一种低温导热系数非稳态测试系统技术方案

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种低温导热系数非稳态测试系统，以解决上述
技术介绍
中提出的技术问题。

2、为实现上述目的，本申请公开了以下技术方案：

3、一种低温导热系数非稳态测试系统，包括制冷机、真空罩、真空罩法兰盖板、一级冷屏、二级冷屏、样品测试组件、进气组件以及出气组件；

4、所述制冷机与所述真空罩法兰盖板相固定；

5、所述真空罩的顶侧通过真空罩法兰与所述真空罩法兰盖板相固定；

6、所述一级冷屏的顶侧通过一级冷屏法兰盖板与所述制冷机相固定，所述一级冷屏安装于所述真空罩内，且所述一级冷屏与所述制冷机的一级冷头接触设置；

7、所述二级冷屏的顶侧通过二级冷屏法兰盖板与所述制冷机相固定，所述二级冷屏安装于所述一级冷屏内，且所述二级冷屏与所述制冷机的二级冷头接触设置；

8、所述制冷机的二级冷头与加热器相连；

9、所述样品测试组件包括测试腔颈管、样品测试腔、样品测试杆、样品托、温度传感器以及样品腔加热器；所述测试腔颈管套设于所述样品测试杆的上部，且所述测试腔颈管与所述真空罩法兰盖板的顶部相固定，所述测试腔颈管的顶侧安装有测试腔上法兰；所述样品测试腔的中部分别通过定位法兰与所述一级冷屏法兰盖板和所述二级冷屏法兰盖板相固定，且所述样品测试腔的底部延伸至所述二级冷屏内；所述样品测试杆的顶部与测试杆法兰相固定，所述测试杆法兰与所述测试腔上法兰相固定，所述样品测试杆的底部延伸至所述二级冷屏法兰盖板与对应的所述定位法兰之间；所述样品托安装于所述样品测试杆的底部，测试样品安装于所述样品托上；所述温度传感器安装于所述样品托内，用于对所述测试样品周侧温度进行监测；所述样品腔加热器安装于所述样品测试杆的底部，用于对所述测试样品周侧温度进行控制；

10、所述进气组件包括进气颈管和进气管；所述进气颈管套设于所述进气管的上部，且所述进气颈管的底部与所述真空罩法兰盖板的顶侧相固定；所述进气管的顶部延伸至所述进气颈管的顶侧外部，且所述进气管的底部延伸至所述二级冷屏内，并与所述样品测试腔连通，用于向所述样品测试腔内通入低压氦气和复温气体；

11、所述出气组件包括出气接口，所述出气接口安装于所述真空罩法兰盖板的顶侧且与所述真空罩的内部连通。

12、在一种实施方式中，所述制冷机的上部与所述真空罩法兰盖板的顶侧之间设置有减震波纹管。

13、在一种实施方式中，所述样品托包括吊装件、上夹板、下夹板、连接螺栓；

14、所述吊装件的两端分别与所述上夹板的顶部和所述样品测试杆的底部相固定；

15、所述上夹板和所述下夹板之间间距设置，所述测试样品设置于所述上夹板和所述下夹板之间，且所述上夹板和所述下夹板之间通过所述连接螺栓相固定。

16、在一种实施方式中，所述上夹板和所述下夹板之间设置有两块所述测试样品，两块所述测试样品之间夹紧有平面热源，所述平面热源与所述样品腔加热器相连。

17、在一种实施方式中，所述温度传感器安装于所述上夹板和所述下夹板上。

18、在一种实施方式中，所述平面热源的温升模型为：其中，为温升结果，δtc为平面热源与所述测试样品之间的接触热阻引起的温升常数，λ为被测的导热系数，d(τ)为无量纲时间，r为电阻温度系数。

19、在一种实施方式中，所述复温气体为氦气。

20、有益效果：本申请的低温导热系数非稳态测试系统，测试样品放置在真空罩、一级冷屏、二级冷屏、样品测试组件构成的特殊结构的容器内，采用制冷机获取低温，通过制冷机冷头和样品腔加热器，与制冷机提供的冷量实现样品测试腔温度的耦合控制，利用瞬态平面热源法进行低温下材料热导率的测量，最后根据瞬态温度分布梯度数据，计算材料在不同温区下的导热系数。通过本申请的低温导热系数非稳态测试系统，可以实现低温导热系数快速测量，且测试样品表面无温差，大大减少了辐射漏热，且在此瞬态测量原理的基础上提出了测试数据的修正，从而提高最终测试精度。同时，通过本申请进行瞬态导热系数测量时，测量时间在数十秒至数百秒，大大提高了测量效率。

21、进一步地，与现有技术相比，本申请在需要更换测试样品时，只需要将测试杆连同测试样品从容器中取出更换即可，而不用对整个系统进行拆卸。