專利名稱:雙試樣保護熱板高溫導熱儀的制作方法
本發(fā)明為一種測量材料導熱性能的熱物性實驗儀器，用于測量非金屬固體材料的導熱系數(shù)或熱阻。
目前，雙試樣保護熱板高溫導熱儀器中的主要關鍵問題有三一是如何合理地選擇主體系統(tǒng)中的各種耐高溫材料;二是設計出合理的加熱方式;三是設計出準確測量和處理多路微弱電信號的系統(tǒng)。對于主體系統(tǒng)中的高溫材料如勻溫板的選擇，通常是用耐高溫不銹鋼或貴金屬，但耐高溫不銹鋼的使用溫度一般均低于1273K，而貴金屬價格昂貴，不甚經濟;主加熱器加熱方式通常是采用恒定電壓的直流電加熱法，用這種方法達到穩(wěn)定的時間較長;微弱電信號的測量通常用電位差計，而電信號與溫度的轉換以及最后的處理通常是由測試人員完成的，這也帶來了部分隨機誤差，且操作麻煩。
本發(fā)明的目的是提供一種高溫(1400K)、快速、準確、簡便、能自動顯示和打印最終測試結果且成本較低的雙試樣保護熱板高溫導熱儀。
為了達到上述目的，設計了一個主體系統(tǒng)(圖一)，由各種溫控儀表組成的電路控制系統(tǒng)(圖二)及由微型計算機和電壓表等組成的數(shù)據(jù)測量(圖三)和處理系統(tǒng)(圖四)。主體系統(tǒng)是由主加熱器(1)、環(huán)加熱器(2)、主加熱器勻溫板(3)、環(huán)加熱器勻溫板(4)、上、下輔助加熱器(7)、上、下輔助加熱器勻溫板(6)、上、下冷板(9)、管狀加熱器(10)、上、下絕熱層(8)、重塊(11)、絕熱材料(12)、(13)、外殼(14)、底座(15)、立柱(20)組成的;主、環(huán)加熱器和輔助加熱器均采用電熔剛玉莫來石制成爐盤;主加熱器勻溫板(3)、環(huán)加熱器勻溫板(4)，選用非金屬材料碳化硅，碳化硅含量不低于85%，板的厚度均為8～12毫米;管狀加熱器(10)采用硅碳棒，既提高了測試溫度和速度，又降低了成本;主加熱器(1)采用了一個先恒壁溫交流加熱、后恒熱流直流加熱的供熱系統(tǒng)，即先自動控制升溫速率，當溫度穩(wěn)定后再轉換成直流加熱，提高了測試速度，該供熱系統(tǒng)由溫控儀(25)、可控硅(24)、調壓器(23)、直流穩(wěn)壓器(37)組成;為了實現(xiàn)多路微弱電信號的準確采集和處理，在主體系統(tǒng)與微機之間裝有帶IEEE-488標準接口的數(shù)字電壓表(40)，并設計了一個由微機(39)控制的多路切換系統(tǒng)(41)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的準確傳遞，微機(39)根據(jù)溫度信號判定裝置的工作狀態(tài)，當溫度達到穩(wěn)定后進行數(shù)據(jù)的處理并輸出計算結果。利用本儀器可以測出500K～1400K溫度范圍內非金屬固體材料的導熱系數(shù)或熱阻。
圖一、雙試樣保護熱板高溫導熱儀主體系統(tǒng)示意圖;
圖二、溫度控制系統(tǒng)示意圖;
圖三、多路微弱電信號的準確采集系統(tǒng)示意圖;
圖四、數(shù)據(jù)采集和處理框圖。
利用附圖中所示的例子，對發(fā)明作進一步的說明圖一、主體系統(tǒng)部分。二塊直徑、厚度相同的試樣(5)對稱地裝在主加熱器(1)、環(huán)加熱器(2)、主加熱器勻溫板(3)、環(huán)加熱器勻溫板(4)的上、下二個方向。主加熱器勻溫板(3)和環(huán)加熱器勻溫板(4)之間留有2毫米的間隙，通過在圓周上均勻分布的三個碳化硅連接橋連成一體。設置上、下輔助加熱器(7)的作用是提高測試的平均溫度和降低測試溫差，在上、下輔助加熱器(7)與試樣(5)之間設有上、下輔助加熱器勻溫板(6)起勻溫作用，上、下輔助加熱器(7)外側的上、下絕熱層(8)起軸向隔熱作用。開有迷宮式槽道的上、下冷板(9)帶走各加熱器發(fā)出的熱量。在試樣(5)的外側設計了一個管狀加熱器(10)，以減少試樣(5)的邊緣熱損誤差，管狀加熱器(10)由硅碳棒制成。(17)、(18)、(19)、(20)、(21)分別為主、輔、管加熱器的測溫和控溫元件，采用直徑為0.3毫米的二等標準鉑-鉑熱電偶。為測量主、環(huán)加熱器(1)、(2)之間的熱平衡，在主、環(huán)加熱器勻溫板(3)、(4)之間設置了16對熱電堆(16)。在管狀加熱器(10)與試樣之間以及與外殼(14)之間都填有散裝絕熱材料(12)、(13)。
圖二、溫度控制系統(tǒng)。主加熱器供熱系統(tǒng)的控制采用先由溫控儀(25)根據(jù)圖一中的熱電偶(17)控制可控硅(24)的恒壁溫交流加熱，當溫度達到穩(wěn)定后，切換成直流穩(wěn)壓器(37)的恒熱流加熱。環(huán)加熱器(2)的控制通過圖一中的熱電堆(16)由溫控儀(28)控制可控硅(27)，以保證隔縫兩側溫度的平衡。上、下輔助加熱器分別根據(jù)圖一中的熱電偶(18)、(20)由溫控儀(31)、(33)控制可控硅(30)、(32)，以穩(wěn)定在設定的溫度值。管狀加熱器(10)根據(jù)圖一中的熱電偶(21)由溫控儀(36)控制可控硅(35)，使管狀加熱器穩(wěn)定在一個設定的溫度值。以上四種加熱器的電源均來自交流穩(wěn)壓器(38)，并在每路之前接了調壓器(23)、(26)、(29)、(34)，根據(jù)不同的溫度區(qū)間調整電壓。
圖三、多路微弱電信號的準確采集系統(tǒng)。主體系統(tǒng)內的各種電信號通過一個主要由雙路舌簧式繼電器組成的多路切換系統(tǒng)(41)轉換成一路信號輸出給數(shù)字表(40)，數(shù)字電壓表通過標準接口把這些微弱的信號準確地傳遞給微機(39)，微機(39)對數(shù)據(jù)進行處理，計算出溫度和加熱功率，在顯示器(42)和打印機(43)上顯示和記錄下來，微機(39)根據(jù)圖四的框圖工作，最后輸出導熱系數(shù)和有關數(shù)據(jù)。
權利要求
1.一種測量非金屬固體材料導熱系數(shù)或熱阻的雙試樣保護熱板高溫導熱儀，由主加熱器(1)、環(huán)加熱器(2)、輔助加熱器(7)、試樣(5)、絕熱層(8)、冷板(9)、絕熱材料(12)、(13)、外殼(14)、底座(15)組成的主體系統(tǒng)，由各種控溫儀表和元件組成的測量和控制系統(tǒng)，其特征在于，采用了非金屬碳化硅制成的主加熱器勻溫板(3)、環(huán)加熱器勻溫板(4)、輔助加熱器勻溫板(6)和硅碳棒制成的管狀加熱器(10)；主加熱器具有一個先恒壁溫交流加熱、后直流加熱的供熱系統(tǒng)；并有一個由微機控制的多路微弱電信號的準確采集和處理系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求
1所述的雙試樣保護熱板高溫導熱儀，其特征在于，主加熱器勻溫板(3)、環(huán)加熱器勻溫板(4)、輔助加熱器勻溫板(6)的碳化硅含量不低于85%，板的厚度均為8～12毫米。
3.根據(jù)權利要求
1所述的雙試樣保護熱板高溫導熱儀，其特征在于，主加熱器勻溫板(3)、環(huán)加熱器勻溫板(4)之間留有2毫米的間隙，通過在圓周上均勻分布的三個碳化硅連接橋連成一體。
4.根據(jù)權利要求
1所述的雙試樣保護熱板高溫導熱儀，其特征在于，主加熱器供熱系統(tǒng)，由溫控儀(25)、可控硅(24)、調壓器(23)、直流穩(wěn)壓器(37)組合而成。
5.根據(jù)權利要求
1所述的雙試樣保護熱板高溫導熱儀，其特征在于，微機控制的多路微弱電信號的準確采集和處理系統(tǒng)，由多路切換系統(tǒng)(41)、數(shù)字電壓表(40)、微機(39)、顯示器(42)和打印機(43)組合而成。
專利摘要
一種測量非金屬固體導熱系數(shù)或熱阻的雙試樣保護熱板高溫導熱儀，測試溫度范圍為500K—1400K。勻溫板采用碳化硅材料，既提高了測試溫度又降低了成本；主加熱器采用先恒壁溫交流加熱、后恒熱流直流加熱的供熱方式，提高了測試速度；外側管狀加熱器用硅碳棒制成；并用微機實現(xiàn)了多路微弱電信號的準確采集和處理。
文檔編號G01N25/18GK86101542SQ86101542
公開日1988年3月2日 申請日期1986年8月18日
發(fā)明者蔣漢文, 李晶, 過曉宇 申請人:同濟大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan