梯度、样品的截面积以及样品的热流量计算物体导热系数。7.根据权利要求6所述的一种测量低熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：程德胜，吴泽龙，于子麟，窦天阳，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院，
类型：发明
国别省市：