一種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速測定裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速測定裝置包括位于待測樣品的熱端的保護熱板測試單元，與保護熱板測試單元相接的溫控及計時單元，位于待測樣品的冷端的水冷單元，采集待測樣品的冷端和熱端溫度的溫度采集單元；保護熱板測試單元包括主加熱器、絕熱層、側(cè)面輔助加熱器、底面輔助加熱器；水冷單元包括水冷頭；水冷頭覆蓋待測樣品的上端面，主加熱器覆蓋待測樣品的下端面。采用溫度控制及時間累計的組合，實現(xiàn)保護熱板法中熱流密度的測量，具有器材成本較低，電路連接簡單，搭建方便，測試速度較快等特點，屬于傳熱性能測試技術(shù)領(lǐng)域。
【專利說明】
-種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速 測定裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及傳熱性能測試技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，設(shè)及多孔金屬材料有效熱導(dǎo) 率的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 多孔金屬材料具有重量輕、傳質(zhì)能力好、機械強度高、比表面積大等特點，因此多 孔金屬材料大量地用于催化劑載體領(lǐng)域。多孔材料作為載體時，其導(dǎo)熱性能對催化劑的催 化性能及壽命有著很大的影響。良好熱導(dǎo)率的載體，有助于移去反應(yīng)熱，避免催化劑表面局 部過熱。有效熱導(dǎo)率是反映物質(zhì)熱傳導(dǎo)能力的系數(shù)，但由于受到多孔材質(zhì)、多孔骨架、孔隙 率、理論適用性等多方面限制，多孔結(jié)構(gòu)的熱導(dǎo)率一直未能有統(tǒng)一并且使用范圍廣泛的，理 論公式，因此對于熱導(dǎo)率實驗測試方法和技術(shù)的探索，仍是新型多孔金屬材料熱導(dǎo)率數(shù)據(jù) 的主要來源。
[0003] 保護熱板法是一種穩(wěn)態(tài)測量方法，具有原理簡單，可準確、直接地獲得熱導(dǎo)率的優(yōu) 點。在保護熱板法的測量過程中，有兩個關(guān)鍵點，一是一維穩(wěn)態(tài)熱流狀態(tài)的建立，二是熱流 量的測定。一維穩(wěn)態(tài)熱流狀態(tài)的建立往往需要等到系統(tǒng)達到熱平衡狀態(tài)，即加熱器釋放出 來的熱量等于通過待測樣品散失出去的熱量。由于絕熱材料的引入，使得運個穩(wěn)態(tài)過程的 建立十分緩慢，所W構(gòu)建一維穩(wěn)態(tài)熱流狀態(tài)需要花費大量的時間，往往在5-6個小時W上。 另一方面，熱流量的測定需要用到熱流傳感器，運便增加了實驗測量的投入。所W需要簡 單、快速、準確、易實現(xiàn)、低投入的測定方法，來實現(xiàn)對多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的測定。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本實用新型的目的是：提供一種成本低、步驟 少、測量快速的基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速測定裝置。
[0005] 為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速測定裝置，包括:位 于待測樣品的熱端的保護熱板測試單元，與保護熱板測試單元相接的溫控及計時單元，位 于待測樣品的冷端的水冷單元，采集待測樣品的冷端和熱端溫度的溫度采集單元;保護熱 板測試單元包括主加熱器、絕熱層、側(cè)面輔助加熱器、底面輔助加熱器;水冷單元包括水冷 頭;水冷頭覆蓋待測樣品的上端面，主加熱器覆蓋待測樣品的下端面，絕熱層將待測樣品的 側(cè)面和主加熱器包裹，側(cè)面輔助加熱器覆蓋絕熱層的側(cè)面，底面輔助加熱器覆蓋絕熱層的 下端面。
[0007] 水冷單元包括水累、水箱、水冷排、質(zhì)量塊;水冷頭、水累、水箱、水冷排依次通過水 路連接管相接，水冷排再與水冷頭通過水路連接管相接;質(zhì)量塊位于水冷頭的上端面。
[000引溫控及計時單元包括底面輔助加熱器溫度反饋熱電偶、側(cè)面輔助加熱器溫度反饋 熱電偶、主加熱器溫度反饋熱電偶、控制底面輔助加熱器溫度的溫控儀、控制側(cè)面輔助加熱 器溫度的溫控儀、控制主加熱器溫度的溫控儀、電源、功率計、通電計時器、可調(diào)變壓器；電 源、功率計、控制主加熱器溫度的溫控儀、可調(diào)變壓器依次串接，通電計時器并聯(lián)接入控制 主加熱器溫度的溫控儀的輸出口；主加熱器溫度反饋熱電偶與控制主加熱器溫度的溫控儀 相接;側(cè)面輔助加熱器溫度反饋熱電偶與控制側(cè)面輔助加熱器溫度的溫控儀相接，控制側(cè) 面輔助加熱器溫度的溫控儀與電源相接;底面輔助加熱器溫度反饋熱電偶與控制底面輔助 加熱器溫度的溫控儀相接，控制底面輔助加熱器溫度的溫控儀與電源相接。本段所說的Ξ 個熱電偶，優(yōu)選的采用線型0.5mmK型熱電偶;各部分通過電氣連接組成;Ξ個溫控儀W繼電 器方式輸出，WPID方式控制;通電計時器的工作電壓為220V，W配合溫控儀的使用。
[0009] 底面輔助加熱器溫度反饋熱電偶位于絕熱層和底面輔助加熱器之間，側(cè)面輔助加 熱器溫度反饋熱電偶位于絕熱層和側(cè)面輔助加熱器之間，主加熱器溫度反饋熱電偶位于主 加熱器的上端面。
[0010] 溫度采集單元包括:測量待測樣品的熱端溫度的熱端溫度記錄熱電偶組，測量待 測樣品的冷端溫度的冷端溫度記錄熱電偶組，與熱端溫度記錄熱電偶組和冷端溫度記錄熱 電偶組分別連接的溫度采集卡。
[0011] 水冷頭和待測樣品之間設(shè)有錫錐紙，該錫錐紙的形狀和大小與待測樣品的上端面 相同；待測樣品和主加熱器之間設(shè)有錫錐紙，該錫錐紙的形狀和大小與待測樣品的下端面、 主加熱器的上端面均相同。
[0012] 絕熱層的材料為適應(yīng)待測樣品各種截面和側(cè)面形狀的柔性絕熱材料。
[OOU] 熱端溫度記錄熱電偶組和冷端溫度記錄熱電偶組均采用線型0.5mmK型熱電偶;水 冷頭和待測樣品之間設(shè)有錫錐紙，冷端溫度記錄熱電偶組位于該錫錐紙的上端面;待測樣 品和主加熱器之間設(shè)有錫錐紙，熱端溫度記錄熱電偶組位于該錫錐紙的下端面。
[0014] 溫控及計時單元中，功率計的輸出端連入控制主加熱器溫度的溫控儀的輸入端， 控制主加熱器溫度的溫控儀的輸出端連入可調(diào)變壓器的輸入端，可調(diào)變壓器的輸出端與主 加熱器相連，通電計時器并聯(lián)在控制主加熱器溫度的溫控儀的輸出端，主加熱器溫度反饋 熱電偶置于主加熱器的上端面的中屯、。
[0015] -種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速測定方法，采用一種 基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速測定裝置，有效熱導(dǎo)率ke由下述表 達式獲得：
[0016]
'其中，P為主加熱器的輸出功率，由功率計測量得到;Η為測量樣品 厚度，由測量樣品量出；tam為控制主加熱器溫度的溫控儀的工作周期中的主加熱器的僅通 電的時間，由通電計時器測量得到;A為測量樣品的名義截面積，由測量樣品計算出；Δ T為 待測樣品的冷端和熱端的溫差，由溫度采集單元中的溫度采集卡測量得到；tct為控制主加 熱器溫度的溫控儀的工作周期中的開始計時到最終停止計時的總測試時間。
[0017] 本實用新型的原理是：
[0018] 待測多孔金屬樣品放置于水冷頭和主加熱器之間，保護熱板測試單元和水冷單元 共同構(gòu)成通過待測樣品的穩(wěn)定一維熱流狀態(tài)，溫控及計時單元控制所有加熱器溫度、累計 主加熱器工作時間和顯示主加熱器工作功率，實現(xiàn)熱流的快速測定。
[0019] 由傅里葉定律可知，在一維穩(wěn)態(tài)傳熱的情況下，物體的有效熱導(dǎo)率ke可用W下公 式表示：
[0020]
[0021] 其中：其中q為熱流密度，單位為J · πΓ2 · s^; ΔΤ為物體測量時冷端與熱端的溫 差，單位為K;H為測量樣品厚度，單位為m;A為測量樣品的名義截面積，單位為m2，Q為單位時 間傳輸熱量，單位為
[0022] 本實用新型鑒于溫控儀的工作模式，是"通電-斷電-通斷-斷電"運樣的工作模式。 因此，在本實用新型中，當穩(wěn)態(tài)一維熱流狀態(tài)達到后，假設(shè)在一次有效熱導(dǎo)率的測試工作周 期中，從計時開始到結(jié)束，主加熱器通電與斷電（也就是總的測試時間)為tct，單位為S;而其 僅通電的時間為tam，單位為S;主加熱器的加熱功率為P，單位為W;那么受控制主加熱器溫度 的溫控儀控制的主加熱器的輸出熱量可W表示為：
[0023]
[0024] 將式(2)帶入式(1)，即得到變形后的有效熱導(dǎo)率ke的表達式：
[0025]
[0026] 側(cè)面輔助加熱器及控制側(cè)面輔助加熱器溫度的溫控儀、底面輔助加熱器及控制底 面輔助加熱器溫度的溫控儀，均用于幫助建立穩(wěn)態(tài)一維熱流狀態(tài)，減少熱量向底面和側(cè)面 流動，減小測量誤差。
[0027] 本實用新型的具體操作如下：
[0028] (1)檢查各熱電偶正負極并完成實驗裝置的搭建并后，將可調(diào)變壓器調(diào)至最小，接 通所有電源，使所有溫控儀處于待工作狀態(tài)。
[0029] (2)調(diào)節(jié)與主加熱器相連的控制主加熱器溫度的溫控儀，使其溫度設(shè)定值升至需 要測試的溫度值;調(diào)節(jié)控制底面輔助加熱器溫度的溫控儀和控制側(cè)面輔助加熱器溫度的溫 控儀，使其溫度設(shè)定值比控制主加熱器溫度的溫控儀的設(shè)定值低15-25Γ。調(diào)大可調(diào)變壓 器，使主加熱器的工作功率在60-80W。再開啟水累，使水冷單元中的水循環(huán)起來。
[0030] (3)待控制主加熱器溫度的溫控儀的顯示溫度升至比設(shè)定值低20°C時，調(diào)小可調(diào) 變壓器，使主加熱器的工作功率在30-40W。
[0031] (4)啟動溫度采集卡，監(jiān)測熱端與冷端的熱電偶采集到的數(shù)據(jù)。待熱端與冷端溫度 穩(wěn)定，讀取主加熱器的加熱功率，清零通電計時器，開始溫度采集卡的溫度記錄，并同時開 始計時，使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定工作狀態(tài)保持1小時。在運1個小時內(nèi)，每lOmin記錄一次主加熱 器的加熱功率。
[0032] (5)待1小時的測試結(jié)束后，記錄通電計時器累計的時間數(shù)據(jù)，停止并保存溫度采 集卡記錄的熱端和冷端的溫度數(shù)據(jù)。
[0033] (6)重復(fù)步驟(4)、（5)進行Ξ次測量。
[0034] (7)分析得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合變形后的傅立葉傳熱公式，計算的出樣品的有效熱導(dǎo) 率。
[0035] 總的說來，本實用新型具有如下優(yōu)點：
[0036] (1)利用經(jīng)修改的傅里葉傳熱公式計算有效熱導(dǎo)率，原理易懂，結(jié)構(gòu)簡單;通過主 加熱器、主加熱器溫度反饋熱電偶、控制主加熱器溫度的溫控儀，通電計時器等部件的連接 實現(xiàn)熱流密度的測定，成本較低。
[0037] (2)本實用新型能滿足不同截面形狀和尺寸的多孔金屬材料的測量。通過定制與 樣品截面相同的主加熱器，能夠?qū)崿F(xiàn)多各形樣品的測量，適用范圍廣。
[0038] (3)本實用新型的測試溫度范圍廣。通過改變主加熱器的設(shè)定溫度和功率，可W測 量從室溫到50(TC范圍的樣品的有效熱導(dǎo)率，所獲數(shù)據(jù)更為全面。
[0039] (4)實驗操作方便，測量快速。利用該測量方法和裝置，測量多孔金屬材料的有效 熱導(dǎo)率的實驗操作步驟較少，與一般的保護熱板法一次需幾個小時相比較，本實用新型測 量一次所需的時間一般在90分鐘。如果是連續(xù)測量多個溫度下的有效熱導(dǎo)率，能夠節(jié)省更 多的時間。
[0040] (5)設(shè)置錫錐紙，W均布熱量。錫錐紙的形狀和尺寸與對應(yīng)端面相同，即正好覆蓋 對應(yīng)端面，可減少測量誤差。
[0041] (6)溫控及計時單元、水冷單元、溫度采集單元均由現(xiàn)有的設(shè)備搭建，取材方便。
[0042] (7)采用溫度控制及時間累計的組合方式，實現(xiàn)保護熱板法中熱流密度的測量，具 有器材成本較低，電路連接簡單，搭建方便，測試速度較快等特點。
【附圖說明】
[0043] 圖1為本實用新型快速測定裝置的原理圖。
[0044] 圖2是溫控及計時單元的部分儀器連接的示意圖。其中，控制主加熱器溫度的溫控 儀12上的數(shù)字序號1-14為印刷在面板上的接口標號，與附圖中的零件標號無關(guān)，非重復(fù)標 號。
[0045] 圖3為通過實施例得到的有效熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)圖。
[0046] 其中，1為待測樣品，2為絕熱層，3為側(cè)面輔助加熱器，4為熱端溫度記錄熱電偶組， 5為底面輔助加熱器，6為底面輔助加熱器溫度反饋熱電偶，7為主加熱器溫度反饋熱電偶，8 為主加熱器，9為控制底面輔助加熱器溫度的溫控儀，10為可調(diào)變壓器，11為電氣連接示意 線，12為控制主加熱器溫度的溫控儀，13為電源，14為功率計，15為通電計時器，16為控制側(cè) 面輔助加熱器溫度的溫控儀，17為水累，18為水箱，19為側(cè)面輔助加熱器溫度反饋熱電，20 為水冷排，21為水路連接管，22為水冷頭，23為質(zhì)量塊，24為錫錐紙，25為冷端溫度記錄熱電 偶組。
【具體實施方式】
[0047] 下面來對本實用新型做進一步詳細的說明。
[004引一、測試原理：
[0049]由傅里葉定律可知，在一維穩(wěn)態(tài)傳熱的情況下，物體的有效熱導(dǎo)率ke可用W下公 式表示：
[(K)加 ]
[0051]其中：其中q為熱流密度，ΔΤ為物體測量時冷端與熱端的溫差，Η為測量樣品厚度， A為測量樣品的名義截面積，Q為單位時間傳輸熱量。
[0052]鑒于溫控儀的工作模式，是"通電-斷電-通斷-斷電"運樣的工作模式。因此，假設(shè) 當達到穩(wěn)態(tài)一維傳熱狀態(tài)后，在一次有效熱導(dǎo)率的測試中，溫控主加熱器溫度的溫控儀的 通電與斷電（也就是總的測試時間）為t。*，而其僅通電的時間為tam，主加熱器的加熱功率為 P，那么受溫控儀控制的加熱器的輸出熱量可W表示為：
[0化3]
[0054]結(jié)合W上兩式，即得到變形后的有效熱導(dǎo)率ke的表達式：
[0化5]
[0化6]二、實驗裝置搭建：
[0057] -種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速測定裝置包括4個單 元:保護熱板測試單元、溫控及計時單元、水冷單元、溫度采集單元。
[0058] 保護熱板測試單元包括:待測多孔金屬材料樣品、絕熱層、側(cè)面輔助加熱器、底面 輔助加熱器和主加熱器。待測樣品置于主加熱器之上，待測樣品的上、下兩個端面各放有一 張錫錐紙，絕熱層包裹住主加熱器的底部和主加熱器與待測樣品的四周。側(cè)面輔助加熱器 包裹住絕熱層的四周，底面輔助加熱器包裹住絕熱層的底面。
[0059] 溫控及計時單元包括:底面輔助加熱器溫度反饋熱電偶、主加熱器溫度反饋熱電 偶、控制底面輔助加熱器溫度的溫控儀、可調(diào)變壓器、控制主加熱器溫度的溫控儀、功率計、 通電計時器、控制側(cè)面輔助加熱器溫度的溫控儀、側(cè)面輔助加熱器溫度反饋熱電偶、電源。 其中電源、功率計、控制主加熱器溫度的溫控儀、可調(diào)變壓器串聯(lián)，通電計時器并聯(lián)入控制 主加熱器溫度的溫控儀的輸出口。
[0060] 水冷單元包括;水累、水箱、水冷排、水路連接管、水冷頭和質(zhì)量塊。水冷頭、水累、 水箱、水冷排、水冷頭通過水路連接管依次相接。水冷頭放置于待測樣品之上作為冷端，質(zhì) 量塊放在水冷頭之上。
[0061] 溫度采集單元包括:熱端溫度記錄熱電偶組、冷端溫度記錄熱電偶組和與它們分 別相連的溫度采集卡。熱端溫度記錄熱電偶組的探頭置于主加熱器和與主加熱器緊貼的錫 錐紙之間，冷端溫度記錄熱電偶組的探頭置于水冷頭和與水冷頭緊貼的錫錐紙之間。
[0062] 待測多孔金屬樣品放置于水冷頭和主加熱器之間，保護熱板測試單元和水冷單元 共同構(gòu)成通過待測樣品的穩(wěn)定一維熱流狀態(tài)。溫控及計時單元控制所有加熱器溫度、累計 主加熱器工作時間和顯示主加熱器工作功率，實現(xiàn)熱流的快速測定。
[0063] 本實用新型結(jié)合變形后的傅里葉公式，采用電源、功率計、控制主加熱器溫度的溫 控儀、可調(diào)變壓器串聯(lián)和通電計時器并聯(lián)入控制主加熱器溫度的溫控儀的輸出端相結(jié)合的 方式，控制主加熱器的溫度并完成熱流量的估算。
[0064] Ξ、操作方式：
[0065] 采用的待測樣品為蜂窩式不誘鋼纖維燒結(jié)拉，其直徑為50mm，厚度為7mm，孔隙率 為 80 %。
[0066] 主加熱器是直徑為50mm，高度為75mm的加熱銅柱。
[0067] 絕熱層為石英棉，側(cè)面輔助加熱器為加熱帶，纏繞在絕熱層側(cè)面，纏繞后總的直徑 為114mm，底面輔助加熱器為邊長為120mm的正方形侶加熱塊。
[0068] 主加熱器和待測樣品之間放有直徑為50mm的圓形錫錐紙。
[0069] 本實施例中所有熱電偶均采用直徑為0.5mm的線型K型熱電偶。熱端溫度記錄熱電 偶組共有3根熱電偶，穿過側(cè)面輔助加熱器和絕熱層，置于錫錐紙和主加熱器之間，呈120° 角均勻分布在主加熱器的l/^2半徑處。
[0070] 本例中的溫控儀均采用姚儀XMTD-608型溫控儀?？刂频酌孑o助加熱器溫度的溫控 儀的輸出端與底面輔助加熱器相連，底面輔助加熱器溫度反饋熱電偶置于底面輔助加熱器 上表面的中屯、?？刂苽?cè)面輔助加熱器溫度的溫控儀的輸出端與側(cè)面輔助加熱器相連，側(cè)面 輔助加熱器溫度反饋熱電偶置于側(cè)面輔助加熱器中部偏上的位置。功率計的輸出端連入控 制主加熱器溫度的溫控儀的輸入端，控制主加熱器溫度的溫控儀的輸出端連入可調(diào)變壓器 的輸入端，可調(diào)變壓器的輸出端與主加熱器相連，通電計時器并聯(lián)在控制主加熱器溫度的 溫控儀的輸出端，主加熱器溫度反饋熱電偶置于主加熱器上表面的中屯、。
[0071] 將水冷頭、水冷排、水箱、水累用水路連接管串聯(lián)起來備用。待測樣品的上端面放 有直徑為50mm的錫錐紙，冷端溫度記錄熱電偶組共有3根熱電偶，置于錫錐紙的上表面1/2 半徑處，也呈120°均勻分布。水冷頭放在錫錐紙上，壓住冷端溫度記錄熱電偶組，并將質(zhì)量 塊放在水冷頭上。
[0072] 本例中需測試樣品在150、200、250、300、350°(：條件下的有效熱導(dǎo)率，因此其操作 步驟為：
[0073] (1)調(diào)節(jié)控制主加熱器溫度的溫控儀的設(shè)定至150°C，調(diào)節(jié)控制底面輔助加熱器溫 度的溫控儀和控制側(cè)面輔助加熱器溫度的溫控儀的設(shè)定至130°C。調(diào)節(jié)可調(diào)變壓器，使主加 熱器的工作功率為60W。開啟水累，使水冷單元中的水循環(huán)起來。
[0074] (2)待控制主加熱器溫度的溫控儀的顯示溫度升至130°C時，調(diào)小可調(diào)變壓器，使 主加熱器在穩(wěn)定狀態(tài)下的工作功率在30W左右。
[0075] (3)等待控制主加熱器溫度的溫控儀的顯示溫度升至150°C之后10分鐘，啟動溫度 采集卡，監(jiān)測熱端、冷端的熱、冷端溫度記錄熱電偶組采集到的數(shù)據(jù)。讀取主加熱器的加熱 功率，清零通電計時器，開始溫度采集卡的溫度記錄，并開始計時，使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定工作 狀態(tài)保持1小時。在運1個小時內(nèi)，每lOmin記錄一次主加熱器的加熱功率。
[0076] (4)待1小時的測試結(jié)束后，記錄通電計時器累計的時間數(shù)據(jù)，停止并保存溫度采 集卡記錄的熱端和冷端的溫度數(shù)據(jù)。熱端溫度記錄熱電偶組的平均值作為熱端溫度，冷端 溫度記錄熱電偶組的平均值作為冷端溫度，通電計時器的累計時間作為主加熱器的加熱時 間，1個小時為總的測量時間，主加熱器工作時由功率計讀取的加熱功率作為主加熱器的實 際熱量輸出功率。該組數(shù)據(jù)用于計算樣品此次測試的有效熱導(dǎo)率。
[0077] (5)重復(fù)步驟（1)-(4)，在不同的測試溫度下，控制主加熱器溫度的溫控儀的設(shè)定 溫度需要調(diào)整到實驗需要的溫度值，控制底面輔助加熱器溫度的溫控儀和控制側(cè)面輔助加 熱器溫度的溫控儀的溫度始終比控制主加熱器溫度的溫控儀的設(shè)定溫度低20°C。并且在步 驟(2)中的主加熱器工作功率不同，當測試溫度定為200、250、300、350°C，其主加熱器在穩(wěn) 定狀態(tài)下的加熱功率分別為40、50、60、70W左右。
[0078] (6)移走質(zhì)量塊，拿開水冷頭，關(guān)閉電源，拿出待測樣品，帶系統(tǒng)冷卻后，再放入待 測樣品，重復(fù)步驟(1)-(6)Ξ次。
[0079] (7)分析得到的數(shù)據(jù)，利用經(jīng)修改的傅立葉傳熱公式，計算的出待測樣品的有效熱 導(dǎo)率。
[0080] 圖3為本實施例測試得到的有效熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)。
[0081] 上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述 實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速測定裝置，其特征在 于:包括 -位于待測樣品的熱端的保護熱板測試單元， -與保護熱板測試單元相接的溫控及計時單元， -位于待測樣品的冷端的水冷單元， -采集待測樣品的冷端和熱端溫度的溫度采集單元； 保護熱板測試單元包括主加熱器、絕熱層、側(cè)面輔助加熱器、底面輔助加熱器；水冷單 兀包括水冷頭； 水冷頭覆蓋待測樣品的上端面，主加熱器覆蓋待測樣品的下端面，絕熱層將待測樣品 的側(cè)面和主加熱器包裹，側(cè)面輔助加熱器覆蓋絕熱層的側(cè)面，底面輔助加熱器覆蓋絕熱層 的下端面。2. 按照權(quán)利要求1所述的一種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速 測定裝置，其特征在于:所述水冷單元包括水栗、水箱、水冷排、質(zhì)量塊;水冷頭、水栗、水箱、 水冷排依次通過水路連接管相接，水冷排再與水冷頭通過水路連接管相接;質(zhì)量塊位于水 冷頭的上端面。3. 按照權(quán)利要求1所述的一種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速 測定裝置，其特征在于:所述溫控及計時單元包括底面輔助加熱器溫度反饋熱電偶、側(cè)面輔 助加熱器溫度反饋熱電偶、主加熱器溫度反饋熱電偶、控制底面輔助加熱器溫度的溫控儀、 控制側(cè)面輔助加熱器溫度的溫控儀、控制主加熱器溫度的溫控儀、電源、功率計、通電計時 器、可調(diào)變壓器；電源、功率計、控制主加熱器溫度的溫控儀、可調(diào)變壓器依次串接，通電計 時器并聯(lián)接入控制主加熱器溫度的溫控儀的輸出口； 主加熱器溫度反饋熱電偶與控制主加熱器溫度的溫控儀相接； 側(cè)面輔助加熱器溫度反饋熱電偶與控制側(cè)面輔助加熱器溫度的溫控儀相接，控制側(cè)面 輔助加熱器溫度的溫控儀與電源相接； 底面輔助加熱器溫度反饋熱電偶與控制底面輔助加熱器溫度的溫控儀相接，控制底面 輔助加熱器溫度的溫控儀與電源相接。4. 按照權(quán)利要求3所述的一種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速 測定裝置，其特征在于:所述底面輔助加熱器溫度反饋熱電偶位于絕熱層和底面輔助加熱 器之間，側(cè)面輔助加熱器溫度反饋熱電偶位于絕熱層和側(cè)面輔助加熱器之間，主加熱器溫 度反饋熱電偶位于主加熱器的上端面。5. 按照權(quán)利要求1所述的一種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速 測定裝置，其特征在于:所述溫度采集單元包括 -測量待測樣品的熱端溫度的熱端溫度記錄熱電偶組， -測量待測樣品的冷端溫度的冷端溫度記錄熱電偶組， -與熱端溫度記錄熱電偶組和冷端溫度記錄熱電偶組分別連接的溫度采集卡。6. 按照權(quán)利要求1所述的一種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速 測定裝置，其特征在于:所述水冷頭和待測樣品之間設(shè)有錫箱紙，該錫箱紙的形狀和大小與 待測樣品的上端面相同；待測樣品和主加熱器之間設(shè)有錫箱紙，該錫箱紙的形狀和大小與 待測樣品的下端面、主加熱器的上端面均相同。7. 按照權(quán)利要求1所述的一種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速 測定裝置，其特征在于:所述絕熱層的材料為適應(yīng)待測樣品各種截面和側(cè)面形狀的柔性絕 熱材料。8. 按照權(quán)利要求5所述的一種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速 測定裝置，其特征在于:所述熱端溫度記錄熱電偶組和冷端溫度記錄熱電偶組均采用線型 0.5mmK型熱電偶;水冷頭和待測樣品之間設(shè)有錫箱紙，冷端溫度記錄熱電偶組位于該錫箱 紙的上端面;待測樣品和主加熱器之間設(shè)有錫箱紙，熱端溫度記錄熱電偶組位于該錫箱紙 的下端面。9. 按照權(quán)利要求3所述的一種基于保護熱板法的用于多孔金屬材料有效熱導(dǎo)率的快速 測定裝置，其特征在于:所述溫控及計時單元中，功率計的輸出端連入控制主加熱器溫度的 溫控儀的輸入端，控制主加熱器溫度的溫控儀的輸出端連入可調(diào)變壓器的輸入端，可調(diào)變 壓器的輸出端與主加熱器相連，通電計時器并聯(lián)在控制主加熱器溫度的溫控儀的輸出端， 主加熱器溫度反饋熱電偶置于主加熱器的上端面的中心。
【文檔編號】G01N25/20GK205620336SQ201620255524
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】萬珍平, 鄧俊
【申請人】華南理工大學(xué)