测试材料热物性参数的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种测试材料热物性参数的装置及方法。该装置采用液压驱动活塞调节胶囊样品密度及超声系统调整样品均匀度，金属线探测器直接埋入一定密度待测胶囊样品中，克服了由于自重堆积下带来的垂直方向“下重上轻”的问题，保证实现微/纳相变胶囊材料热物性参数随密度依赖关系的精确测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料检测
，尤其涉及一种基于交流加热、频域下斜率-比较探测原理。
技术介绍
相变储能材料及技术是材料科学与能源科学的交叉学科，是解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，用于满足人们在工程和产品的技术经济要求而又提高能源利用率的有效手段。近年来研究表明: 把固体或液体材料包覆在成膜材料中，形成微小粒子的技术，可将相变材料进行胶囊化，形成相变微/纳胶囊材料，使得相变胶囊芯材与外界环境分隔开来，免受外界湿度、氧气等因素的影响，从而改善传统相变材料的稳定性，同时可解决固-液相变材料相变后液相的挥发、流动、腐蚀及泄漏问题。目前微/纳相变胶囊材料主要在两个方向进行应用:一是将相变微胶囊与传热流体混合，利用其相变时的潜热，提高传热流体的热容，用于余热回收、热量传输、冷却剂等；二是根据其相变温控特性，将其应用于电力系统调峰、可再生能源储存、空调采暖、航空航天、纺织品、制冷、建筑物等，提高能源使用效率及控温性能。在对相变微/纳胶囊材料开展上述应用之前，必须知晓其在使用温度范围内的传热特性参数(热导率、热扩散率和热容等)。在现有热物性测量方法中，基于交流加热的谐波探测技术在微/纳结构材料/器件热物性表征方面被认为是一种十分有效、广泛的手段。并且，由于使用时胶囊材料往往呈现为与空气(或流体)随机堆积的形式，其传热特性明显依赖于堆积密度的大小。因此，开发一种能确保精确测量传热特性各参数随材料密度依赖关系的测试方法及对应装置对于微/纳相变胶囊材料的应用具有重要意义。图1为现有技术采用谐波探测技术测试热物性参数装置的示意图。请参照图1，该装置测量粉体时是直接将面形探测器垂直埋入样品中的，这一操作特点无法实现样品密度的调节，因此也就不能用于分析粉末样品的热物性参数随密度变化的关系，若测试时胶囊材料以自重进行堆积，则在垂直方向密度不均匀，形成“下重上轻”的结构，这必将影响测量的精度。此外，目前尚无基于交流加热的谐波探测技术是否适用于微/纳相变胶囊材料传热特性的测试。并且，如图1所示的装置只能用于蓄热系数(定义为热导率λ和热容PCp乘积的平方根，、/^7)的测量，无法分别区分出热导率、热扩散率(α = λ/pCp)和热容三个参数。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题为解决上述的一个或多个问题，本专利技术提供了一种，以实现对材料热物性参数对密度依赖性的测试。( 二 )技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种测试材料热物性参数的装置。该装置包括:样品密度调节容器，包括:容器壳，其左右两侧开口，用于填充待测样品；两运动型活塞，可滑动的密封于所述容器壳的两侧；两液压驱动部件，分别抵接于所述两运动型活塞上，用于驱动两运动型活塞沿容器壳内壁滑动，从而改变容器壳内样品的密度；温度传感器，贯穿所述样品密度调节容器，用于采用加热电流对待测样品进行加热，并探测样品温度升高而产生的基波电压和三次谐波电压；谐波测量单元，与所述温度传感器的相应端连接，用于产生加热电流，测量并记录多个频率下线探测器两端的三次谐波电压与自然对数频率数据及基波电压平均值；以及数据处理单元，用于利用多个频率下线探测器两端的三次谐波电压与自然对数频率数据及基波电压平均值，计算待测样品的热物性参数。根据本专利技术的一个方面，还提供了一种利用上述装置进行材料热物性参数测试的方法，包括:采用上述装置对标准样品进行测量，获得标准样品的基波电压(Vlu)b和三次谐波电压(V3u)b;采用上述装置对被测样品进行测量，获得被测样品的基波电压(Vlu)y和三次谐波电压(V3u)y ;采用所述标准样品的基波电压(Vlu)b和三次谐波电压(V3Jb;及被测样品的基波电压(Vlu)y和三次谐波电压(V3Jy计算被测样品的热物性参数。(三)有益效果从上述技术 方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果:(I)采用液压驱动活塞调节胶囊样品密度及超声系统调整样品均匀度，金属线探测器直接埋入一定密度待测胶囊样品中，克服了由于自重堆积下带来的垂直方向“下重上轻”的问题，保证实现微/纳相变胶囊材料热物性参数随密度依赖关系的精确测量；(2)结合基于交流加热、频域下斜率-比较探测原理，一方面简化了求解过程，减少了计算量；另一方面消除了求解计算时线探测器自身参数引入的误差。只要分别测得同一线探测器在标准样品及待测胶囊样品中的β，Rt, ν1ω,以及选定频率段内不同频率下的ν3ω，即可同时计算出待测胶囊样品的热物性参数值，保证了胶囊材料热导率及热扩散率的同时精确测量。附图说明图1为现有技术采用谐波探测技术测试热物性参数装置的示意图；图2是根据本专利技术实施例测试胶囊材料热物性参数装置的示意图；图3是图2所示测试胶囊材料热物性参数装置沿A-A方向的剖视图；图4是图2所示测试胶囊材料热物性参数装置中谐波测量单元的结构示意图。本专利技术主要元件符号说明1-腔体；2-样品密度调节容器；3-待测胶囊样品；4-超声系统；5-温度传感器；6-谐波测量单元；7-数据处理单元；21-容器壳；22-进/出料口密封盖；23a、23b-运动型活塞； 24a、24b_液压驱动部件；51-固定塞；52-线探测器；531、532-引线件；53a、53b_ 引线端；61-函数发生器；62-电桥模块电路；63-前置放大器；64-锁相放大器；65-微机控制与数据采集系统；R9_可调电阻；6a_第一电流引线端；6d_第二电流引线端；6b_第一电压引线端；6c-第二电压引线端；621-第一差动放大器；622-第二差动放大器；623-转换器；Rl-第一低温漂电阻；R2-第二低温漂电阻；R3-第三低温漂电阻；R4-第四低温漂电阻；R5-第五低温漂电阻；R6-第六低温漂电阻；R7-第七低温漂电阻；R8-第八低温漂电阻。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。 需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术。本专利技术将针对微/纳相变胶囊材料自身的特点，通过分析、改进现有谐波探测技术的测量理论模型，提供一种频域下斜率-比较探测原理及实施装置，由此简化测量过程并得到热导率和热扩散率随密度的依赖关系，将该方法成功应用于微/纳相变胶囊材料传热特性的评价。首先，本专利技术提供了一种测试胶囊材料热物性参数装置。图2为根据本专利技术实施例测试胶囊材料热物性参数装置的示意图。图3为图2所示测试胶囊材料热物性参数装置沿A-A方向的剖视图。请参照图2和图3，该装置包括:腔体1、样品密度调节容器2、待测胶囊样品3、超声系统4、温度传感器5和谐波测量单元6。以下分别对各个部分进行详细说明。腔体I腔体I为长方形开口容器，材质可以是透明玻璃或塑料，用于隔离超声媒介及样品密度调节容器2。样品密度调节容器2样品密度调节容器2置于腔体I底部，且与底部平行放置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测试材料热物性参数的装置，其特征在于，包括：样品密度调节容器，包括：容器壳，其左右两侧开口，用于填充待测样品；两运动型活塞，可滑动的密封于所述容器壳的两侧；两液压驱动部件，分别抵接于所述两运动型活塞上，用于驱动两运动型活塞沿容器壳内壁滑动，从而改变容器壳内样品的密度；温度传感器，贯穿所述样品密度调节容器，用于采用加热电流对待测样品进行加热，并探测样品温度升高而产生的基波电压和三次谐波电压；谐波测量单元，与所述温度传感器的相应端连接，用于产生加热电流，测量并记录多个频率下线探测器两端的三次谐波电压与自然对数频率数据及基波电压平均值；以及数据处理单元，用于利用多个频率下线探测器两端的三次谐波电压与自然对数频率数据及基波电压平均值，计算待测样品的热物性参数。

【技术特征摘要】
1.一种测试材料热物性参数的装置，其特征在于，包括: 样品密度调节容器，包括: 容器壳，其左右两侧开口，用于填充待测样品； 两运动型活塞，可滑动的密封于所述容器壳的两侧； 两液压驱动部件，分别抵接于所述两运动型活塞上，用于驱动两运动型活塞沿容器壳内壁滑动，从而改变容器壳内样品的密度； 温度传感器，贯穿所述样品密度调节容器，用于采用加热电流对待测样品进行加热，并探测样品温度升高而产生的基波电压和三次谐波电压； 谐波测量单元，与所述温度传感器的相应端连接，用于产生加热电流，测量并记录多个频率下线探测器两端的三次谐波电压与自然对数频率数据及基波电压平均值；以及 数据处理单元，用于利用多个频率下线探测器两端的三次谐波电压与自然对数频率数据及基波电压平均值，计算待测样品的热物性参数。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括: 腔体，所述样品密度调节容器容置于该腔体内； 超声系统，所述腔体容置于该超声系统内，由该超声系统对容器壳内填充的待测样品进行超声以使其均匀化。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度传感器包括: 固定塞，固定于所 述容器壳的圆孔上，贯穿所述容器壳； 两引线件，贯穿所述固定塞，用于将加热电流传输至容器壳内的线探测器； 所述线探测器，埋设于容器壳内的待测样品中，线长的方向垂直于两运动型活塞的运动方向，其两端分别与所述两引线件伸入待测样品的一端相连接，用于利用加热电流对待测样品进行加热，同时将探测获取的基波电压和三次谐波电压通过两引线件传输至谐波测量单元。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述容器壳的顶面、底面或者侧面沿两运动型活塞的运动方向具有刻度。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述谐波测量单元包括: 加热电流提供电路，用于产生加热电流，包括:函数发生器、转换器和可调电阻，其中，函数发生器的第一输出端输出角频率为ω的交流电压信号；该交流电压信号经转换器转换为电流信号，该电流信号依次驱动可调电阻和温度传感器的线探测器； 信号测量电路，用于测量线探测器的基波电压及三次谐波电压，包括: 第一差动放大器，其第一输入端和第二输入端分别连接至可调电阻的两端，用于将可调电阻两端的电压信号转换为第一差动信号； 第二差动放大器，其第一输入端和第二输入端分别连接至线探测器的两端，用于将线探测器两端的电压信号转换为第二差动信号； 前置放大器，其两端分别连接至第一差动放大器和第二差动放大器的输出端，用于分时输出以下两个信号:第一差动信号、第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱琳，郑兴华，徐先锋，李兰兰，唐大伟，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：