[发明专利]一种热扩散系数测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种热扩散系数测量装置及方法。该装置包括：半导体制冷片TEC、上加热板、下加热板、第一恒温控制器、第二恒温控制器、温控模块、第一热电偶、第二热电偶、数据采集系统以及计算机；通过恒温控制器使加热板保持一恒定温度，再由温控模块控制半导体制冷片一面产生固定频率的温度余弦波，一面温度保持不变，将试样放置在半导体制冷芯片的温度变化面上，通过温度传感器和数据采集系统对每一时刻的温度变化数据进行检测、采集和分析，从而计算得到热扩散系数。本发明测量装置具有结构兼容性良好、功耗低、体积小等特点，且本发明提供的方法计算精度高。

技术领域

本发明涉及材料热物性测量领域，特别是涉及一种热扩散系数测量装置及方法。

背景技术

复合材料一般由增强纤维和树脂构成，在固化过程中，树脂发生固化反应，其物性参数发生变化。树脂及树脂复合材料在工业中常被用作结构件或粘合涂层。热扩散系数是一个十分重要的热物性参数，电子设备在使用过程中产生的热量可能导致温度梯度过大，从而导致部件失效。故确定热扩散系数，并计算树脂固化过程中的温度梯度变化是一项有意义的工作。

现有的热扩散系数的测量装置大体可分为基于稳态方法的测量装置与基于非稳态方法的测量装置。

基于稳态方法常用的测量方法有热平板法测量装置、同轴圆柱法测量装置等。热平板法需要较大的样品数量，且一般需要增加热防护结构，这导致其结构复杂、装置体积较大。

目前常用的非稳态测量方法有瞬态热线法、脉冲热源法、闪光法、红外激光散射法、周期性热源法等。其中，瞬态热线法测量装置中，探头与待测材料接触面积小，不太适用于松散材料的测量；激光脉冲法装置中，激光发生器较为昂贵，且光学调试过程复杂；闪光法和激光反射法测量装置均不能实现对透明材料进行测量；同时，这些光散射方法所用仪器昂贵、操作复杂、对周围环境有严格要求，大大限制了树脂材料热物理性能的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种热扩散系数测量装置及方法，其测量原理是在一定距离的两次温度测量的基础上，利用施加的周期性温度变化的频率，可以计算出热扩散系数。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种热扩散系数测量装置，包括：半导体制冷片TEC、上加热板、下加热板、第一恒温控制器、第二恒温控制器、温控模块、第一热电偶、第二热电偶、数据采集系统以及计算机；

所述温控模块用于输出功率，使得所述半导体制冷片TEC的上端面的温度为余弦变化；

树脂试样设置在所述半导体制冷片TEC的上端面，所述上加热板设置在所述树脂试样的上端面，所述第一恒温控制器与所述上加热板连接，用于控制所述上加热板为所述树脂试样的上端面加热，使所述树脂试样的上端面保持恒定温度；

所述下加热板设置在所述半导体制冷片TEC的下端面；所述第二恒温控制器与所述下加热板连接，用于控制所述下加热板为所述半导体制冷片TEC的下端面加热，使所述半导体制冷片TEC的下端面保持恒定温度；

所述第一热电偶和所述第二热电偶分别设置在所述树脂试样的下表面和中间截面，用于采集所述树脂试样的下表面温度和中间截面温度；

所述数据采集系统与所述第一热电偶和所述第二热电偶连接，用于采集所述树脂试样的下表面温度和中间截面温度；

所述计算机与所述数据采集系统连接，用于根据所述树脂试样的下表面温度和中间截面温度计算树脂试样的热扩散系数。

可选地，所述上加热板中设置有第一温度传感器，用于检测所述上加热板的温度，并将检测到的上加热板的温度反馈至所述第一恒温控制器，所述第一恒温控制器根据反馈的上加热板的温度对所述上加热板进行控制。