[发明专利]线脉冲感应热激励测量面内导温系数的装置的测试方法

说明书

本发明公开了一种线脉冲感应热激励测量面内导温系数的装置及其测试方法，属于测量材料热物性参数方法技术领域。该装置包括用于固定试件可旋转角度的夹具，具有视频输出的红外热像仪以及带有视频输入的计算机，感应热激励系统的激励线圈、激励探头、激励控制器及水冷循环系统，其中激励线圈安装在激励探头上。测量中将激励线圈贴近被测试件的一面，红外热像仪从试件另一面垂直对准被测试件。该装置使用方向性脉冲涡流加热的新型加热方式，根据实际测量的需要，改变激励线圈的方向，可以快速无损非接触的测量材料在垂直线圈方向上导温系数的分布情况，操作简单，测量速度快，精度高，但只适用于导电材料。

技术领域

本发明涉及一种线脉冲感应热激励测量面内导温系数的装置及其测试方法，属于测量材料热物性参数方法技术领域。

背景技术

导温系数是表征材料导热性能的重要指标，是物体重要属性，测量方法众多，目前主要有稳态法和非稳态法两大类。稳态法测量时间长，对试件尺寸形状测量环境要求严格，测量的温度范围与导温系数范围较窄，主要适用于在中等温度下测量中低导温系数材料。非稳态法主要包括瞬态热流法与周期热流法两大类。随着红外热成像等非接触快速测温技术的飞速发展，非稳态法以测量精度高、速度快、应用范围广等优点得到了广泛的应用，尤其适合于高导温系数材料以及高温下的测量。

在非稳态法中需要外部进行热激励，常见加热源有激光、加热灯、热风枪、加热丝、加热棒等，其中脉冲类热源较少，主要有激光和加热灯等。以闪光法为代表的瞬态热流法，由Parker于1961年提出，就是利用脉冲光源对薄圆盘形试件正面进行均匀加热，通过圆盘背面达到温度最大值的一半时间来计算材料的导温系数。但满足激励强度的激光器价格昂贵对准调节复杂，被测试件加工复杂需要严格的预处理，且该方法利用激光对材料厚度方向进行测量，仅限对一整块材料测量获得整体的导热性能，对各向异性材料以及材料面内各个方向导温系数的分布测量存在明显的局限性。

发明内容

为了获取导电材料面内不同方向的导温系数，本发明提出了一种线脉冲感应热激励测量面内导温系数的装置及其测试方法，将多用在现代无损检测领域的脉冲电磁感应加热技术应用到了材料热物性参数的测量中，具有操作简单、抗干扰、快速、无损非接触等优点，同时保证了高精度。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种线脉冲感应热激励测量面内导温系数的装置，包括用于固定被测试件的可旋转角度的夹具、红外温度测量设备以及激励线圈、激励探头、激励控制器和水冷循环系统，其中激励线圈安装在激励探头上，激励探头与激励控制器相连，水冷循环系统与激励控制器连接。

所述红外温度测量设备采用具有视频输出的红外热像仪以及带有视频输入的计算机，红外热像仪的视频输出端连接计算机。所述激励线圈采用空心矩形线圈。

线脉冲感应热激励测量面内导温系数装置的测试方法，包括如下步骤：

第一步：将被测试件加工成厚度有限的平滑薄板，固定安置在可旋转角度的夹具上；

第二步：将激励线圈沿确定方向贴近被测试件的一面，红外热像仪从被测试件的另一面垂直对准被测试件；

第三步：开启水冷循环系统启动激励控制器，设定好激励时间、电流大小，激励一次后，被测试件靠近激励线圈的表面感生出与激励电流同频反向的感应涡流，红外热像仪及连接的计算机采集被测试件温度变化的序列热图。

由于涡流的边缘效应，涡流易集中在试件的边缘，第一步中的被测试件在热流传递方向上的长度足够长，一般大于8cm，且大于在观测时间内热流实际传递距离的2.75倍，保证试件在被测方向上热流的单向传递。

第三步中所述被测试件靠近激励线圈的表面感生出与激励电流同频反向的感应涡流，感应涡流在垂直线激励方向产生的温度分布符合高斯分布。

所述高斯分布函数峰值下降到处宽度的平方值σ²与导温系数α有如下线性关系：