CN208443770U - 一种平板导热仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种平板导热仪，包括：外容器和置于外容器内部的测试装置。本实用新型所述的平板导热仪采用了测试装置安装在外容器底座的放置方式，使得测试仪器在更换测试样品时操作更加简便，使用四根固定螺杆拉伸至测试装置上面，把一个圆形压紧铁板安装在测试装置顶部，在压紧铁板的中间安装一个调节顶丝，通过调节顶丝的位置施加一个可以调节的压紧力，也避免了压紧铁板的受力过大而导致的变形，有效地增加了测试装置的稳定性，减少了测试装置在安装或摆放时可能产生的晃动，同时也控制了仪器的整体尺寸，节约了仪器的制作和空间成本。

Description

一种平板导热仪

技术领域

本实用新型属于材料导热系数测定技术领域，具体说是一种平板导热仪。

背景技术

导热系数是材料的固有属性，是绝热材料的一个重要参数。在轨道交通行业也涉及到热量的传递，导热系数的准确测量更为重要。导热系数一般是通过实验方法来确定，测量导热系数的方法分为稳态法和非稳态法。其中，热流法是一种标准的稳态测量方法，适用于测量时间较长的材料，被广泛地应用于工程、国防等领域，其优点有温度范围宽、量程广、无需对测量单元进行标定等。

平板法是一种纵向热流法，它要求测试的样品形状为圆盘形或者矩形板。平板法的物理模型是在测试样品内部产生一个纵向的稳定的一维热流，再根据傅里叶定律计算出导热系数的值。保证测试样品内部纵向的一维热流至关重要，主要通过两种方法来实现：(1)规定测试样品自身的尺寸来减少热损失，减小样品的厚度和增加样品的直径，在样品的上下表面的中心区域可以得到温度分布较为均匀的等温面，上下表面的等温面之间产生均匀的一维热流，试样中心作为测试区，而试样中心区以外的部分起到防止径向热损的自身防热套作用。

现阶段平板导热仪用于保温材料导热系数的测量，且平板导热仪测量范围的最大值只能到2W/(m·K)，对于一些导热系数稍大的材料的测量，为了保证测量精度，就不再采用平板法，而使用其他测量材料导热系数的测量方法。

目前市场上的导热仪的不足之处有:

1)现阶段市场上在售的平板导热仪造价比较昂贵，通常在几万到十几万，并且在保证测量精度的条件下对于材料导热率的测量范围有严格的要求，测试材料的导热系数的测量上限为2W/(m·K)，超过测量范围时多采用瞬态的热线法进行测量。

2)现有的平板导热仪设计，通常是把测试装置悬挂在仪器的外容器里，在安装时可能导致悬挂的测试装置产生晃动，使得测试装置内部的样品产生位移，而且对整个测试装置部分也没有一个很好的固定，在测试过程中容易受到外部环境的影响，从而影响实验的精度。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供了一种由底部固定的平板法导热系数测定仪。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种平板导热仪，包括：外容器和置于外容器内部的测试装置；

所述外容器包括外容器底座14和外容器上盖1，外容器底座14上安装有外容器上盖1；所述测试装置包括调节顶丝2、压紧铁板4、顶部绝热层5、加热铜板上层6、加热器7、加热铜板下层8、周围绝热层10、测温铜板11和冷却铜板12；在所述外容器底座14上，从上至下依次安装有压紧铁板4、顶部绝热层5、加热铜板上层6、加热器7、加热铜板下层8、测温铜板11和冷却铜板12，所述加热器7置于加热铜板上层6和加热铜板下层8之间的槽内，加热铜板上层6和加热铜板下层8通过螺钉固定，所述加热铜板下层8和测温铜板11中间放置测试样品9，周围绝热层10将加热铜板上层6、加热铜板下层8、测试样品9、测温铜板11包住，减少热损失，冷却铜板12通过螺钉和测温铜板11固定；所述压紧铁板4的中部安装一调节顶丝2，调节顶丝2穿过顶部绝热层5与加热铜板上层6的上表面接触，通过调节顶丝2施加一个可以调节的压紧力，所述压紧铁板4与冷却铜板12通过固定螺杆3固定。

在上述方案的基础上，所述外容器底座14的边缘设有垫片13，所述垫片13和外容器底座14上设有螺孔，外容器底座14和外容器上盖1通过螺丝15固定。

在上述方案的基础上，所述外容器底座14的底部焊接一圆环凸台。

在上述方案的基础上，所述加热器7采用普通电阻丝，加热器7的表面由铁皮包嵌，底部保证水平光滑，加热器7的引线接电流表、电压表和调压表。

在上述方案的基础上，所述加热铜板下层8和测温铜板11的中部均设有通孔，用于安装热电偶17；所述每个通孔内安装三只热电偶17，三只热电偶17有一定间距，用来测量测试样品9上下表面的温度，并且通过三个测量温度的算术平均值作为上下表面的中心温度。

在上述方案的基础上，所述外容器上盖1顶部设有一圆孔，用于引出热电偶17及加热器7连接的铜导线16，以便与外部相连接。

在上述方案的基础上，所述冷却铜板12的中部设有一个贯穿冷却铜板12的通孔，用来作为冷却水的通道，冷却铜板12通过冷却水提供一个恒定的冷却功率，带走测温铜板11上的热量，使测温铜板11的温度保持稳定。

在上述方案的基础上，所述周围绝热层10的材料为气凝胶，用来减少热损失。

在上述方案的基础上，所述顶部绝热层5的材料包括聚四氟乙烯、尼龙12、尼龙10和聚酰亚胺等，顶部绝热层5的中心设有通孔使调节顶丝2能够接触到加热铜板上层6，所述顶部绝热层5起到润滑和减少热损失的作用。

本实用新型所述的平板导热仪，采用了顶部绝热层和周围绝热层，周围绝热层将加热铜板、测试样品、测温铜板包住，有效地减少了加热铜板向背面及侧面的热流损失，保证了测试样品对于加热铜板热流的吸收。

本实用新型所述的平板导热仪，采用了测试装置安装在外容器底座的放置方式，使得测试仪器在更换测试样品时操作更加简便，使用四根固定螺杆拉伸至测试装置上面，把一个圆形压紧铁板安装在测试装置顶部，在压紧铁板的中间安装一个调节顶丝，通过调节顶丝的位置施加一个可以调节的压紧力，也避免了压紧铁板的受力过大而导致的变形，有效地增加了测试装置的稳定性，减少了测试装置在安装或摆放时可能产生的晃动，同时也控制了仪器的整体尺寸，节约了仪器的制作和空间成本。

本实用新型欲保护点为测试装置通过固定螺杆和调节顶丝所构成的可以调节测试装置压紧力的结构，以及测试装置安装在外容器底座的结构和设计。

附图说明

本实用新型有如下附图：

图1导热仪装置结构图。

图2导热仪热电偶布置方式图。

附图标记：

1、外容器上盖 2、调节顶丝 3、固定螺杆 4、压紧铁板 5、顶部绝热层 6、加热铜板上层 7、加热器 8、加热铜板下层 9、测试样品 10、周围绝热层 11、测温铜板 12、冷却铜板13、垫片 14、外容器底座 15、螺丝 16、铜导线 17、热电偶 18、采集仪。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，平板导热仪具有外容器底座14，并安装有外容器上盖1，通过螺丝15固定。在外容器内安装有测试装置，测试装置包括调节顶丝2、压紧铁板4、顶部绝热层5、加热铜板上层6、加热器7、加热铜板下层8、周围绝热层10、测温铜板11、冷却铜板12，并由固定螺杆3固定。

本实用新型各部件：

(1)外容器。外容器分为外容器底座14和外容器上盖1，通过螺丝15固定。外容器上盖1顶部布置有一个小孔，用来引出外容器内热电偶17及加热器7的铜导线16，以便与外部相连接。外容器底座14的尺寸为直径390mm，厚3mm，并且配有一个内径300mm外径390mm，厚3mm的垫片13，同时在垫片13和外容器底座14上设有6mm直径的螺孔，用来固定外容器上盖1和外容器底座14。外容器的底部焊接有一个直径170mm，高度40mm的圆环圆台。

(2)加热铜板。加热铜板分为上下两层，将加热器7的热量均匀地传给测试样品9，加热器7放在上下两层加热铜板之间的槽内，加热铜板通过螺钉固定在一起。加热铜板的外形尺寸为直径180mm，厚10mm，且在加热铜板下层8距离测试样品5mm处加工一个直径为5mm深度为100mm的通孔，用于安装热电偶17。

(3)测温铜板。测温铜板11将通过测试样品9的热流吸收，再传递给冷却铜板12，并保持一个均匀的冷面。测温铜板11的外形尺寸为直径180mm，厚度为20mm，且在测温铜板11的上侧距离与测试样品9接触面5mm处加工一个直径为5mm，深度为90mm的孔，用于安装热电偶17。

(4)加热器。加热器7为加热过程提供热量，加热功率为400W，采用的是普通电阻丝，电阻丝的直径为0.72mm，加热槽宽为5mm，方形加热器的四周边及表面由铁皮包嵌，底部保证水平光滑。加热器7的引线可接电流表、电压表和调压表，加热器7的外形尺寸为85*98mm。

(5)压紧铁板。压紧铁板4用于压紧加热器7、加热铜板、测温铜板11、冷却铜板12、测试样品9，以尽量避免接触热阻。

(6)固定螺杆。固定螺杆3起定位及拉紧作用，调节顶丝2起调节作用。由于每次测试时测试样品9的厚度不同，将测试样品9安装完成后，通过固定螺杆3固定测试装置，并使用调节顶丝2调节测试装置内部各部分的压紧程度，从而减少接触热阻。

(7)冷却铜板。冷却铜板12通过冷却水提供一个恒定的冷却功率，带走测温铜板11上的热量，使测温铜板11的温度保持稳定。冷却铜板12的外形尺寸为直径220mm，厚度为20mm，且加工了一个直径为10mm贯穿了冷却铜板12的通孔，用来作为冷却水的通道。在距离冷却铜板12边缘8mm处以圆心为对称点加工了两个直径为6mm的螺纹孔用来安装固定螺杆3。冷却铜板12通过螺钉和测温铜板11固定在一起。

(8)周围绝热层。周围绝热层10的材料为气凝胶，用来减少加热铜板、测试样品9、测温铜板11层面的热损失。外形尺寸为：外径190mm，内径180mm，高90mm。

(9)顶部绝热层。顶部绝热层5的材料包括聚四氟乙烯、尼龙12、尼龙10和聚酰亚胺等，外形尺寸为直径180mm，厚10mm的圆盘，且中心有一个直径为5mm的通孔使调节顶丝2能够直接接触到加热铜板上层6，整个材料能起到润滑和减少热损失的作用。

加热铜板和测温铜板11分别置于测试样品9的上下侧，为减少接触热阻，要求加热铜板、测温铜板11和测试样品9上下表面都尽量平整。加热器7位于加热铜板上下层之间并紧密接触，加热器7热量通过加热铜板传至测试样品9再通过测温铜板11传至冷却铜板12，由冷却铜板12将热量带走。在加热铜板下层8和测温铜板11的通孔内分别安装了三只热电偶17，三只热电偶17的间距为10mm，用来测量测试样品9上下表面的温度。并且通过三个测量温度的算术平均值作为上下表面的中心温度。

本实用新型工作过程：

将测试样品9放入加热铜板、测温铜板11之间，加热铜板下表面与测试样品9上表面相接触，测温铜板11上表面与测试样品9下表面相接触。打开加热器7电源，调节变压器，热功率达到20w，通过采集仪18示数控制并记录测试样品9上、下侧温度，待温度稳定后停止加热，进而利用得到的数据根据热力学基本定律和傅里叶定律计算测试样品9的导热系数。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种平板导热仪，其特征在于：包括：外容器和置于外容器内部的测试装置；

所述外容器包括外容器底座(14)和外容器上盖(1)，外容器底座(14)上安装有外容器上盖(1)；所述测试装置包括调节顶丝(2)、压紧铁板(4)、顶部绝热层(5)、加热铜板上层(6)、加热器(7)、加热铜板下层(8)、周围绝热层(10)、测温铜板(11)和冷却铜板(12)；在所述外容器底座(14)上，从上至下依次安装有压紧铁板(4)、顶部绝热层(5)、加热铜板上层(6)、加热器(7)、加热铜板下层(8)、测温铜板(11)和冷却铜板(12)，所述加热器(7)置于加热铜板上层(6)和加热铜板下层(8)之间的槽内，加热铜板上层(6)和加热铜板下层(8)通过螺钉固定，所述加热铜板下层(8)和测温铜板(11)中间放置测试样品(9)，周围绝热层(10)将加热铜板上层(6)、加热铜板下层(8)、测试样品(9)、测温铜板(11)包住，减少热损失，冷却铜板(12)通过螺钉和测温铜板(11)固定；所述压紧铁板(4)的中部安装一调节顶丝(2)，调节顶丝(2)穿过顶部绝热层(5)与加热铜板上层(6)的上表面接触，通过调节顶丝(2)调节压紧力，所述压紧铁板(4)与冷却铜板(12)通过固定螺杆(3)固定。

2.如权利要求1所述的平板导热仪，其特征在于：所述外容器底座(14)的边缘设有垫片(13)，所述垫片(13)和外容器底座(14)上设有螺孔，外容器底座(14)和外容器上盖(1)通过螺丝(15)固定。

3.如权利要求1所述的平板导热仪，其特征在于：所述外容器底座(14)的底部焊接一圆环凸台。

4.如权利要求1所述的平板导热仪，其特征在于：所述加热器(7)采用普通电阻丝，表面由铁皮包嵌，底部保证水平光滑，加热器(7)的引线接电流表、电压表和调压表。

5.如权利要求1所述的平板导热仪，其特征在于：所述加热铜板下层(8)和测温铜板(11)的中部均设有通孔，用于安装热电偶(17)；所述每个通孔内安装三只热电偶(17)，三只热电偶(17)有一定间距，用来测量测试样品(9)上下表面的温度，并且通过三个测量温度的算术平均值作为上下表面的中心温度。

6.如权利要求5所述的平板导热仪，其特征在于：所述外容器上盖(1)顶部设有一圆孔，用于引出热电偶(17)及加热器(7)连接的铜导线(16)，以便与外部相连接。

7.如权利要求1所述的平板导热仪，其特征在于：所述冷却铜板(12)的中部设有一个贯穿通孔，用来作为冷却水的通道，冷却铜板(12)通过冷却水提供一个恒定的冷却功率，带走测温铜板(11)上的热量，使测温铜板(11)的温度保持稳定。

8.如权利要求1所述的平板导热仪，其特征在于：所述周围绝热层(10)的材料为气凝胶，用来减少热损失。

9.如权利要求1所述的平板导热仪，其特征在于：所述顶部绝热层(5)的材料包括聚四氟乙烯、尼龙12、尼龙10和聚酰亚胺；顶部绝热层(5)的中心设有通孔使调节顶丝(2)能够接触到加热铜板上层(6)，所述顶部绝热层(5)起到润滑和减少热损失的作用。