[发明专利]一种材料导热系数测试装置及方法

权利要求书

1.一种材料导热系数测试装置，包括：热板加热系统、冷板冷却系统、电动升降系统、热流量计量系统、电气控制与测量系统和工控机软件控制系统；热板加热系统包括芯板、防护板和背板，冷板冷却系统包括冷却器、冷板面板，其特征在于，热板加热系统水平设置且位于冷板冷却系统上方；电动升降系统包括支杆、升降托、丝杠、驱动电机；其中丝杠安装在驱动电机上方且带动升降托移动，同时升降托带动两端支杆对热板施力；升降支杆与热板间设有可脱离连接结构。

2.根据权利要求1所述的材料导热系数测试装置，其特征在于，芯板、防护板和背板均包括加热电阻片和金属面板；芯板为计量单元，防护板以“回字形”围绕芯板四周；背板位于芯板和防护板上方且与防护板和芯板之间采用均匀热阻的绝热材料隔热。加热电阻片为双热面加热器，热板加热系统的各面板水平设置。

3.根据权利要求1所述的材料导热系数测试装置，其特征在于，热板各面板材质均为铝合金，防护板外尺寸为550mm×550mm，防护板面板与芯板面板间设有3mm宽隔缝。

4.根据权利要求1所述的材料导热系数测试装置，其特征在于，所述热流量计量系统包括芯板电功率测量装置、电量脉冲转换器、脉冲计数采集器。该热流量计量系统将芯板加热器消耗的电能通过电量脉冲转换器转换成脉冲信号，再利用脉冲计量采集器将不同材料稳态传热时所产生的单位时间内的脉冲数目进行数字采集存储。

5.根据权利要求1所述的材料导热系数测试装置，其特征在于，冷板冷却系统的冷却器包括至少一套半导体制冷片和散热装置，冷板面板外尺寸与防护板面板相同，为550mm×550mm，冷板面板水平设置，冷板面板材质为铝合金。

6.根据权利要求1所述的材料导热系数测试装置，其特征在于，电气控制与测量系统包括电磁继电器、32路输出量开关板卡、15路温度模拟信号模块和1路脉冲计量采集模块、12VDC和24VDC电源、485和RS232转换器。

7.一种材料导热系数测试方法，其导热系数测试装置包括热板加热系统、冷板冷却系统、电动升降系统、热流量计量系统、电气控制与测量系统和工控机软件控制系统；其特征在于，该测试方法采用电动升降系统控制热板的升降；操作时，在水平上下设置的热板和冷板之间放入测试试件，放置后启动驱动电机，使热板在升降支杆的带动下逐渐下落；对于硬质材料，当热板与测试试件接触后，升降支杆脱离热板，使热板以自重着力于测试试件上方；对于软质材料，升降支杆使热板与冷板间距固定，用升降支杆托举热板。

8.根据权利要求8所述的材料导热系数测试方法，其特征在于，热板加热系统、冷板冷却系统均采用PID控制，在热板加热系统的芯板、防护板和背板中均埋有至少一个温度传感器。

9.根据权利要求9所述的材料导热系数测试方法，其特征在于，热流量计量系统将芯板加热器消耗的电能通过电量脉冲转换器转换成脉冲信号，再利用脉冲计量采集器将不同材料稳态传热时所产生的单位时间内的脉冲数目进行数字采集存储(每次在单位时间间隔内采集的脉冲信号下次采集时清零)，并通过灵敏度换算成平均功率得到样品内部的热流量，最终通过除以计量面积得到材料的热流密度。

10.根据权利要求10所述的材料导热系数测试方法，其特征在于，电气控制与测量系统采集热板加热系统、冷板冷却系统的各板温度和室内环境温湿度以及脉冲数目、采集时间信息，经A/D信号转换模块，将数字信号依据软件程序显示、计算并存储。

11.根据权利要求10、11所述的材料导热系数测试方法，其特征在于，工控机软件控制系统主要完成检测采样时间间隔、测试次数、检测条件设置和稳定条件设置，同时实现系统数据(包括温度和脉冲数目)的存储、计算、温度曲线和埋于各冷热板内传感器空间温度立体图的绘制以及各系统允许指令的发送；稳定条件设置是指自动判断连续记录数据稳定性，即判断连续后四组数据偏差不大于1％。