專利名稱:基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，包括用于提供真空環(huán)境的制冷系統(tǒng)，安裝在所述制冷系統(tǒng)上方、且用于在制冷系統(tǒng)提供的真空環(huán)境中測(cè)試試件在靜、動(dòng)態(tài)加載響應(yīng)時(shí)接觸面間的接觸熱阻的測(cè)試系統(tǒng)，以及分別與所述制冷系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)連接、且用于實(shí)時(shí)采集制冷系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)按預(yù)設(shè)目標(biāo)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行控制的控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)。本實(shí)用新型所述基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度低和適用范圍小等缺陷，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高和適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及超導(dǎo)材料測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)已有的文獻(xiàn)調(diào)研可知，截止目前，國(guó)內(nèi)外接觸熱阻的測(cè)量大都是通過測(cè)量樣品和熱流計(jì)的溫度推導(dǎo)出接觸熱阻。主要測(cè)試系統(tǒng)有，徐烈等在低溫工程1999年第4期發(fā)表的《雙熱流發(fā)測(cè)定低溫真空下固體界面的接觸熱阻》；饒榮水在工業(yè)加熱2003年第2期發(fā)表的《固體表面之間接觸熱阻的辨識(shí)研宄》；V.V.Rao等在Measurement Scienceand Technology.2004 年第 15 期上發(fā)表的《Instrumentat1n to measure thermalcontact resistance》；侯衛(wèi)國(guó)，張衛(wèi)方等.接觸熱阻測(cè)試方法及測(cè)試設(shè)備.授權(quán)號(hào):ZL201010229963.0。以前的實(shí)驗(yàn)設(shè)備大都存在如下問題，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度不高，由于施力裝置的引入破壞了測(cè)試系統(tǒng)的真空度，最為嚴(yán)重的問題在于，測(cè)試溫區(qū)主要是集中在液氮77K以上，同時(shí)，不能測(cè)試接觸面間在動(dòng)態(tài)加載響應(yīng)時(shí)的接觸熱阻。
[0003]近年來，固體與接觸固體之間的接觸熱阻問題一直是傳熱學(xué)界所重點(diǎn)關(guān)注的問題之一，直接關(guān)系到固體與接觸固體結(jié)構(gòu)的功能性設(shè)計(jì)。特別是對(duì)于工作在低溫、真空環(huán)境或微重力環(huán)境下的固-固接觸器件，由于對(duì)流換熱機(jī)制作用很小，甚至沒有作用，熱傳導(dǎo)與熱輻射成為這類器件之間熱交換的主要方式。因此，如何有效的預(yù)測(cè)固體與接觸固體之間的接觸熱阻，不論是從國(guó)家需求還是科學(xué)前沿都具有重要的意義。
[0004]超磁致伸縮材料是智能材料的一種，其最鮮明的特征是在低溫下，特別是液氦溫區(qū)具有大的磁滯伸縮量。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，單晶的TbDy合金在77K磁滯伸縮應(yīng)變?yōu)?300ppm，10K溫度下可達(dá)8800ppm，4.2K溫度環(huán)境中可產(chǎn)生接近9000ppm的磁滯伸縮應(yīng)變。因此，超磁滯伸縮材料在制作低溫制動(dòng)器、低溫閥門及低溫定位器等有良好的應(yīng)用價(jià)值。
[0005]在實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度低和適用范圍小等缺陷。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于，針對(duì)上述問題，提出基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高和適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，包括用于提供真空環(huán)境的制冷系統(tǒng)，安裝在所述制冷系統(tǒng)上方、且用于在制冷系統(tǒng)提供的真空環(huán)境中測(cè)試試件在靜、動(dòng)態(tài)加載響應(yīng)時(shí)接觸面間的接觸熱阻的測(cè)試系統(tǒng)，以及分別與所述制冷系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)連接、且用于實(shí)時(shí)采集制冷系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)按預(yù)設(shè)目標(biāo)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行控制的控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)。
[0008]進(jìn)一步地，所述測(cè)試系統(tǒng)，包括真空容器，豎直對(duì)稱設(shè)置在所述真空容器內(nèi)部的一對(duì)螺桿，水平可拆卸式安裝在所述一對(duì)螺桿頂部之間的定位板，自上向下依次配合安裝在所述一對(duì)螺桿和定位桿構(gòu)成的空間內(nèi)的力傳感器、上部加熱及支撐組件、試件和下部加熱及支撐組件，以及設(shè)置位于所述一對(duì)螺桿和定位桿構(gòu)成的空間內(nèi)、且豎向安裝在試件的一側(cè)的熱電偶；
[0009]所述一對(duì)螺桿的底部，與制冷系統(tǒng)可拆卸式連接；所述力傳感器和熱電偶，分別與控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)連接。
[0010]進(jìn)一步地，所述測(cè)試系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述一對(duì)螺桿和定位桿構(gòu)成的空間內(nèi)的防輻射屏。
[0011]進(jìn)一步地，所述上部加熱及支撐組件，包括依次安裝在所述力傳感器和試件之間的上加熱絲、上支撐塊和上熱流計(jì)；所述上支撐塊具體為圓柱體，加熱絲繞于其上；
[0012]和/ 或，
[0013]所述下部加熱及支撐組件，包括自上向下依次安裝在所述試件下方的下熱流計(jì)、超磁致伸縮棒材、下支撐塊和下加熱絲，安裝在所述超磁致伸縮棒材遠(yuǎn)離熱電偶一側(cè)的環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈，安裝在所述超磁致伸縮棒材靠近熱電偶一側(cè)的溫度傳感器，以及分別安裝在所述環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈遠(yuǎn)離超磁致伸縮棒材的一側(cè)和環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈遠(yuǎn)離超磁致伸縮棒材的一側(cè)的一對(duì)環(huán)形常導(dǎo)體線圈；所述熱電偶的一端與上加熱絲連接、另一端與溫度傳感器連接；
[0014]和/ 或，
[0015]所述試件，包括依次安裝在所述上熱流計(jì)和下熱流計(jì)之間的上試件和下試件。
[0016]進(jìn)一步地，所述制冷系統(tǒng)，包括配合安裝在所述測(cè)試系統(tǒng)下方的制冷機(jī)構(gòu)，安裝在所述制冷機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)一側(cè)的分子泵，安裝在所述分子泵遠(yuǎn)離制冷機(jī)構(gòu)一側(cè)的渦旋泵，以及配合安裝在所述分子泵與渦旋泵之間的波紋管。
[0017]進(jìn)一步地，所述制冷機(jī)構(gòu)，包括底座，安裝在所述底座下方的GM制冷機(jī)，以及，安裝在所述底座上方、且自下向上依次安裝在所述GM制冷機(jī)與測(cè)試系統(tǒng)之間的GM制冷機(jī)二級(jí)冷頭和GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭。
[0018]進(jìn)一步地，所述制冷機(jī)構(gòu)，還包括分別與所述GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭和GM制冷機(jī)二級(jí)冷頭配合設(shè)置的第一殼體與第二殼體，以及自上向下依次穿過第一殼體和第二殼體、并分別與所述測(cè)試系統(tǒng)和控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)連接的二流引線；
[0019]所述第一殼體與第二殼體之間，通過配合設(shè)置的第一密封螺栓和第一密封圈密封安裝；在所述第一殼體遠(yuǎn)離分子泵的一側(cè)設(shè)有引線輸出端，在引線輸出端安裝有密封引線接頭，所述二流引線穿過密封引線接頭連接至控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)；第二殼體與底座之間，通過配合設(shè)置的第二密封螺栓和第二密封圈密封安裝；所述第二殼體靠近分子泵一側(cè)的輸出端與分子泵配合安裝。
[0020]進(jìn)一步地，所述控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)，包括分別與所述測(cè)試系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)連接的力顯示器、溫度顯示器、勵(lì)磁電源和加熱電源，以及通過RS232通信線路分別與所述力顯示器、溫度顯示器、勵(lì)磁電源和加熱電源連接的電腦。
[0021]進(jìn)一步地，在所述內(nèi)部的環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈與環(huán)形常導(dǎo)體線圈的連接線之間，還設(shè)有切換開關(guān)。
[0022]本實(shí)用新型各實(shí)施例的基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，由于包括用于提供真空環(huán)境的制冷系統(tǒng)，安裝在制冷系統(tǒng)上方、且用于在制冷系統(tǒng)提供的真空環(huán)境中測(cè)試試件在靜、動(dòng)態(tài)加載響應(yīng)時(shí)接觸面間的接觸熱阻的測(cè)試系統(tǒng)，以及分別與制冷系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)連接、且用于實(shí)時(shí)采集制冷系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)按預(yù)設(shè)目標(biāo)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行控制的控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)；可以測(cè)試接觸面間在動(dòng)態(tài)加載響應(yīng)時(shí)的接觸熱阻；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度低和適用范圍小的缺陷，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高和適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
[0023]本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本實(shí)用新型而了解。
[0024]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【附圖說明】

[0025]附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。在附圖中:
[0026]圖1為本實(shí)用新型基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本實(shí)用新型基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置中測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本實(shí)用新型基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置中制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]結(jié)合附圖，本實(shí)用新型實(shí)施例中附圖標(biāo)記如下:
[0030]1-力傳感器；2_上加熱絲；3_上支撐塊；4_上熱流計(jì)；5_上試件；6_下試件；7-下熱流計(jì)；8_環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈；9_下支撐塊；10_下加熱絲；11-GM制冷機(jī)二級(jí)冷頭；14-GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭；12、20_密封螺栓；13、19-密封圈；15_分子泵；16_波紋管；17_渦旋泵；18-GM制冷機(jī)；21_密封引線接頭；22_ 二流引線；23_溫度傳感器；24_環(huán)形常導(dǎo)體線圈；25_超磁致伸縮棒材；26_防輻射屏；27_熱電偶；28_真空容器；29_定位板；30_螺桿；31-底座；32_切換開關(guān)。

【具體實(shí)施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0032]根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，如圖1、圖2和圖3所示，提供了一種基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置。
[0033]本實(shí)用新型的技術(shù)方案，基于超磁滯伸縮智能材料，結(jié)合經(jīng)濟(jì)、方便、可靠性高的GM制冷機(jī)，以及高溫超導(dǎo)帶材線圈，提出一套測(cè)試溫度范圍更廣、準(zhǔn)確、高效、系統(tǒng)集成度更高、操作簡(jiǎn)單的真空接觸熱阻測(cè)試裝置即基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置。同時(shí)，該基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置還可以對(duì)動(dòng)態(tài)加載下接觸表面之間接觸熱阻的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，該基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置的成功研發(fā)，將顯著提升學(xué)術(shù)界對(duì)接觸熱阻進(jìn)行全面、深入的研宄能力。
[0034]鑒于以上的考慮，本 申請(qǐng)人:設(shè)計(jì)一種新型的固體界面真空接觸熱阻測(cè)試裝置即基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，該基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置原理簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、集成度高、操作簡(jiǎn)單，測(cè)試溫度最低可達(dá)到4.2K，同時(shí)可以測(cè)試接觸面間在動(dòng)態(tài)加載響應(yīng)時(shí)的接觸熱阻，主要原理圖如圖1。
[0035]本實(shí)施例的基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，包括用于提供真空環(huán)境的制冷系統(tǒng)，安裝在制冷系統(tǒng)上方、且用于在制冷系統(tǒng)提供的真空環(huán)境中測(cè)試試件在靜、動(dòng)態(tài)加載響應(yīng)時(shí)接觸面間的接觸熱阻的測(cè)試系統(tǒng)，以及分別與制冷系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)連接、且用于實(shí)時(shí)采集制冷系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)按預(yù)設(shè)目標(biāo)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行控制的控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)。
[0036]其中，上述測(cè)試系統(tǒng)，包括真空容器(如真空容器28)，豎直對(duì)稱設(shè)置在真空容器內(nèi)部的一對(duì)螺桿(如其中一個(gè)螺桿30)，水平可拆卸式安裝在一對(duì)螺桿頂部之間的定位板(如定位板29)，自上向下依次配合安裝在一對(duì)螺桿和定位桿構(gòu)成的空間內(nèi)的力傳感器(如力傳感器I)、上部加熱及支撐組件、試件和下部加熱及支撐組件，以及設(shè)置位于一對(duì)螺桿和定位桿構(gòu)成的空間內(nèi)、且豎向安裝在試件的一側(cè)的熱電偶(如熱電偶27);—對(duì)螺桿的底部，與制冷系統(tǒng)可拆卸式連接；力傳感器和熱電偶，分別與控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)連接。測(cè)試系統(tǒng)，還包括設(shè)置在一對(duì)螺桿和定位桿構(gòu)成的空間內(nèi)的防輻射屏(如防輻射屏26);防輻射屏具體安裝在GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭的法蘭上面，S卩，圖1所示位置法蘭上面。。
[0037]這里，上部加熱及支撐組件，包括依次安裝在力傳感器和試件之間的上加熱絲(如上加熱絲2)、上支撐塊(如上支撐塊3)和上熱流計(jì)(如上熱流計(jì)4);上支撐塊具體為圓柱體，加熱絲繞于其上；和/或，下部加熱及支撐組件，包括自上向下依次安裝在試件下方的下熱流計(jì)(如下熱流計(jì)7)、超磁致伸縮棒材(如超磁致伸縮棒材25)、下支撐塊(如下支撐塊9)和下加熱絲(如下加熱絲10)，安裝在超磁致伸縮棒材遠(yuǎn)離熱電偶一側(cè)的環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈(如環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈8)，安裝在超磁致伸縮棒材靠近熱電偶一側(cè)的溫度傳感器(如溫度傳感器23)，以及分別安裝在環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈遠(yuǎn)離超磁致伸縮棒材的一側(cè)和環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈遠(yuǎn)離超磁致伸縮棒材的一側(cè)的一對(duì)環(huán)形常導(dǎo)體線圈(如其中一個(gè)環(huán)形常導(dǎo)體線圈24);熱電偶的一端與上加熱絲連接、另一端與溫度傳感器連接；和/或，試件，包括依次安裝在上熱流計(jì)和下熱流計(jì)之間的上試件(如上試件5)和下試件(如下試件6)。
[0038]上述制冷系統(tǒng)，包括配合安裝在測(cè)試系統(tǒng)下方的制冷機(jī)構(gòu)，安裝在制冷機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)一側(cè)的分子泵(如分子泵15)，安裝在分子泵遠(yuǎn)離制冷機(jī)構(gòu)一側(cè)的渦旋泵(如渦旋泵17)，以及配合安裝在分子泵與渦旋泵之間的波紋管(如波紋管16)。
[0039]這里，制冷機(jī)構(gòu)，包括底座(如底座31)，安裝在底座下方的GM制冷機(jī)(如GM制冷機(jī)18)，以及，安裝在底座上方、且自下向上依次安裝在GM制冷機(jī)與測(cè)試系統(tǒng)之間的GM制冷機(jī)二級(jí)冷頭(如GM制冷機(jī)二級(jí)冷頭11)和GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭(如GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭14)。制冷機(jī)構(gòu)，還包括分別與GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭和GM制冷機(jī)二級(jí)冷頭配合設(shè)置的第一殼體與第二殼體，以及自上向下依次穿過第一殼體和第二殼體、并分別與測(cè)試系統(tǒng)和監(jiān)視及控制系統(tǒng)控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)連接的二流引線(如二流引線22，二流引線分別與監(jiān)視及控制系統(tǒng)控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)中的勵(lì)磁電源連接);第一殼體與第二殼體之間，通過配合設(shè)置的第一密封螺栓(如密封螺栓12)和第一密封圈密封(如密封圈13)安裝；在第一殼體遠(yuǎn)離分子泵的一側(cè)設(shè)有引線輸出端，在引線輸出端安裝有密封引線接頭(如密封引線接頭21)，二流引線穿過密封引線接頭連接至監(jiān)視及控制系統(tǒng)控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)；第二殼體與底座之間，通過配合設(shè)置的第二密封螺栓(如密封螺栓20)和第二密封圈(如密封圈19)密封安裝；第二殼體靠近分子泵一側(cè)的輸出端與分子泵配合安裝。加熱電源只是為加熱絲供電，切換開關(guān)是用于切換，勵(lì)磁電源給超導(dǎo)線圈與常導(dǎo)體線圈供電的。
[0040]上述控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)，包括分別與測(cè)試系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)連接的力顯示器、溫度顯示器、勵(lì)磁電源和加熱電源，以及通過RS232通信線路分別與力顯示器、溫度顯示器、勵(lì)磁電源和加熱電源連接的電腦。在內(nèi)部的環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈與環(huán)形常導(dǎo)體線圈的連接線(即二流引線22)之間，還設(shè)有切換開關(guān)(如切換開關(guān)32)。
[0041]在本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置主要由控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成。其中，控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng):主要是采集相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如測(cè)試點(diǎn)的溫度、對(duì)樣品的作用力，反饋給控制部分從而通過PID自動(dòng)控制勵(lì)磁電源的電流強(qiáng)度，調(diào)節(jié)高溫超導(dǎo)線圈或者環(huán)形常導(dǎo)體線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度，達(dá)到控制超磁致伸縮棒材的伸縮量，最終改變接觸面間的作用壓力大小。
[0042]測(cè)試系統(tǒng):工作在由真空裝置提供的完整的真空環(huán)境中，測(cè)試樣品安裝在由絲杠、定位板組成的裝夾機(jī)構(gòu)中，接觸面間的作用力由下端的超磁致伸縮棒材的伸長(zhǎng)量來調(diào)節(jié)，力的大小由頂部的力傳感器采集，樣品、熱流計(jì)包括超導(dǎo)線圈及冷頭的溫度變化由均勻分布在其上的熱電偶采集，整個(gè)測(cè)試部分由防輻射屏包裹，避免與真空容器壁進(jìn)行輻射換熱，勵(lì)磁線圈分為高溫超導(dǎo)帶材線圈和環(huán)形常導(dǎo)體線圈，高溫超導(dǎo)體線圈的電流引線由二流引線引入，目的是盡量減少外部熱量由導(dǎo)線的導(dǎo)入，最終確保測(cè)試系統(tǒng)可以達(dá)到4.2K的低溫環(huán)境(因?yàn)镚M制冷機(jī)4.2K時(shí)，制冷量?jī)H為1.5W)，同時(shí)，低溫段(4.2K-90K)測(cè)試時(shí)超磁致伸縮棒材的驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)由高溫超導(dǎo)體線圈提供，因超導(dǎo)體工作在臨界溫度90K以下時(shí)，無電阻所以沒有焦耳熱產(chǎn)生，進(jìn)一步保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)測(cè)試溫度高超過90K時(shí)，高溫超導(dǎo)線圈將超過其臨界溫度，不在具有超導(dǎo)性質(zhì)，所以，此時(shí)采用環(huán)形常導(dǎo)體線圈，由于環(huán)形常導(dǎo)體線圈完全與測(cè)試樣品及冷頭分離，不會(huì)直接將大量的焦耳熱量傳導(dǎo)給測(cè)試部件，加之隨著溫度的升高GM制冷機(jī)的冷量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1.5W，所以由環(huán)形常導(dǎo)體線圈產(chǎn)生的焦耳熱不會(huì)影響到測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性。測(cè)試系統(tǒng)的所有引線均采用密封插座的方式與外部鏈接確保測(cè)試系統(tǒng)的真空度。
[0043]制冷系統(tǒng):主要由GM制冷機(jī)和抽真空機(jī)組成，GM制冷機(jī)冷頭數(shù)量為兩個(gè)，二級(jí)兩頭冷量4.2K時(shí)為1.5W。真空機(jī)組由渦旋泵和分子泵組成，可以抽到的極限真空度為10-4Pao
[0044]整個(gè)測(cè)試過程:首先，打開真空容器蓋，按照如圖所示將測(cè)試樣品及熱流計(jì)安裝在固定架上，布置好熱電偶，調(diào)節(jié)絲杠的位置使力傳感器的力剛好為0，封閉真空容器。接著，打開抽真空機(jī)組，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)抽真空，等到真空度達(dá)到10-2Pa量級(jí)時(shí)，打開GM制冷機(jī)對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行冷卻。開啟控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)，等到樣品溫度達(dá)到測(cè)定溫度并穩(wěn)定時(shí)，開啟勵(lì)磁電源，調(diào)節(jié)電流的大小，使接觸面間達(dá)到需要的測(cè)試壓力值，穩(wěn)定后開啟加熱絲工作，采集熱流計(jì)和測(cè)試樣品上各點(diǎn)的溫度值，采用雙熱流法測(cè)定計(jì)算出接觸面間的接觸熱阻。重復(fù)以上步驟，完成不同溫度，不同壓力下接觸面間接觸熱阻的測(cè)試。如果，需要測(cè)試動(dòng)態(tài)響應(yīng)下接觸面間的接觸熱阻，只需要將勵(lì)磁電源的電流輸入信號(hào)，由前面穩(wěn)定的值，變?yōu)閯?dòng)態(tài)的值，如正弦型號(hào)、方波。同時(shí)，由于實(shí)際工程中兩固體表面之間，往往會(huì)因外界的擾動(dòng)處在振動(dòng)的狀態(tài)下，所以可以考慮接觸面熱阻在高頻振動(dòng)下的響應(yīng)問題，其它測(cè)試條件不變。當(dāng)測(cè)試完成后，關(guān)閉相應(yīng)的儀器電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備，結(jié)束整個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。
[0045]測(cè)試時(shí)，所用設(shè)備包括:GM制冷機(jī)I臺(tái)，真空機(jī)組I套，溫度采集儀I個(gè)，力顯示儀I個(gè)，加熱絲2組，超磁致伸縮棒材I個(gè)，高溫超導(dǎo)線圈I個(gè)，環(huán)形常導(dǎo)體線圈I個(gè)，勵(lì)磁電源I個(gè)，加熱電源I個(gè)，低溫密封容器I個(gè)，樣品若干，溫度傳感器若干，熱電偶若干，真空系統(tǒng)I套等(詳見圖1)。
[0046]本實(shí)用新型的技術(shù)方案，采用GM制冷機(jī)代替液氮或液氦作為冷媒；采用超導(dǎo)線圈和常導(dǎo)線圈兩種勵(lì)磁方式驅(qū)動(dòng)超磁致伸縮棒材的力加載裝置；模擬高頻動(dòng)態(tài)加載情況下接觸面間的熱阻；利用本實(shí)用新型技術(shù)方案的原理可以制造一種動(dòng)態(tài)可控的熱流密度調(diào)節(jié)開關(guān)或者溫度調(diào)節(jié)開關(guān)。
[0047]通過本實(shí)用新型的技術(shù)方案，可以較為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)超低溫(4.2K)至高溫區(qū)，固體與固體表面間接觸熱阻的性能測(cè)試。同時(shí)，該設(shè)備的原理也可以應(yīng)用到實(shí)際工程中，通過勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)超磁致伸縮材料伸縮變形，來達(dá)到改變固體與固體接觸表面間的接觸應(yīng)力，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸熱阻的動(dòng)態(tài)控制，從而來滿足實(shí)際應(yīng)用需求。
[0048]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，包括用于提供真空環(huán)境的制冷系統(tǒng)，安裝在所述制冷系統(tǒng)上方、且用于在制冷系統(tǒng)提供的真空環(huán)境中測(cè)試試件在靜、動(dòng)態(tài)加載響應(yīng)時(shí)接觸面間的接觸熱阻的測(cè)試系統(tǒng)，以及分別與所述制冷系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)連接、且用于實(shí)時(shí)采集制冷系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)按預(yù)設(shè)目標(biāo)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行控制的控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述測(cè)試系統(tǒng)，包括真空容器，豎直對(duì)稱設(shè)置在所述真空容器內(nèi)部的一對(duì)螺桿，水平可拆卸式安裝在所述一對(duì)螺桿頂部之間的定位板，自上向下依次配合安裝在所述一對(duì)螺桿和定位桿構(gòu)成的空間內(nèi)的力傳感器、上部加熱及支撐組件、試件和下部加熱及支撐組件，以及設(shè)置位于所述一對(duì)螺桿和定位桿構(gòu)成的空間內(nèi)、且豎向安裝在試件的一側(cè)的熱電偶; 所述一對(duì)螺桿的底部，與制冷系統(tǒng)可拆卸式連接；所述力傳感器和熱電偶，分別與監(jiān)視及控制系統(tǒng)控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述測(cè)試系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述一對(duì)螺桿和定位桿構(gòu)成的空間內(nèi)的防輻射屏。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述上部加熱及支撐組件，包括依次安裝在所述力傳感器和試件之間的上加熱絲、上支撐塊和上熱流計(jì)；所述上支撐塊具體為圓柱體，加熱絲繞于其上； 和/或， 所述下部加熱及支撐組件，包括自上向下依次安裝在所述試件下方的下熱流計(jì)、超磁致伸縮棒材、下支撐塊和下加熱絲，安裝在所述超磁致伸縮棒材遠(yuǎn)離熱電偶一側(cè)的環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈，安裝在所述超磁致伸縮棒材靠近熱電偶一側(cè)的溫度傳感器，以及分別安裝在所述環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈遠(yuǎn)離超磁致伸縮棒材的一側(cè)和環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈遠(yuǎn)離超磁致伸縮棒材的一側(cè)的一對(duì)環(huán)形常導(dǎo)體線圈；所述熱電偶的一端與上加熱絲連接、另一端與溫度傳感器連接； 和/或， 所述試件，包括依次安裝在所述上熱流計(jì)和下熱流計(jì)之間的上試件和下試件。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述制冷系統(tǒng)，包括配合安裝在所述測(cè)試系統(tǒng)下方的制冷機(jī)構(gòu)，安裝在所述制冷機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)一側(cè)的分子泵，安裝在所述分子泵遠(yuǎn)離制冷機(jī)構(gòu)一側(cè)的渦旋泵，以及配合安裝在所述分子泵與渦旋泵之間的波紋管。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述制冷機(jī)構(gòu)，包括底座，安裝在所述底座下方的GM制冷機(jī)，以及，安裝在所述底座上方、且自下向上依次安裝在所述GM制冷機(jī)與測(cè)試系統(tǒng)之間的GM制冷機(jī)二級(jí)冷頭和GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述制冷機(jī)構(gòu)，還包括分別與所述GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭和GM制冷機(jī)二級(jí)冷頭配合設(shè)置的第一殼體與第二殼體，以及自上向下依次穿過第一殼體和第二殼體、并分別與所述測(cè)試系統(tǒng)和控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)連接的二流引線； 所述第一殼體與第二殼體之間，通過配合設(shè)置的第一密封螺栓和第一密封圈密封安裝；在所述第一殼體遠(yuǎn)離分子泵的一側(cè)設(shè)有引線輸出端，在引線輸出端安裝有密封引線接頭，所述二流引線穿過密封引線接頭連接至控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)；第二殼體與底座之間，通過配合設(shè)置的第二密封螺栓和第二密封圈密封安裝；所述第二殼體靠近分子泵一側(cè)的輸出端與分子泵配合安裝。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，所述控制、監(jiān)視及測(cè)試系統(tǒng)，包括分別與所述測(cè)試系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)連接的力顯示器、溫度顯示器、勵(lì)磁電源和加熱電源，以及通過RS232通信線路分別與所述力顯示器、溫度顯示器、勵(lì)磁電源和加熱電源連接的電腦。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于超磁滯伸縮智能材料的固體界面接觸熱阻測(cè)試裝置，其特征在于，在內(nèi)部的所述環(huán)形高溫超導(dǎo)帶材線圈與環(huán)形常導(dǎo)體線圈的連接線之間，還設(shè)有切換開關(guān)。
【文檔編號(hào)】G01N25-20GK204287093SQ201420500630
【發(fā)明者】劉偉, 雍華東, 張興義, 景澤, 黃晨光, 周又和 [申請(qǐng)人]蘭州大學(xué)