专利名称：材料导热系数测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种材料导热系数测量装置，特别涉及一种用探针测量 材料导热系数的测量装置。
背景技术：
目前材料导热系数测量采用一种热线法测量仪，而现有的热线法测量仪 主要存在以下问题(1)测量范围较窄，只能测定气体或者液体等单一的物 质材料；(2)操作复杂，可重复性差，准确性不能保证。
发明内容
本实用新型是针对现有热线法测量仪测量范围窄、操作复杂的问题，提 出了一种用探针测量的材料导热系数测量装置，通过利用探针的加热和测温， 并将其数据传输到计算机，并通过在计算机内设定好的程序可以实时显示出 材料的导热系数，测量范围广，数据精确，依靠计算机降低操作复杂性。
本实用新型的基本原理当用加热丝加热无限大的物体时，线热源可以 看成是无数点热源组成，并且每个点热源以恒定功率持续放热。那么经过一 段时间，由于热传导，在具有常物性的介质中离线热源距离为r处的温升为
其中 —
w =-;-r
式中Q :线热源单位长度的功率(w/m); 入导热系数(w/m.K); a :热扩散系数(m2/s); t, t0:时间，初始时间； P :密度(kg/m3);
Cp :比热(J/kg 。C) 通过对上式的整理和变形后，当探针的直径足够小或测试时间足够长的话， 那么上式可以变形为
<formula>formula see original document page 4</formula>
此式就是用探针测量材料导热系数时所依据的原理等式。 根据我们所设计的装置的加热丝的特点，只要待测材料的尺寸大于
1.905腿(电加热丝的直径是0.0762讓，夷卩么0.0762mmx25-1.905mw)，即待测
材料可以看成是无限大的物体。
基于上述热线源理论原理，本实用新型的技术方案为 一种材料导热系 数测量装置，其特点是，它包括探针、微机处理系统和稳压电源，所述探针 包括电加热丝、探针管和热电偶，热电偶和加热丝置于探针管的内部，插入 被测材料测量材料的温度的探针将温度信号输入微机处理系统内，由微机处 理系统处理、变换和显示；稳压电源给所述探针中的电热丝提供恒定电压使 加热功率恒定，稳压电源的电压范围值由微机处理系统控制。
所述探针长度和外径的比值大于25，所述加热丝采用电阻随温度变化小 的康铜，在所述的康铜丝表面涂聚四氟乙烯绝缘层，所述的电加热丝对折后 插进探针管中，长度跟探针管一致。所述热电偶采用T型铜一康铜绝缘热电 偶，热电偶的测温点布置在探针管中间的小孔内，探针管中间填入绝缘的导 热硅胶。本实用新型的有益效果在于本实用新型提高了热线法的测量应用范围， 可以插入探针的物质均可使用探针法，无论固体、液体、气体均可；探针经 过特殊处理后可以保证测定时的可重复性和准确性；由于是使用计算机直接 显示测定结果，只需将探针插入待测材料即可经过电脑自动的运算程序，即 可在电脑上看出结果，因此具有测量方便、精度高的特点。
图1是本实用新型材料导热系数测量装置的原理示意图；具体实施方式
材料导热系数测量装置如图1所示，包括探针、微机处理系统和稳压电 源三部分。探针的主要作用是插入被测材料对其加热并测定材料的温度；探 针包括电加热丝3、探针管4和热电偶5，热电偶5和电加热丝3置于探针管 4的内部，测量时将探针测得的温度信号，通过与微机处理系统1相连接的数 据采集板将数据输入微机处理系统1。微机处理系统1的主要作用是对整个测 试系统进行控制，即采集探针测定的温度、对温度数据进行处理、控制稳压 电源2的电压。稳压电源2的作用是为加热丝提供恒定的电压，以使加热丝 在加热时，加热功率恒定。
选取探针长度是53mm，外径是0. 7ram，它的长径比是75. 7，使比值远远 大于25，很好地满足Blackwell的条件(长径比必须大于25)。加热丝3采 用电阻随温度变化小的康铜(直径0. 0762mm)，加热丝3对折后插进探针管4 中，长度跟探针管4 一致，加热丝3表面涂有聚四氟乙烯绝缘层；热电偶5 采用T型铜一康铜绝缘热电偶(直径0. 0762 mm)，热电偶5的测温点布置在 探针管4中间的小孔内，并不从小孔中引出，探针管4中间填入绝缘的导热 硅胶，探针管根部固定在绝缘板上。利用热线法的原理通过测量探针在不同时刻的温升，得到温升随时间对 数的斜率，将其带入根据热线法计算后所化简的公式当中，再根据探针的加 热功率就可以计算出材料的导热系数。所有计算模式在微机处理系统中设置 好，通过得到温度-时间曲线结合加热功率可以很快的计算出材料到导热系数。 本测量装置的特点是测量使用方便，适用温度范围宽，可以测量冻结材料， 适用材料广，精度高。
权利要求1、一种材料导热系数测量装置，其特征在于，包括探针、微机处理系统和稳压电源，所述探针包括电加热丝、探针管和热电偶，热电偶和加热丝置于探针管的内部，插入被测材料测量材料的温度的探针将温度电势信号进入微机处理系统内，由微机处理系统处理、变换和显示；稳压电源给所述探针中的电热丝提供恒定电压使加热功率恒定，稳压电源的电压范围值由微机处理系统控制。
2、 根据权利要求l所述材料导热系数测量装置，其特征在于，所述探针长度 和外径的比值大于25。
3、 根据权利要求l所述材料导热系数测量装置，其特征在于，所述用于探针 的电加热丝采用康铜丝，在所述的康铜丝表面涂聚四氟乙烯绝缘层，所述的 电加热丝对折后插进探针管中，长度跟探针管一致。
4、 根据权利要求l所述材料导热系数测量装置，其特征在于，所述热电偶采 用T型铜一康铜绝缘热电偶，热电偶的测温点布置在探针管中间的小孔内， 探针管中间填入绝缘的导热硅胶。
专利摘要本实用新型公开了一种基于线热源原理的材料导热系数测量装置，特点是它包括探针、微机处理系统和稳压电源，探针包括电加热丝、探针管和热电偶，热电偶和加热丝置于探针管的内部，插入被测材料测量材料的探针将温度电势信号送入微机处理系统内，进行处理、变换和显示；稳压电源给电加热丝提供恒定电压使加热功率恒定，其电压范围值由微机处理系统控制。本实用新型提高了热线法的测量应用范围，是凡可以插入探针的物质均可使用探针来测量，探针经过处理后可以保证测定时的可重复性和准确性；由于使用计算机直接显示测定结果，只需将探针插入待测材料即可经过电脑自动的运算程序，即可在电脑上看出结果，因此具有测量方便、精度高的特点。
文档编号G01N25/18GK201222042SQ20082015056
公开日2009年4月15日 申请日期2008年7月7日 优先权日2008年7月7日
发明者刘建峰, 周国燕, 今 张, 李红卫, 刚 王, 王巍悦, 胡琪玮, 郭堂鹏, 黄国纲 申请人:上海理工大学
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