[实用新型]基于独立型传感器的谐波法测量材料蓄热系数装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及蓄热材料蓄热系数测试技术领域，是一种基于独立型传感器的谐波法测量材料蓄热系数装置，应用于多孔固体、复合相变材料以及纳米粉末等蓄热材料蓄热系数无损测试。

背景技术

蓄热系数作为一个评价材料与其周围介质换热快慢的参数，对其准确的测量一直以来受到很多的关注。尤其随着各种形态的新型蓄热材料的增多，对这些新材料蓄热性能的评价对于探究其潜在应用领域极为有用。近二十年来发展起来基于谐波探测的3ω技术一直被认为是测量固体及薄膜热物性参数(热导率、热扩散率和蓄热系数)的一种有效手段。用3ω技术测量材料的蓄热系数时，需要在待测材料表面制备具有一定尺寸和形状的平面形金属传感器，把该微型金属传感器同时作为加热器和温度传感器，然后根据热波频率与温度变化的关系求得待测材料的蓄热系数。分析该测试方法特点发现，该方法不能实现固体样品的无损检测，并且需要重复对单个样品进行绝缘膜(测量导电固体时)及平面形金属传感器的制备，因此实施工艺复杂，成本代价也较高。另外，除非先将平面形金属传感器制备在一个标准材料上，否则该方法无法用来测量液体及粉末材料的蓄热系数，但是这个标准材料的加入将造成热量在平面形金属传感器两侧分配不均从而引起极大的测量误差。为了解决上述问题，我们采用独立型传感器来实现蓄热系数的测量。所述独立型传感器是指具有下列特征的传感器：测试时与待测样品接触完成测试过程、测试完成后与之分离可单独存放且反复使用。我们所使用的专用于材料蓄热系数测试的独立型传感器具有以下优点：首先，独立型传感器上层为柔性覆盖膜，底层为柔性衬底，且柔性衬底及柔性覆盖膜本身就是绝缘膜，能实现导电样品蓄热系数的测量，也省略了事先在导电样品上制备绝缘层的工序；其次，柔性衬底和柔性覆盖膜对平面形金属传感器有保护作用，构成的独立型传感器具有一定的机械强度，可以重复使用，这就省略了再在待测样品上制备平面形金属传感器的工序；再者，独立型传感器实现了对液体和粉末材料蓄热系数的测量并且能保证高的测量精度。

实用新型内容

本实用新型目的是解决现有基于谐波探测的3ω测量技术在测试材料蓄热系数时需要重复制备平面形金属传感器、绝缘困难以及无法准确表征液体和粉末样品等技术缺陷，为此，本实用新型提供一种基于独立型传感器的谐波法测量材料蓄热系数装置，其独立型传感器能重复使用、保证平面形金属传感器与待测样品绝缘，可用于多孔固体、复合相变材料以及纳米粉末等蓄热材料蓄热系数无损测试。

为达成所述目的，本实用新型的技术解决方案是：

一种基于独立型传感器的谐波法测量材料蓄热系数装置，包括恒温恒压腔，恒温恒压腔为密封体，表面为金属外壳，外壳内壁固接有保温层，保温层内是内腔，金属外壳设有密封的门或盖；其还包括：独立型传感器、样品储罐、温度和压力调节系统、谐波测量单元，其中：

温度和压力调节系统包括温度和压力传感器、温度和压力控制器、进气系统、TEC加热/冷却器，其温度和压力传感器悬置于内腔中，进气系统输出与内腔密封相通连，TEC加热/冷却器置于恒温恒压腔的保温层内；温度传感器、TEC加热/冷却器与恒温恒压腔外的温度控制器电连接，压力传感器、进气系统与恒温恒压腔外的压力控制器电连接；

样品储罐放置在恒温恒压腔内腔中，并置于内腔的底面上，样品储罐上端贯通设置有引线杆；

独立型传感器位于样品储罐中，独立型传感器的引线端与样品储罐上端的引线杆内端电连接，样品储罐引线杆外端的引线头经导线与恒温恒压腔外的谐波测量单元电连接，谐波测量单元用谐波法测量独立型传感器两端的基波电压及三次谐波电压，并计算独立型传感器的温升和电流频率的关系；

谐波测量单元设于控制主机中；

测量时，待测样品置于样品储罐中，独立型传感器置于待测样品中。

所述的测量材料蓄热系数装置，其所述独立型传感器，包括：衬底、平面形金属传感器、覆盖膜和四个引线件；平面形金属传感器由宽S形导电金属带首尾相接平布固接于柔性衬底上表面，构成一栅栏状平面；平面形金属传感器一侧电连接有四个向外延伸的引线件，四个引线件相互平行设置，各引线件外端为引线端，引线件、引线端固接于柔性衬底上表面；在衬底、平面形金属传感器、引线件上方固接一层柔性覆盖膜，四个引线端暴露于覆盖膜外，形成一具有机械强度的平板状体；平面形金属传感器、引线件、引线端的厚度为几十微米级；

样品储罐有四个引线杆，与引线端一一对应；两个外侧的引线端分别与样品储罐的外侧引线杆内端电连接，接入电流，周期对平面形金属传感器电加热；另两个中间的引线端分别与样品储罐的中间引线杆内端电连接，输出电压。