CN201072411Y - 一种良导体导热系数测量仪 - Google Patents

Abstract

一种良导体导热系数测量仪，主要应用于材料的检测及大、中专院校实验教学。它含良导体导热系数测试仪、热端温控传感器、待测材料、热端温度传感器、冷端温度传感器、保温材料、冷端温控传感器、半导体致冷片、加热器、散热器、底座。待测材料的热端装有加热器，待测材料冷端的端面紧帖半导体致冷片一面，半导体致冷片的另一面与散热器紧贴，冷端温控传感器和半导体致冷片通过电缆与冷端温控电缆座电连接，冷端温度设定调节旋钮用以调节待测材料冷端所需达到的温度。该良导体导热系数测量仪，不仅能任意设定和控制热源的温度，而且能任意设定和控制冷端的温度，还能通过电功测量表测出沿二测温点间传导的热量。

Description

一种良导体导热系数测量仪

所属技术领域

本实用新型涉及一种良导体导热系数测量仪，主要应用于材料的检测及大、中专院校实验教学。

背景技术

导热系数是反映材料热性能的重要物理量，在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法进行测量。测量良导体的导热系数的方法有稳定法、经向流动法、周期法、热比较仪法、热线法等。目前被广泛采用的是稳定法：使热量沿一均匀的截面积为s的棒传导，且热量流动方向与棒的轴线平行，在棒内形成的各等温面与棒的轴线垂直，若两温度计的间距为L，则可由下式求得温度为T₁和T₂间的平均导热系数λ：

$\mathrm{\λ}=\frac{\mathrm{QL}}{\mathrm{St}(T_1-T_2)}$

式中，Q为在t时间内供给的热量(假定被测棒状样品表面和沿温度计散失的热量可以略去)。测量装置采用蒸汽作为热源，热阱则为由一恒压水槽所控制的流量可以调节的流动水，通过调节水的流量，使得T₁与T₂之差保持恒定，沿二测温点间传导的热量，通过测量在t时间内热阱流出的水的质量求得，测出二测温点之间的距离L和被测材料样品棒的直径，即可由上式求得待测材料的导热系数。不难看出，上述公知的测量装置，存在着如下不足：采用蒸气作为热源，既危险，又使装置复杂化；热量的测量需要用恒温恒压的水通过热阱流出，既不方便，又难以保障，是测量误差的主要来源；更为重要的是，热源的温度无法改变，因此，也就无法测量材料在其它温度范围内的导热系数。

发明内容

为了克服现有的良导体导热系数测量仪的不足，本实用新型提供一种良导体导热系数测量仪，该良导体导热系数测量仪，不仅能任意设定和控制热源的温度，而且能任意设定和控制冷端的温度，还能通过电功功率表测出沿二测温点间传导的热量，测量准确，测量装置无需蒸汽装置和水源，测量简单、方便。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：它含良导体导热系数测试仪、热端温控传感器、待测材料、热端温度传感器、冷端温度传感器、保温材料、冷端温控传感器、半导体致冷片、加热器、散热器、底座。良导体导热系数测试仪含热端电功测量表、热端温度测量表、机箱、冷端温度测量表、热端温度设定指示表、热端温度设定调节旋钮、热端温控电缆座、热端温度电缆座、冷端温控电缆座、冷端温度电缆座、冷端温度设定调节旋钮、冷端温度设定指示表。待测材料的热端装有加热器，靠近端面中心处钻有小孔，小孔内装有热端温控传感器，热端温控传感器和加热器通过电缆与热端温控电缆座电连接，热端温度设定调节旋钮用以调节待测材料热端所需达到的温度，其温度值由热端温度设定指示表显示，加热器的加热电功由热端电功测量表显示。待测材料的冷端靠近端面中心处钻有小孔，小孔内装有冷端温控传感器，待测材料冷端的端面紧帖半导体致冷片一面，半导体致冷片的另一面与散热器紧贴，冷端温控传感器和半导体致冷片通过电缆与冷端温控电缆座电连接，冷端温度设定调节旋钮用以调节待测材料冷端所需达到的温度，其温度值由冷端温度设定指示表显示。在待测材料的三等分处分别钻有一个小孔，并分别装有热端温度传感器和冷端温度传感器，热端温度传感器通过电缆与热端温度电缆座电连接，冷端温度传感器通过电缆与冷端温度电缆座电连接，热端温度测量表显示热端温度传感器处的温度，冷端温度测量表显示冷端温度传感器处的温度。待测材料的外露部分均用保温材料包裹。加热器、待测材料、半导体致冷片、散热器通过紧固件与底座连成一体。如果在t时间，加热器恒温在某一温度T₀下消耗的电功为Q_加，加热器恒温在这一温度T₀所散失的热量为Q_散，沿待测材料各截面流过的热量为Q＝Q_加-Q_散，则有：

式中，T₁、T₂分别由热端温度测量表、冷端温度测量表显示，t时间的Q_加、Q_散由热端电功测量表显示，L为两温度计的间距，S为待测材料的截面积，λ即为待测材料在温度T₁和T₂间的平均导热系数。改变加热器的温度或改变冷端温度，即可测出材料在其它温度范围内的导热系数。

本实用新型的有益效果是，待测材料的冷端靠近端面中心处钻有小孔，小孔内装有冷端温控传感器，待测材料冷端的端面紧帖半导体致冷片，半导体致冷片的另一面与散热器紧贴，冷端温控传感器和半导体致冷片通过电缆与冷端温控电缆座电连接，冷端温度设定调节旋钮用以调节加在半导体致冷片上的电压，从而改变待测材料冷端所需达到的温度，其温度值由冷端温度设定指示表显示，解决了现有仪器采用水冷存在的测量繁杂、温度不易改变、测量误差大的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中良导体导热系数测试仪结构示意图。

图中1.良导体导热系数测试仪，2.热端温控传感器，3.待测材料，4.热端温度传感器，5.冷端温度传感器，6.保温材料，7.冷端温控传感器，8.半导体致冷片，9.加热器，10.散热器，11.底座，12.热端电功测量表，13.热端温度测量表，14.机箱，15.冷端温度测量表，16.热端温度设定指示表，17.热端温度设定调节旋钮，18.热端温控电缆座，19.热端温度电缆座，20.冷端温控电缆座，21.冷端温度电缆座，22.冷端温度设定调节旋钮，23.冷端温度设定指示表。

具体实施方式

在图1中，待测材料(3)的热端装有加热器(9)，靠近热端端面中心处钻有小孔，小孔内装有热端温控传感器(4)，热端温控传感器(4)和加热器(9)通过电缆与图2中的热端温控电缆座(18)电连接，图2中的热端温度设定调节旋钮(17)用以调节待测材料(3)的热端所需达到的温度，其温度值由图2中的热端温度设定指示表(16)显示，加热器(9)的加热电功由图2中的热端电功测量表(12)显示。待测材料(3)的冷端靠近端面中心处钻有小孔，小孔内装有冷端温控传感器(5)，待测材料(3)冷端的端面紧帖半导体致冷片(8)的一面，半导体致冷片(8)的另一面与散热器(10)紧贴，冷端温控传感器(7)和半导体致冷片(8)通过电缆与图2中的冷端温控电缆座(21)电连接，冷端温度设定调节旋钮(22)用以调节待测材料(3)的冷端所需达到的温度，其温度值由冷端温度设定指示表(23)显示。在待测材料(3)的三等分处分别钻有一个小孔，并分别装有热端温度传感器(4)和冷端温度传感器(5)，热端温度传感器(4)通过电缆与图2中的热端温度电缆座(19)电连接，冷端温度传感器(5)通过电缆与图2中的冷端温度电缆座(20)电连接，图2中的热端温度测量表(13)显示图2中的热端温度传感器(20)处的温度，图2中的冷端温度测量表(15)显示冷端温度传感器(5)处的温度。待测材料(3)的外露部分均用保温材料(6)包裹。加热器(9)、待测材料(3)、半导体致冷片(8)、散热器(10)通过紧固件与底座(11)连成一体。如果在t时间，加热器(9)恒温在某一温度T₀下消耗的电功为Q_加，由图2中的热端电功测量表(12)显示，加热器(9)恒温在这一温度T₀所散失的热量为Q_散，由图2中的热端电功测量表(12)显示，沿待测材料(3)各截面流过的热量为Q＝Q_加-Q_散，则有：

式中，T₁、T₂分别由热端温度测量表(13)、冷端温度测量表(15)显示，测出两温度计的间距L、待测材料(3)的截面积S，根据上式即可求得待测材料(3)在温度T₁和T₂间的平均导热系数λ。改变加热器(3)的温度或改变冷端温度，即可测出待测材料(3)在其它温度范围内的导热系数。

Claims (4)

1.一种良导体导热系数测量仪，它含良导体导热系数测试仪、热端温控传感器、待测材料、热端温度传感器、冷端温度传感器、保温材料、冷端温控传感器、半导体致冷片、加热器、散热器、底座，良导体导热系数测试仪含热端电功测量表、热端温度测量表、机箱、冷端温度测量表、热端温度设定指示表、热端温度设定调节旋钮、热端温控电缆座、热端温度电缆座、冷端温控电缆座、冷端温度电缆座、冷端温度设定调节旋钮、冷端温度设定指示表，其特征是：待测材料的冷端靠近端面中心处钻有小孔，小孔内装有冷端温控传感器，待测材料冷端的端面紧帖半导体致冷片，半导体致冷片的另一面与散热器紧贴，冷端温控传感器和半导体致冷片通过电缆与冷端温控电缆座电连接，冷端温度设定调节旋钮用以调节加在半导体致冷片上的电压，从而改变待测材料冷端所需达到的温度，其温度值由冷端温度设定指示表显示。

2.根据权利要求1所述的良导体导热系数测量仪，其特征是：待测材料冷端的端面紧帖良导体材料，良导体材料的另一端与半导体致冷片的一面相接触，半导体致冷片的另一面与散热器相接触。

3.根据权利要求1所述的良导体导热系数测量仪，其特征是：待测材料冷端的端面紧帖冰面。

4.根据权利要求1所述的良导体导热系数测量仪，其特征是：待测材料冷端的端面紧帖良导体材料，良导体材料的另一端与冰面相接触。

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