[发明专利]一种热物性探头

说明书

本发明提供一种热物性探头，包括：有绝缘膜层的热丝螺旋状绕制而成的探体；附着于探体外壁的保护层；连接所述探体两个引出线的两个接线端子。探体包括细长圆筒丝状、细长圆筒针状及双螺旋圆片状接头，分别基于瞬态热线法、瞬态热针法和瞬态热面法测试物质的热物性参数。该热物性探头制作工艺简单，生产成本低廉；在相同热物性探头尺寸下，探头阻值可增加数倍至数十倍，可有效降低采集设备的需求精度；该热物性探头结构排布精密，测试精度高，有效降低探头尺寸，降低了对测试样品质量要求；该热物性探头可实现丝、针及双螺旋面三种典型结构集成在同一台测试装置上，完成大部分物质的热物性测试，通用性强，实用性强，易于推广。

技术领域

本发明涉及热物性测量领域，具体是一种各类物质的导热系数和比热容的测量探头。

背景技术

物质的导热系数和热扩散系数是重要的物性参数，是所有涉及到热量传递环节设计所必需的基本参数。导热系数测试方法主要包括稳态法和瞬态法。稳态法存在测试周期长，操作复杂，对样品形状要求高，样品量大等缺点，目前基本被瞬态法所替代。瞬态法主要包括热线法、热面法和闪光法。闪光法主要用来测试高导热固体材料，对样品表面及形状要求非常高，应用范围窄。目前通用的商业热物性测试装置主要是瞬态热面法和瞬态热线法。瞬态热面法是瑞典Chalmer理工大学的Silas Gustafsson教授于上世纪80年代提出的一种双螺旋圆片结构，HotDisk AB公司通过对整片的热敏材料金属镍刻蚀制作该结构探头，其刻蚀工艺复杂且成本高，受镍本身材质限制以及绝缘需要，探头阻值偏低，对采集设备精度要求很高，导致整套测试设备近百万。瞬态热线法根据探头形状又扩展为线状和针状结构。线状结构多采用铂丝或钽丝等贵重金属热敏材料，长度一般在几厘米，探头整体结构复杂且阻值更低，对采集设备精度要求更高，整套采集设备更加昂贵；针状结构主要在金属管孔内加入多股微细铜丝等热敏材料，注入导热硅脂等导热胶强化传热，管径基本在1-5mm左右，内部铜丝很难均匀填充，导热硅脂也不易完全填充内部孔隙，传热并不均匀，考虑到端部能量损失，一般针状结构长径比要达到100，所以针长度要长于10cm，对样品量要求过大，且测试精度差。

发明内容

为了克服以上不足，本发明提供了一种制作工艺简单、成本低廉、阻值高且排布结构精密的热物性探头。

现有热物性探头制作工艺复杂，技术门槛高，探头阻值偏低需要高精度采集设备，导致通用型热物性采集装置价格极其昂贵，限制了相关产业快速发展。为此，本发明在系统分析了各类探头结构的基础上，结合超细丝绕制工艺，提出：采用热敏材质的超细丝精细绕制成双螺旋圆片状、针状及丝状的探头，在强化探头结构精度的前提下，提高同尺寸探头电阻，同时有效降低工艺难度和生产成本。实验结果表明：绕制的针、丝状探头电阻在同尺寸下可增加1-30倍，以目前工艺条件，最细线径可达0.06mm，与热线法单发热线线径在同一个数量级；绕制的双螺旋圆片状探头电阻在同尺寸下可增加3～30倍；探头电阻值增加可有效降低对高精度高速万用表的依赖，在保证测试精度前提下，采集分辨率可从六位半降低至五位半乃至五位即可；此外，探头绕制工艺简单，原材料如漆包铜丝来源广泛，生产成本仅为其它探头的几十分之一，经济效益明显。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种热物性探头，包括：

由热丝螺旋状绕制而成的探体。

优选的，所述探体为细长圆筒状结构或双螺旋圆片状结构。

优选的，所述的细长圆筒状探体为热丝对折后双线绕制，两个引出线从细长圆筒状结构一端引出；

优选的，细长圆筒状探体为热丝单线绕制，两个引出线从细长圆筒状结构两端各引出一个。

更优选的，所述的细长圆筒状探体有圆柱骨架，圆筒内壁与圆柱骨架内壁贴合。

更优选的，由两个细长圆筒状探体连接组成双热线或平行双热线探头。