[发明专利]一种基于温差发电的材料热导率测试装置与方法

说明书

本申请公开了一种基于温差发电的材料热导率测试装置与方法，本装置包括测试支架、上传热结构、下传热结构、应力加载装置、温度传感器、数据采集元件、原位测厚单元、待测试试样、保温层和隔热层；启动均温加热板与均温散热板，均温并使用温度传感器采集其温度数据，使用数据采集元件采集上热电片与下热电片电压数据，利用热电片电压与温度和热流量的性能曲线得到待测试试样两端温度和通过试样热流量，计算得出试样热导率。本申请装置组装构成简单，测试过程简洁明了，大大提升热导率的测试效率；由于标定过程接触热阻的存在使得测试过程获取待测试试样两端温度信息的简单准确，操作方便。

技术领域

本发明属于材料导热性能测试技术领域，特别是涉及一种基于温差发电的材料热导率测试装置与方法。

背景技术

热导率是表征材料传热性能的物理量，是最基本的热物性参数之一。目前热导率的测量方法建立在一维稳态傅里叶导热定律的基础上，当试样受热面与试样冷面保持恒定温度时，试样内部存在温度梯度，热量自发从温度较高一面传向温度较低一面。如果忽略径向热损失，可以认为材料存在轴向一维稳态热流传递。根据通过试样的热流密度和试样两端的温度梯度，即可通过一维傅里叶导热定律计算其热导率。

基于一维稳态傅里叶导热定律的热导率测量方法，热流密度的获取需要在测试系统中加入热流计，热电偶开孔插入热流计中获得纵向温度梯度并外推获得界面温度，使得测试热导率的装置较为复杂；热电偶的存在不仅影响纵向一维的热流传递，破坏结构导致传热误差的问题，同时因为接触热阻等因素外推得到的两端温度与实际温度存在误差，对材料热导率的高精度测量要求影响很大。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于温差发电的材料热导率的测试装置及方法，以解决现有技术中因接触热阻等因素使得热电偶测得材料两端温差误差较大、热电偶的插入破坏结构导致传热误差、热导率测试装置较复杂的问题。

为了实现本发明目的，本发明公开了一种基于温差发电的材料热导率测试装置，包括测试支架、上传热结构、下传热结构、待测试试样和保温层；测试支架包括顶板、支撑支架和底板，顶板和底板分别设置于支撑支架的顶部和底部，上传热结构、待测试试样和下传热结构由上而下依次装配在顶板和底板之间；上传热结构包括隔热层、加热装置和上热电片，由上而下依次设置；下传热结构包括下热电片和散热装置，由上而下依次设置；待测试试样的外侧包覆保温层减少径向热损失；通过测量上传热结构和下传热结构中热电片电压与温差，得到待测试试样上下表面温度数据，通过傅里叶导热定律计算待测试试样热导率。

进一步地，加热装置包括均温加热板、上电子调压器和上温控仪；上温控仪与上电子调压器电性连接，上电子调压器与均温加热板电性连接，均温加热板为待测试试样提供热源；散热装置包括均温散热板、下电子调压器和下温控仪；下温控仪与下电子调压器电性连接，下电子调压器与均温散热板电性连接，均温散热板作为待测试试样的热沉。

进一步地，上热电片或下热电片由陶瓷基底、金属导体、P型半导体、N型半导体组成；P型半导体、N型半导体焊接在金属导体上，并通过上下陶瓷基底封装而成；当启动加热装置控制均温加热板产生热流通过热电片，可近似热流沿热电片纵向一维传热，上陶瓷基底顶部均温加热板与下陶瓷基底底部待测试试样间形成温度梯度。

进一步地，温度传感器与均温加热板和均温散热板电性连接，用于采集均温加热板和均温散热板的温度数据；数据采集元件与上热电片和下热电片电性连接，用于采集上热电片和下热电片的电压数据。

进一步地，应力加载装置位于测试支架底部，用于对待测试试样施加压力；压力传感器位于应力加载装置与测试支架底板之间，用于测量应力加载装置施加压力大小；隔热层位于测试支架顶板与均温加热板之间；原位测厚单元与待测试试样上下表面连接，用于测量待测试试样实际厚度。

为了实现本发明的目的，本发明还公开了一种基于温差发电的材料热导率测试方法，包括以下步骤：

步骤1、对上热电片、下热电片热电特性性能曲线进行标定；