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专利名称：导热系数测量装置及测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及热物性测量技术领域，特别是涉及一种导热系数测量装置及具有 该导热系数测量装置的导热系数测量系统。
背景技术：
导热系数表征了材料的导热性能，是物体的重要物性参数，关系到材料在各个领 域的应用。如制冷剂的导热系数是制冷系统设计必不可少的参数依据，岩土材料导热系数 的试验和理论研究是地源热泵技术、地下电缆散热、埋地热油管路温度场等研究的一个重 要方面。目前热探针法在导热系数的测量中得到了广泛应用。2008年12月10日公告的中 国专利ZL200810040253.6中公开了一种采用热探针法测量导热系数的装置。该装置通过 稳压电源提供稳定的加热功率，然后热电偶将温度信号传入微机处理系统内，并由微机系 统进行处理、变换和显示。该装置结构简单，测量方便，可以实现液体、固体的测量，测量范 围较广，但该装置并没有提到可以实现在不同温度 下的导热系数的测量。此外，上海交通大学赵惠忠等在上海交通大学学报2007年03期发表的技术论文 《瞬时热探针法测量沸石复合吸附剂导热系数》中，对插入无限均勻样品中的探针施加恒定 电压进行加热，测量热探针温度随时间对数变化的斜率，以求得被测量样品的导热系数。测 量时采用环氧树脂胶将探针两端密封固定。但环氧树脂胶可能会容易脱落从而不能很好地 固定探针。尽管很多研究者都对热探针法测量导热系数的装置进行了深入研究，但是现有的 测量装置中往往忽略了热探针的固定问题，并且无法实现不同温度下的测量。

实用新型内容本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的 一个目的在于提出一种可很好地固定探针并可实现不同温度下测量的导热系数测量装置。根据本实用新型的一个实施例的导热系数测量装置，包括探针；加热装置，所述 加热装置外置于所述探针表面且适于对待测样品进行加热；热电偶，所述热电偶的探头置 于所述探针的外表面以采集探针温度；探针固定器，所述探针固定器用于固定所述探针、且 所述探针固定器下部表面形成有外螺纹；以及样品盛放器，所述样品盛放器用于盛放待测 样品，且其底部形成与所述外螺纹相配合的内螺纹孔以实现将探针固定器固定在所述样品 盛放器中。根据本实用新型的导热系数测量装置，可将探针很好地固定在样品盛放器中而不 易倾斜或脱落，以便更准确地进行探测，并且可实现不同温度下的测量。进一步地，待测样 品可以为粉末或颗粒状物质等固体、液体等任何探针可深入的物质，测量范围广。另外，根据本实用新型的一个实施例的导热系数测量装置还具有如下附加技术特 征[0010]所述加热装置为加热丝，所述加热丝对折后均勻地缠绕在所述探针外表面，且所述热电偶的探头经所述加热丝固定于探针外表面。所述导热系数测量装置还进一步包括用于控制测量时的环境温度的控温装置。所述探针固定器与样品盛放器的连接部分涂有密封胶以防止样品泄漏。所述探针与所述探针固定器基本垂直固定。所述探针与所述探针固定器的连接部分涂有密封胶以防止样品泄漏。本实用新型的另一个目的在于提出一种具有上述导热系数测量装置的导热系数 测量系统。根据本实用新型的另一个实施例的导热系数测量系统，包括上述导热系数测量装 置；直流稳压电源，所述直流稳压电源与所述加热装置连接，以使所述加热装置提供恒定的 加热功率；采集装置，所述采集装置用于采集热电偶测定的温度；以及用于处理采集数据 的计算机，所述计算机与所述采集装置相连。另外，根据本实用新型的另一个实施例的导热系数测量系统还具有如下附加技术 特征所述导热系数测量系统进一步包括用于保证补偿温度的温度补偿装置。所述温度补偿装置为装有冰水混合物的冰瓶。所述导热系数测量系统还进一步包括用于保证加热和采集温度同步进行的同步
信号装置。根据本实用新型的导热系数测量系统，待测样品的测量范围广，且可精确测量在 不同温度下的待测样品的导热系数。另外，在测量时计算机可自动进行运算并显示结果，使 得测量方便且精度高，结构简单且节省成本。本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述 中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中 将变得明显和容易理解，其中图1为根据本实用新型一个实施例的导热系数测量装置的结构示意图；和图2为根据本实用新型另一个实施例的导热系数测量系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的 限制。在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必 须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。下面参考图1描述根据本实用新型第一个实施例的导热系数测量装置。[0029]如图1所示，根据本实用新型的导热系数测量装置1包括探针11、加热装置12、热 电偶13、探针固定器14和样品盛放器15。其中，探针11的长径比大于20。加热装置12外置于探针11表面且用于对待测样品进行加热。在本实用新型的一 个示例中，加热装置12可为加热丝。加热丝12对折后均勻地缠绕在探针11外表面并引出 两条引线，该两条引线适于与直流稳压电源的两极相连以获得恒定的加热功率。可选地，力口 热丝12可以为直径0. 1毫米，表面有聚酯漆包层的康铜线。热电偶13的探头置于探针11的外表面以采集探针11温度，具体地，热电偶13的 探头经加热丝而固定在探针11外表面上。可选地，热电偶可采用铜-康铜T型热电偶。探针固定器14用于固定探针11。具体地，探针11与探针固定器14基本垂直固 定。在本实用新型的一个示例中，在探针U与探针固定器14的连接部分涂有密封胶17，从 而可以防止样品泄漏。另外，在探针固定器14下部表面形成有外螺纹。样品盛放器15用 于盛放待测样品，且在样品盛放器15底部形成有可与探针固定器14的外螺纹相配合的内 螺纹孔，以实现将探针固定器14固定在样品盛放器15中。另外，在探针固定器14与样品 盛放器15的连接部分还可涂有密封胶17以防止样品泄漏。在本实用新型的一个示例中，还进一步包括用于控制测量导热系数时的环境温度 的控温装置16，如图1所示。可选地，控温装置16可为恒温水浴，在0°C -100°C之间精确地 控制环境温度，从而可实现在不同温度下对待测样品的导热系数的测量。根据本实用新型的导热系数测量装置1，可将探针很好地固定在样品盛放器15中 而不易倾斜或脱落，以便更准确地进行探测，并且可实现不同温度下的测量，另外，还可便 于观察待测样品的量是否没过探针的顶部。进一步地，待测样品可以为粉末或颗粒状物质 等固体、液体等任何探针可深入的物质，测量范围广。下面根据图2详细描述根据本实用新型的第二个实施例的导热系数测量系统。如图2所示，根据本实用新型的导热系数测量系统包括上述导热系数测量装置1、 直流稳压电源2、采集装置3和计算机4。其中，直流稳压电源2的两极与加热丝12引出的 两条引线分别连接，用于向加热丝12提供恒定的电压以使加热功率恒定。在本实用新型的 一个示例中，在加热丝12和直流稳压电源2之间还可设有三极管7，该三极管7还与采集装 置3连接。采集装置3与热电偶13相连，用于采集热电偶13测定的温度。计算机4与采 集装置3相连，用于处理采集到的数据。在本实用新型的另一个示例中，导热系数测量系统进一步包括用于保证补偿温度 的温度补偿装置5。可选地，该温度补偿装置5为装有冰水混合物的冰瓶。热电偶13与探 头对应的另一端放入冰瓶5中，且从冰瓶5中引出补偿导线与采集装置3相连。冰瓶5可 保证补偿温度为0度。在本实用新型的再一个示例中，导热系数测量系统还进一步包括用于保证加热和 采集温度同步进行的同步信号装置6。可选地，同步信号装置6可为1.5伏的普通电池。开 始采集时，通过采集装置提供给三级管7 —个信号脉冲，此时加热通路打开，从而可保证采 集和加热同步进行。下面根据图2描述根据本实用新型的导热系数测量系统在测量待测样品的导热 系数时的工作过程。首先，将样品放入待测样品盛放器15中，其中待测样品的量应没过探针11底部。[0041]然后，由直流稳压电源2提供给加热丝12恒定的加热功率，从而对待测样品进行 加热，并且由冰瓶5中的冰水混合物使补偿温度保持在0°C。再后，热电偶13测定待测样品的温度并提供给采集装置3最后，采集装置3将采集到的温度及时间通过计算机4显示，并利用计算机4中现 有的程序可以很快计算出导热系数。根据本实用新型的导热系数测量系统，待测样品的测量范围广，且可精确测量在 不同温度下的待测样品的导热系数。另外，在测量时计算机可自动进行运算并显示结果，使 得测量方便且精度高，结构简单且节省成本。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解 在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求一种导热系数测量装置，其特征在于，包括探针；加热装置，所述加热装置外置于所述探针表面且适于对待测样品进行加热；热电偶，所述热电偶的探头置于所述探针的外表面以采集探针温度；探针固定器，所述探针固定器用于固定所述探针、且所述探针固定器下部表面形成有外螺纹；以及样品盛放器，所述样品盛放器用于盛放待测样品，且其底部形成与所述外螺纹相配合的内螺纹孔以实现将探针固定器固定在所述样品盛放器中。
2.根据权利要求1所述的导热系数测量装置，其特征在于，所述加热装置为加热丝，所 述加热丝对折后均勻地缠绕在所述探针外表面，且所述热电偶的探头经所述加热丝固定于 探针外表面。
3.根据权利要求1所述的导热系数测量装置，其特征在于，进一步包括用于控制测量 时的环境温度的控温装置。
4.根据权利要求1所述的导热系数测量装置，其特征在于，所述探针固定器与样品盛 放器的连接部分涂有密封胶以防止样品泄漏。
5.根据权利要求1所述的导热系数测量装置，其特征在于，所述探针与所述探针固定 器基本垂直固定。
6.根据权利要求5所述的导热系数测量装置，其特征在于，所述探针与所述探针固定 器的连接部分涂有密封胶以防止样品泄漏。
7.一种导热系数测量系统，其特征在于，包括根据权利要求1-6中任一项所述的导热系数测量装置；直流稳压电源，所述直流稳压电源与所述加热装置连接，以使所述加热装置提供恒定 的加热功率；采集装置，所述采集装置用于采集热电偶测定的温度；和用于处理采集数据的计算机，所述计算机与所述采集装置相连。
8.根据权利要求7所述的导热系数测量系统，其特征在于，进一步包括用于保证补偿 温度的温度补偿装置。
9.根据权利要求8所述的导热系数测量系统，其特征在于，所述温度补偿装置为装有 冰水混合物的冰瓶。
10.根据权利要求7所述的导热系数测量系统，其特征在于，进一步包括用于保证加热 和采集温度同步进行的同步信号装置。
专利摘要一种导热系数测量装置，包括探针；加热装置，外置于所述探针表面且适于对待测样品进行加热；热电偶，其探头置于所述探针的外表面以采集探针温度；探针固定器，用于固定探针、且下部表面形成有外螺纹；以及用于盛放待测样品的样品盛放器，其底部形成与外螺纹相配合的内螺纹孔以将探针固定器固定在样品盛放器中。本实用新型的导热系数测量装置，可将探针很好地固定在样品盛放器中而不易倾斜或脱落，并可实现不同温度下的测量。本实用新型还公开一种具有上述导热系数测量装置的导热系数测量系统，还包括直流稳压电源，与所述加热装置连接，使加热装置提供恒定的加热功率；采集装置，用于采集热电偶测定的温度；和用于处理采集数据的计算机。
文档编号G01N25/20GK201716277SQ20102010873
公开日2011年1月19日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者刘娜, 程文龙, 谢鲲, 马然 申请人:中国科学技术大学