[发明专利]一种材料导热系数测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明属材料性能检测领域，涉及对建筑用板状绝热材料导热系数或热阻的检测，具体涉及一种以热板(包括芯板、防护板、背板)和冷板之间所形成的温度场模拟一维传热原理，同时用脉冲信号计量试件短时间累计的电量以计算热流量的材料导热系数测试装置和方法。

背景技术

导热系数是建筑材料的主要热工性能之一，目前常用的测试方法为稳态测试法，包括防护热板法和热流计法。从试件数量还可分为双试件法和单试件法。测试时，均将被测试件放于冷热板之间，并基于一维稳态传热原理计量通过试件的热流量、计量面积、冷热板温度等参数，从而计算得出被测材料的导热系数。其中热流计法为采用热流传感器计量通过试件的热流量，防护热板法为计量芯板加热器所消耗的电功率和芯板面积得出通过试件的热流量。目前现有采用该类方法的导热系数检测设备多为防护板尺寸300mm×300mm，计量芯板尺寸为150mm×150mm且试样为竖向放置的设备，同时热流量计量方式均为热流计法或测试直流电压和电流的电功率法。而实际测试中由于试样竖向放置导致内部温度场分布不均，防护板上下温度一致性难于控制，特别是防护板尺寸小导致由于边缘热损失难于测试厚试件及热流计法易漂移等局限，使得材料导热系数测试准确性难于保证，且对试件厚度范围限制性大。经调研，目前尚无有热板(包括芯板、护板和背板)和冷板水平放置，防护板尺寸为550mm×550mm，计量芯板尺寸为300mm×300mm，且热流量计量方式为脉冲信号计量方式，热板采用电动升降装置的导热系数检测仪。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合测试试件厚度小于100mm，热阻大于0.1m²·K/W的温度控制精度高、检测周期短、测试结果准确，并能有效避免边缘热损失和热流计漂移的影响，同时易于测试软性材料的材料导热系数测试装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

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；热板加热系统水平设置且位于冷板冷却系统上方。所述热板加热系统的芯板、防护板和背板均包括加热电阻片和金属面板。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且位于冷板冷却系统上方，热板各面板材质均为铝合金。

所述芯板为计量单元，由256mm×256mm的热电阻片和300mm×300mm的芯板面板组成；

所述防护板面板外尺寸为550mm×550mm，防护板面板以“回字形”围绕芯板面板四周且与芯板间设有3mm宽隔缝；

所述背板面板外尺寸为550mm×550mm，与防护板面板外尺寸相同，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50mm厚绝热材料隔热。

所述冷板冷却系统包括冷却器和冷板面板，冷板面板水平设置，冷板面板材质为铝合金。

所述冷却器包括至少一套半导体制冷片和散热装置，半导体制冷片均匀布置于冷板面板下方，且半导体制冷片之间设有隔热层。冷板面板外尺寸与防护板面板相同，为550mm×550mm。散热装置包括散热片和散热风扇。

所述半导体制冷片为双层制冷片，尺寸为40mm×40mm×8mm，工作电压为DC6V-32V，本发明设计为当冷板温度高于设置温度10℃时，采用12V供电，冷板温度高于设置温度仅2℃以内时，采用6V供电，其余状态为9V供电，半导体制冷片采用此阶梯型工作电压能使冷板冷却系统在测试时快速稳定达到测试设置温度。

所述电动升降系统，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。

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。该系统为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)。

所述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。该系统主要完成各强弱电转换、软件指令执行、传感器A/D信号的转换及输入输出等工作。