的紅外激光，對樣品下表面進行短暫、均勻加熱。測試過程中，必須保證紅外激光的軸線與加載裝置2的軸線重合，以保證紅外激光能夠垂直加熱樣品。
[0031]加載裝置2的連接件7通過電信號與步進電機控制系統(tǒng)5連接，用于接受步進電機控制系統(tǒng)5的輸出電信號，連接件7底部的壓力傳感器11與壓力顯示裝置6通過電路連接，用于顯示當前施加于樣品上的載荷大小。
[0032]紅外探測器3放置在加載裝置2的正上方，其軸線應(yīng)與加載裝置2的軸線重合，用于探測樣品上表面的溫場變化。紅外探測器3輸出的電壓信號經(jīng)串口輸入計算機控制與采集系統(tǒng)4，在測試開始前，應(yīng)輸入樣品厚度，通過軟件編程，系統(tǒng)會輸出電壓隨時間變化的曲線，并得到半升溫時間，通過熱擴散系數(shù)與半升溫時間之間的關(guān)系得到樣品的熱擴散系數(shù)值。
[0033]加載裝置2包括支撐板10、施力板9、連接件7、測試孔8、壓力傳感器11，其中:每個加載裝置2設(shè)有4個對稱分布的連接件7，其上端與施力板9固定連接，下端與支撐板10固定連接。在每個連接件7底部各有一個壓力傳感器11，用于實時監(jiān)測所加載荷的情況。其中施力板9與支撐板10的中心位置加工了測試孔8，使加熱裝置1發(fā)出的光直接與樣品接觸加熱，以及紅外探測器3可直接監(jiān)測樣品上表面的溫場變化。所述支撐板10和施力板9均為成直徑18mm，厚3mm圓柱體，正中間的測試孔8為8X8mm的正方形孔。
[0034]下面給出采用本實施例所述測量裝置，對80層鋁箔紙在90 °C、120 °C、150 °C下熱擴散系數(shù)的測量方法:
[0035]1)制備樣品
[0036]將待測樣品鋁箔紙反復(fù)層疊到80層，裁剪并進行雙面噴墨，待
[0037]石墨風(fēng)干以后用螺旋千分尺測樣品中間厚度為0.799mm。
[0038]2)加載
[0039]將樣品疊放整齊后放入加載裝置中，根據(jù)要求設(shè)定壓力值，使每一層之間達到良好的接觸。
[0040]3)測量
[0041]將樣品放入施力板9與支撐板10之間，確保測試孔處不漏光，然后通過編程施加預(yù)設(shè)載荷，夾緊80層樣品；調(diào)整加熱裝置1、加載裝置2、紅外探測器3的位置，使三者的軸線重合；打開加熱裝置1對樣品下表面進行短暫加熱，隨后熱量會沿著一維方向向樣品的上表面?zhèn)鬏?，通過樣品一側(cè)的紅外探測器3對樣品上表面的溫場進行實時監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)采集到計算機控制與采集系統(tǒng)4，通過電腦軟件得到電壓隨時間變化的曲線。調(diào)節(jié)加熱裝置1的功率，重復(fù)上述步驟，對80層樣品在90°C、120°C、150°C條件下的熱擴散系數(shù)值各測量5次。
[0042]4)數(shù)據(jù)處理
[0043]根據(jù)公式α = 0.1388*d2/t5。計算出樣品的熱擴散系數(shù)；
[0044]式中，α為熱擴散系數(shù)；d為樣品的厚度；t50為半升溫時間。
[0045]本實施例的數(shù)據(jù)結(jié)果見圖3。由本實施例可說明本發(fā)明所提供的加載裝置可有效預(yù)防由于在測試過程中多層樣品之間產(chǎn)生的空氣層對實驗結(jié)果的影響，使得測試結(jié)果重復(fù)性好，準確度高。并且不同的選材，可以適用于不同實驗條件的測量。
[0046]本發(fā)明提供的針對多層樣品的測量方法廣泛適用于借助光與樣品接觸測得樣品參數(shù)的實驗測量。本發(fā)明裝置中加載裝置的形狀可以根據(jù)實際的樣品加工難度做調(diào)整，尺寸也可以根據(jù)實際測試裝置做調(diào)整。
【主權(quán)項】
1.一種固體材料熱擴散系數(shù)測量裝置，其特征在于，包括加熱裝置、加載裝置、紅外探測器、計算機控制與采集系統(tǒng)、步進電機控制系統(tǒng)和壓力顯示裝置； 加熱裝置采用紅外激光加熱裝置，加熱裝置的紅外激光軸線與加載裝置的軸線重合；加載裝置設(shè)于加熱裝置的正上方，設(shè)有支撐板、施力板、連接件、測試孔和壓力傳感器；加載裝置設(shè)有至少3個對稱分布的連接件，連接件上端與施力板固定連接，連接件下端與支撐板固定連接；在每個連接件底部均有個壓力傳感器，施力板和支撐板的中心均設(shè)有測試孔；紅外探測器設(shè)于加載裝置正上方，紅外探測器與加載裝置和加熱裝置同軸；計算機控制與采集系統(tǒng)信號輸入端接紅外探測器信號輸出端；壓力顯示裝置信號輸入端分別與各壓力傳感器信號輸出端電連接。2.如權(quán)利要求1所述一種固體材料熱擴散系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述加熱裝置采用的波長可為1064nmo3.如權(quán)利要求1所述一種固體材料熱擴散系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述連接件為立桿；所述施力板和支撐板為水平圓柱板。4.如權(quán)利要求1所述一種固體材料熱擴散系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述壓力傳感器內(nèi)嵌于連接件底部。5.一種固體材料熱擴散系數(shù)測量方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1?4中任一所述固體材料熱擴散系數(shù)測量裝置，包括如下測量步驟: 1)制備樣品 根據(jù)要求制出符合尺寸要求和層數(shù)要求的待測樣品，對樣品下表面和上表面均勻噴墨，增強對光的吸收，并測量樣品的厚度； 2)加載 將樣品疊放整齊后放入加載裝置中，根據(jù)要求設(shè)定壓力值，使每一層之間達到良好的接觸； 3)測量 將樣品放入施力板與支撐板之間，確保測試孔不漏光，然后通過編程施加預(yù)設(shè)載荷，夾緊樣品，將加熱裝置、加載裝置和紅外探測器軸線調(diào)整重合，使加熱裝置對樣品的下表面進行加熱，同時在樣品一側(cè)通過紅外探測器將入射的紅外輻射信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出，即可得到電壓對時間的曲線，反映出溫度對時間的變化關(guān)系； 4)數(shù)據(jù)處理 根據(jù)公式α = 0.1388*d2/t5。計算出樣品的熱擴散系數(shù)； 式中，α為熱擴散系數(shù)；d為樣品的厚度；t50為半升溫時間。
【專利摘要】一種固體材料熱擴散系數(shù)測量裝置及其測量方法，涉及固體材料熱物性的測量技術(shù)領(lǐng)域。固體材料熱擴散系數(shù)測量裝置，包括加熱裝置、加載裝置、紅外探測器、計算機控制與采集系統(tǒng)、步進電機控制系統(tǒng)和壓力顯示裝置；加載裝置設(shè)于加熱裝置的正上方，設(shè)有支撐板、施力板、連接件、測試孔和壓力傳感器；加載裝置設(shè)有至少3個對稱分布的連接件，連接件上端與施力板固定連接，連接件下端與支撐板固定連接。在每個連接件底部均有個壓力傳感器，施力板和支撐板的中心均設(shè)有測試孔；紅外探測器設(shè)于加載裝置正上方；計算機控制與采集系統(tǒng)信號輸入端接紅外探測器信號輸出端；壓力顯示裝置信號輸入端分別與各壓力傳感器信號輸出端電連接。
【IPC分類】G01N25/20
【公開號】CN105301044
【申請?zhí)枴緾N201510602609
【發(fā)明人】鄭金成, 付攀, 孫振寧, 張宇峰
【申請人】廈門大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年9月21日