应用石墨材料特性一维平面导热系数测定仪

摘要

本发明涉及一种应用石墨材料特性一维平面导热系数测定仪，最外层为外壳，中间为绝热系统，最里层为电加热器，在电加热器内布置下均温块和上均温块，分别与电加热器、所测试件接触，上均温块的上层中埋入U型热管组，U型热管组的两端装有散热翅片，散热翅片上安装有直流风扇，直流风扇连入直流风机调速器，下均温块的上表面和上均温块的下表面均附有热电偶组，在下均温块的上表面和上均温块的下表面之间布置热电堆，热电偶组、热电偶组、热电堆全部接入热电偶采集仪，电加热器连入调节电加热功率的调功器，精密电源为调功器提供稳定电源。此测定仪测量物体范围广；保证了精确的一维导热，提高了测量精度；经济性好；操作简单；改装、改进方便。

说明书

技术领域

本发明涉及一种导热系数的测定装置，特别涉及一种应用石墨材料特性一维平面导热系数测定仪。

背景技术

导热系数是评价材料热工性能的重要参数，它直接影响能量利用效率和节能效果，是设计新产品的重点考虑因素之一，也是研发新材料的重要标准之一。因此，准确测定不同条件下的物质导热系数具有很重要的现实意义。

我国目前大部分的导热仪采用保护热板法，但是实践证明，现有的平板式导热系数测定仪存在着如下问题：

大多数测定仪用冷却水浴来控制被测样品冷面温度，由于水流速度的差异，上、下水套在均温板内和在进、出水处各点的换热系数不一样，从而导致冷面各点和上、下面出现温度差异。其结果不能保证精确的一维导热，引起测量误差，进而影响导热系数的测量精度。需要配备恒温水箱等较大设备，系统庞大，携带不便。

发明内容

本发明是针对现在导热系数测定仪测量精度差的问题，提出了一种应用石墨材料特性一维平面导热系数测定仪，可以简便且精确地测定一定范围内的柱体和颗粒物的导热系数。

本发明的技术方案为：一种应用石墨材料特性一维平面导热系数测定仪，包括外壳、绝热系统、电加热器、下均温块、上均温块、U型热管组、直流风扇、散热翅片、精密电源、调功器、热电偶采集仪、直流风机调速器、下均温块热电偶组、上均温块热电偶组、上、下均温块间的热电堆，最外层为外壳，中间为绝热系统，最里层为电加热器，在电加热器内布置下均温块，下均温块的下部与电加热器接触，下均温块的上部与所测试件的下表面接触，在电加热器内布置上均温块，所测试件的上表面与上均温块的下层接触，上均温块的上层中埋入U型热管组，U型热管组的两端装有散热翅片，散热翅片上安装有直流风扇，直流风扇连入直流风机调速器，下均温块的上表面附有下均温块热电偶组，上均温块的下表面附有热电偶组，在下均温块的上表面和上均温块的下表面之间布置热电堆，热电偶组、热电偶组、热电堆全部接入热电偶采集仪，进行温度采集，电加热器连入调节电加热功率的调功器，精密电源为调功器提供稳定电源。

所述绝热系统，选用硬质聚氨脂绝热材料，导热系数一般在0.020～0.030W/(m·K)之间。

下均温块由石墨材料制成，下部为横向均温材料，上部为纵向导热材料，加工成一体。

上均温块采用石墨为均温材料，分为两层，其下层为横向导温材料，上层为纵向导温材料。

所述U型热管组的底部埋入均温块，埋入段为蒸发区；U型热管组(6)的两端为冷凝区，所述散热翅片的材料为铜或铝。

本发明的有益效果在于：本发明应用石墨材料特性一维平面导热系数测定仪，在体积和外形上有一定的适应性；测量物体范围广；整个截面采用的均温技术，实现非常均匀、稳定的温度，保证了精确的一维导热，提高了测量精度；另外，截面的温度便于控制调节；经济性好；操作简单；改装、改进方便。

附图说明

图1为本发明应用石墨材料特性一维平面导热系数测定仪剖视图；

图2为本发明应用石墨材料特性一维平面导热系数测定仪俯视图；

图3为本发明为本发明应用石墨材料特性一维平面导热系数测定仪中热电偶在均热块表面的布置图。

具体实施方式

如图1所示应用石墨材料特性一维平面导热系数测定仪剖视图，导热系数测定仪包括外壳1、绝热系统2、电加热器3、下均温块4、上均温块5、U型热管组6、直流风扇7、散热翅片8、精密电源9、调功器10、热电偶采集仪11、直流风机调速器12、下均温块热电偶组13、上均温块热电偶组14、上、下均温块间的热电堆15，如图2所示导热系数测定仪俯视图，最外层为外壳1，可以配有支架；中间为绝热系统2，选用硬质聚氨脂绝热材料，导热系数一般在0.020～0.030W/(m·K)之间，可以维持一定的形状。用硬质聚氨脂加工成方柱体，内部成正方柱腔体，也可以根据试件的几何尺寸制作内部腔体；腔体内也可加入石棉等耐高温绝热材料，用于测定试件较高温度下的导热系数；最里层为电加热器3，根据试件选择电加热片，交流电压220V，最大功率300W；使用时，利用调功器10对加热片进行功率调节。

在电加热器3上布置下均温块4，设计下均温块，该均温块由石墨材料制成。下部为横向均温材料，上部为纵向导热材料，加工成一体。该均温块可以实现温差在0.1℃以内的均匀温度。下均温块4的横向导热材料与电加热器3接触，下均温块4的纵向导热材料与所测试件的下表面接触。被测材料(试样)，做一块标准试样，用于定期标定之用。

上均温块5采用石墨为均温材料，分为两层，其下层为横向导温材料，上层为纵向导温材料。所测试件的上表面与上均温块5的横向导热材料接触；上均温块5的纵向均热材料中埋入U型热管组6；U型热管组6的两端装有散热翅片8；散热翅片8上安装有直流风扇7；直流风扇7连入直流风机调速器12；通过直流风机调速器12调节风量，进而可以控制上表面的温度。

下均温块4的纵向导热材料的上表面附有下均温块热电偶组13；上均温块5的横向导热材料的下表面附有热电偶组14；在下均温块4的纵向导热材料上表面和上均温块5的横向导热材料的下表面之间布置热电堆15；热电偶组13、热电偶组14、热电堆15全部接入热电偶采集仪11，进行温度采集。

热电偶组13、热电偶组14、热电堆15在均温块的表面布置如图3的五个点所示。

电加热器3连入调功器10；调功器10连入精密电源9。调功器10可以调节电加热的功率，并显示功率值；精密电源9可以保证输入电压的稳定，进而获得稳定的输入功率。

上均温材料和冷却系统(加工成一体)：设计上均温块和其冷却系统。其中埋入所设计的U型热管组，该热管可组以满足系统要求的温度工作范围和散热负荷；把U型热管组的底部埋入均温块，埋入段为蒸发区；热管组的两端为冷凝区，这样就达成了两根热管的效果；热管组的两端套装所设计的散热片，材料为铜或铝，实现系统所需要的大热量散热；散热片配有直流风扇，通过电压进行风量调节；散热片可以加装风道，排出换热后的较高温度空气，消除系统热量对均热块温度及试验环境温度的影响。该结构可以使上表面获得均匀且稳定的温度，从而可以进行一定的温度调控。