固體粉末導(dǎo)熱系數(shù)的瞬態(tài)熱帶法測量裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固體粉末熱物性測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固體粉末導(dǎo)熱系數(shù)的瞬態(tài)熱帶法測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)熱系數(shù)是材料最重要的熱物性參數(shù)之一，是石油、化工、能源、材料、軍工生產(chǎn)等過程傳熱設(shè)計中的必備參數(shù)，也是各種熱過程溫度場研究的基本數(shù)據(jù)。物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)測量方式可分為兩種:穩(wěn)態(tài)法(如平板法、縱向熱流法、圓球法等)和非穩(wěn)態(tài)法(如熱線法、激光脈沖法等)。由于非穩(wěn)態(tài)法測量時間短，熱量損失少以及防止樣品的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化等優(yōu)點而倍受青睞。
[0003]瞬態(tài)熱帶法(transient hot-strip method)，是一種非穩(wěn)態(tài)熱物性測量方法，其測量原理類似于瞬態(tài)熱線法。
[0004]實驗中，將一條很薄的金屬帶(熱帶)置于液體中或夾持在待測試樣中間，從某時刻起以恒定電流加熱金屬帶，測量并記錄熱帶表面的溫度響應(yīng)曲線，據(jù)此可得到被測材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0005]被測樣品的導(dǎo)熱系數(shù)可表示為:k = P^GjO/TdTaVdlna)]，這里P。是加熱功率，t是加熱時間，dT(t)/dln(t)是加熱數(shù)秒后溫度對ln(t)的斜率。
[0006]與熱線法相比，薄帶狀電加熱體與被測固體材料有更好的接觸狀態(tài)，故熱帶法比熱線法更適宜于測量固體材料的導(dǎo)熱系數(shù)。熱帶法現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于液體、松散材料、多孔介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的測量。使用瞬態(tài)熱帶法測試固體粉末的導(dǎo)熱系數(shù)時，容易出現(xiàn)粉末與熱帶接觸不緊密、熱帶受熱膨脹變松弛和粉末飄飛等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對在使用瞬態(tài)熱帶法對固體粉末進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測量時，存在的粉末與熱帶接觸不緊密、熱帶張緊、焊接線路易斷、漏電和粉末飄飛等問題，提供了一種固體粉末導(dǎo)熱系數(shù)的瞬態(tài)熱帶法測量裝置和方法。
[0008]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]一種固體粉末導(dǎo)熱系數(shù)的瞬態(tài)熱帶法測量裝置，從上至下依次包括頂蓋1、上盒體2、熱帶3、下盒體4 ;在所述熱帶3上連接熱電偶9和測電壓線10，該裝置可用于不同溫度、壓力和氣體氛圍下導(dǎo)熱系數(shù)測量。
[0010]進(jìn)一步地，上盒體2和下盒體4通過螺栓連接，在上盒體2或下盒體4側(cè)面連接處開有孔槽；熱電偶9和測電壓線10焊接于熱帶3上，外層套上陶瓷外殼，并從孔槽引出，布置整齊，提升了線路的抗沖擊性。
[0011]進(jìn)一步地，所述裝置還包括定熱帶夾5和動熱帶夾6 ;所述定熱帶夾5通過螺絲連接下盒體4，所述動熱帶夾6通過彈簧8連接于下盒體4側(cè)面設(shè)置的導(dǎo)軌7上；定熱帶夾5和動熱帶夾6通過螺栓連接并夾緊熱帶3，在熱帶夾夾緊熱帶3之后，彈簧可以提供一個張緊力，防止熱帶受熱膨脹后松弛。定熱帶夾5和動熱帶夾6在接觸熱帶3的部位均嵌有鉬片。
[0012]進(jìn)一步地，頂蓋I的中心為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。盒頂加裝網(wǎng)狀的頂蓋1，在不影響外圍氣壓調(diào)節(jié)的同時，有效抑制了由氣壓變化引起的粉末飄飛。
[0013]利用上述瞬態(tài)熱帶法測量裝置測量固體粉末導(dǎo)熱系數(shù)的方法，包括以下步驟:
[0014]a.將待測固體粉末樣品填滿下盒體4，與下盒體4上端面齊平并壓實；
[0015]b.在熱帶3上連接熱電偶9和測電壓線10后，用定熱帶夾5和動熱帶夾6將熱帶3固定，將熱電偶9和測電壓線10外層套上陶瓷外殼，并從上盒體2或下盒體4側(cè)面孔槽引出；定熱帶夾5和動熱帶夾6在接觸熱帶3的部位均嵌有鉬片；定熱帶夾5和動熱帶夾6通過螺栓將熱帶3夾緊，動熱帶夾6安裝于下盒體4側(cè)面導(dǎo)軌7上，夾緊熱帶3同時壓緊彈貪;
[0016]c.將上盒體2安裝在下盒體4上，通過螺栓擰緊，防止側(cè)面漏粉，然后第二次填裝待測粉末，填滿壓實，保證熱帶3與待測粉末充分接觸；蓋上頂蓋I ;
[0017]d.將上述瞬態(tài)熱帶法測量裝置11接入測試電路之中，使用直流電源14對熱帶3進(jìn)行加熱，通過數(shù)據(jù)采集器12采集加熱過程中的溫度和電壓數(shù)據(jù)，通過下式計算得到被測樣品的熱導(dǎo)率:k = P0/(4 Ji)/[dT(t)/dln(t)]，
[0018]其中P。是加熱功率，t是加熱時間，dT(t)/dln(t)是加熱數(shù)秒后溫度對ln(t)的斜率。
[0019]也可將上述瞬態(tài)熱帶法測量裝置11置于真空爐內(nèi)，通過調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度、壓力和氣體氛圍，對不同溫度、壓力和氣體氛圍下的固體粉末導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測試。由于測試裝置的頂蓋I中央為通透的網(wǎng)孔，不影響抽真空，同時可以防止粉末飄飛，污染真空爐內(nèi)環(huán)境。
[0020]本發(fā)明的有益效果為:
[0021](I)本發(fā)明所述測量裝置中，分開的盒體設(shè)計在方便材料填裝的同時，保證了熱帶和被測粉末緊密接觸，實驗準(zhǔn)確性好。
[0022](2)本發(fā)明所述測量裝置可靠的熱帶固定和張緊裝置，保證了在溫度條件變化較大時，熱帶膨脹后依舊保持繃緊，實驗裝置的溫度適用范圍廣。
[0023](3)本發(fā)明所述測量裝置優(yōu)秀的線路布置和絕緣設(shè)計，保證了測試線路獨立且穩(wěn)固，裝置可靠性高，結(jié)果準(zhǔn)確。
[0024](4)本發(fā)明所述測量裝置有效抑制粉末的飄飛，有效保護(hù)外部壞境及其他外圍設(shè)備。
[0025](5)本發(fā)明所述測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，也可用于測試整塊固體或粘稠液體的導(dǎo)熱系數(shù)。
【附圖說明】
:
[0026]圖1為本發(fā)明所述裝置的整體裝配示意圖。
[0027]圖2為本發(fā)明下盒體及熱帶夾的俯視圖。
[0028]圖3為本發(fā)明所述裝置的一種測試系統(tǒng)電路圖。
[0029]圖4為本發(fā)明所述裝置置于真空爐時所形成的一種測試系統(tǒng)的剖面圖。
[0030]圖中符號說明:1_頂蓋；2_上盒體；3-熱帶；4_下盒體；5_定熱帶夾；6_動熱帶夾；7-導(dǎo)軌；8-彈簧；9_熱電偶；10-測電壓線；11-測量裝置；12-數(shù)據(jù)采集器；13_開關(guān)；14-直流電源；15_保護(hù)電阻。
【具體實施方式】
[0031]本發(fā)明提供了一種固體粉末導(dǎo)熱系數(shù)的瞬態(tài)熱帶法測量裝置和方法，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0032]如圖1所示，固體粉末導(dǎo)熱系數(shù)的瞬態(tài)熱帶法測量裝置從上至下依次包括:頂蓋
1、上盒體2、熱帶3、下盒體4 ;