[发明专利]双螺旋平面结构谐波法测试材料热物性参数的装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料物性测试技术领域，尤其涉及一种双螺旋平面结构谐波法测试材料热物性参数的装置。

背景技术

热导率(λ，又称导热系数)和吸热系数(定义为热导率λ和热容ρc_p乘积的平方根，是分别衡量材料热传输和储／放热性能的两个关键热物性参数。它们对于评价建筑节能材料性能的好坏尤为重要。因此，针对这两个参数的精确测量装置／方法的研究具有现实的意义。

在现有热物性测量方法中，几乎所有的装置／方法只能得到一个热物性参数：热导率或者吸热系数。这主要是由所采用的传感器的金属加热／温度测量单元的特定形状结构决定的。以目前广泛应用于材料热物性表征领域的基于交流加热的谐波探测技术为例，采用数十微米宽、数毫米长的矩形带状金属作为加热／温度传感器，只能得到热导率这一参数；而采用一系列平行布置且首尾相接带状金属构成的栅栏状加热／温度传感器，只能得到吸热系数这一参数。

图1为现有技术基于栅栏状加热／温度传感器的谐波法测试装置的示意图。对于图1所示的谐波法测试装置，测试时以数根平行布置的金属带首尾相接对待测样品进行均匀加热。

然而，在实现本发明的过程中，申请人发现上述的谐波测试装置存在如下缺陷：由于无法向待测样品施加压力，因此无法保证传感器与待测样品充分接触，在这种情况下，对待测样品进行加热和从待测样品反馈信号均会收到影响，从而无法得到准确的热物性参数。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种双螺旋平面结构谐波法测试材料热物性参数的装置，以保证传感器和待测样品能够充分接触。

(二)技术方案

本发明提供了一种双螺旋平面结构谐波法测试材料热物性参数的装置。该装置包括：样品固定台，包括：横截面呈“凹”字型的底座；以及由底座的两侧分别向中间延伸并分别抵压住待测样品的左抵压部件和右抵压部件；双螺旋平面结构传感器，包括：柔性衬底，其材料为绝缘材料；形成于柔性衬底上的由一系列同心圆环组成的双螺旋平面结构，其材料为金属材料；以及通过胶黏层覆盖于双螺旋平面结构上方的柔性覆盖膜，其材料为绝缘材料；其中，在样品固定台的两抵压部件作用下，该双螺旋平面结构传感器的两外侧面分别与待测样品充分接触。

优选地，本发明装置中，底座的两侧面各有一圆孔，该圆孔内侧具有内螺纹；左抵压部包括：左移动顶杆和固定于该左移动顶杆末端的左移动端面；右抵压部包括：右移动顶杆和固定于该右移动顶杆末端的右移动端面；其中，左移动顶杆和右移动顶杆的对应位置具有与内螺纹相匹配的外螺纹，左移动端面和右移动端面固定于相应移动顶杆的内侧，垂直于顶杆方向设置。

优选地，本发明装置中，金属材料为铜、银、镍、金或铂；绝缘材料聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯；胶黏层的材料为EVA类热熔胶或邦林热熔胶。

优选地，本发明装置中，双螺旋平面结构中，同心圆环的宽度介于10μm～1000μm之间，相邻两同心圆环之间的间隔介于50μm～1000μm之间。

优选地，本发明装置中，双螺旋平面结传感器中：双螺旋平面结构的厚度介于0.2μm～100μm之间，直径介于5mm～50mm之间，柔性衬底及柔性覆盖膜厚度在12.5μm～50μm之间，胶黏层厚度在5μm～40μm之间。

优选地，本发明装置中，待测样品为固体样品或流体样品；当待测样品为固体样品时，双螺旋平面结构传感器的两外侧面分别与位于相应侧的固体样品充分接触；当待测样品为流体样品时，该装置还包括：流体样品容器，流体样品盛放于该流体样品容器中，左抵压部件和右抵压部件分别从两侧顶住该流体样品容器，双螺旋平面结构传感器垂直埋入流体样品中。

优选地，本发明装置中，流体样品容器为袋状容器或两侧开口的筒状容器。

优选地，本发明装置还包括：温控容器，呈圆桶形，样品固定台以及双螺旋平面结构传感器均位于该温控容器中。

优选地，本发明装置包括：谐波测量单元，其两电流引线端分别电性连接至双螺旋平面结构传感器的第一端和第二端，并通过两者向双螺旋平面结构传感器提供周期正弦加热电流；其两探测电压引线端分别电性连接至双螺旋平面结构传感器的第一端和第二端，并通过两者探测双螺旋平面结构传感器两端的电压值，该电压值包括各频率下基波电压平均值V_1ω，以及三次谐波电压与自然对数频率曲线V_3ω～1nω。