本發(fā)明屬于固體粉末熱物性測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于穩(wěn)態(tài)法測(cè)量粉末導(dǎo)熱系數(shù)的裝置。

背景技術(shù)：

粉末絕熱材料具有質(zhì)輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、化學(xué)穩(wěn)定性高、阻燃性好等優(yōu)點(diǎn)，包括膨脹珍珠巖、氣凝膠、空心玻璃微珠等，是一類重要的絕熱材料。準(zhǔn)確測(cè)量粉末絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)是研究粉末絕熱技術(shù)的關(guān)鍵。

根據(jù)熱傳遞的特點(diǎn)，導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試方法可歸納為穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法。穩(wěn)態(tài)法符合絕熱材料的實(shí)際傳熱規(guī)律，能夠準(zhǔn)確獲得樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。由于絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)非常低，一般基于穩(wěn)態(tài)法。穩(wěn)態(tài)法是以傅立葉一維傳熱定律為理論依據(jù)，要求在待測(cè)樣品內(nèi)部的熱量傳遞達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，也就是使待測(cè)樣品內(nèi)部建立一個(gè)穩(wěn)定的溫度分布，通過測(cè)定加熱功率、傳熱截面積以及溫度梯度來計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)。這種方法計(jì)算公式簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確，可用于寬溫區(qū)測(cè)量，但此方法測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，并對(duì)測(cè)量環(huán)境(如測(cè)量系統(tǒng)的絕熱條件、測(cè)量過程中的溫度控制、樣品的形狀尺寸等)的要求較為苛刻。

測(cè)量粉末絕熱材料在低溫下的導(dǎo)熱系數(shù)的裝置已有一些報(bào)道。目前，測(cè)量粉末低溫導(dǎo)熱系數(shù)的裝置主要是低溫量熱器，F(xiàn)esmire等用一種同心圓柱低溫量熱器測(cè)試了三種粉末類絕熱材料(膨脹珍珠巖、氣凝膠、空心玻璃微珠)在78K-293K溫度下不同真空度狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)，其測(cè)試工作發(fā)表在《低溫工程進(jìn)展》2003年第49卷710期612-618頁(Fesmire J E,Augustynowicz S D.Thermal performance testing of glass microspheres under cryogenic vacuum conditions[J].Advances in Cryogenic Engineering；Volume 49A,2003,710:

612-618.)。Fesmire等用的低溫量熱器基于穩(wěn)態(tài)法的液氮蒸發(fā)量測(cè)試法，該方法通過測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)由粉末絕熱材料填充的盛有液氮的液氮杜瓦的氮?dú)庹舭l(fā)量，通過液氮-室溫溫差(即77K-293K)及絕熱層厚度計(jì)算粉末絕熱材料在77K-293K溫差下的導(dǎo)熱系數(shù)。測(cè)量氮?dú)庹舭l(fā)量的容器稱為測(cè)量容器，在測(cè)量容器的上下兩端設(shè)置了兩個(gè)保護(hù)容器，其作用是避免測(cè)量容器的軸向漏熱，使測(cè)量容器只通過徑向的粉末絕熱材料漏熱。該裝置直徑167mm，高900mm，絕熱層厚度25mm，測(cè)試?yán)湓礊橐旱?。測(cè)試時(shí)，將三段容器均充滿液氮，通過測(cè)量測(cè)量容器中的氮?dú)庹舭l(fā)量和待測(cè)粉末絕熱材料的內(nèi)外溫度及絕熱層的厚度，即可計(jì)算出待測(cè)粉末樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。這種方法可以得到粉末材料的低溫導(dǎo)熱系數(shù)，但是這種測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝卸粉末樣品繁瑣，要及時(shí)向保護(hù)容器中添加液氮，氮?dú)庹舭l(fā)量測(cè)量不準(zhǔn)(有一定范圍的波動(dòng))，所用粉末樣品較多，且只能測(cè)量液氮-室溫溫區(qū)下的導(dǎo)熱系數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于穩(wěn)態(tài)法測(cè)量粉末導(dǎo)熱系數(shù)的裝置；該裝置不僅測(cè)量準(zhǔn)確、原理簡(jiǎn)明、計(jì)算簡(jiǎn)便、樣品用量較少、結(jié)構(gòu)和操作相對(duì)簡(jiǎn)單，而且還可用于寬溫區(qū)測(cè)量。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種基于穩(wěn)態(tài)法測(cè)量粉末導(dǎo)熱系數(shù)的裝置，該裝置包括真空室和恒溫系統(tǒng)；

所述真空室包括真空室筒體、真空室上法蘭和抽真空管。

所述真空室筒體內(nèi)包括加熱球、PT100鉑電阻溫度計(jì)、樣品測(cè)試倉(cāng)和傳熱支撐架。

加熱球：為待測(cè)粉末樣品提供一定的熱源；

PT100鉑電阻溫度計(jì)：監(jiān)測(cè)恒溫系統(tǒng)、真空室、傳熱支撐架和樣品測(cè)試倉(cāng)的溫度恒定；監(jiān)測(cè)加熱球的溫度變化及穩(wěn)定情況；

樣品測(cè)試倉(cāng)：盛放待測(cè)樣品

傳熱支撐架：支撐樣品測(cè)試倉(cāng)，并增強(qiáng)恒溫系統(tǒng)與樣品測(cè)試倉(cāng)及待測(cè)樣品的傳熱；

真空室:為待測(cè)粉末樣品提供一定的真空環(huán)境；

恒溫系統(tǒng)：為待測(cè)粉末樣品提供一定的溫度環(huán)境。

所述恒溫系統(tǒng)可根據(jù)測(cè)量需要，為待測(cè)粉末樣品提供一定的溫度環(huán)境。，本穩(wěn)態(tài)法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試裝置可測(cè)溫度范圍為4.2K-473K，則恒溫系統(tǒng)可以是烘箱(RT-200℃)、水浴系統(tǒng)(0℃-100℃)、油浴系統(tǒng)(100℃-200℃)、其它低溫系統(tǒng)(最低至4.2K)(如：液氦(4.2K)、液氮(77K)、液氮深冷箱(77K-RT)等)等，恒溫系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置2支PT100鉑電阻溫度計(jì)，監(jiān)測(cè)恒溫系統(tǒng)內(nèi)部溫度恒定。恒溫系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置真空室。

所述的真空室為長(zhǎng)160-200mm、直徑154-219mm的圓柱體。

所述真空室的材質(zhì)為304不銹鋼。

所述真空室筒體和與真空室上法蘭連接固定；真空室筒體厚度為2-3mm。

所述真空室筒體內(nèi)設(shè)置3支PT100鉑電阻溫度計(jì)，監(jiān)測(cè)真空室筒體內(nèi)部溫度恒定。

所述抽真空管穿過真空室上法蘭與真空室筒體連通。

所述傳熱支撐架的下表面與真空室筒體的底面涂抹一薄層硅脂并連接固定。

所述的傳熱支撐架為長(zhǎng)100-120mm、寬80-100mm、高35-45mm、圓柱面直徑80-100mm的凹半圓柱面長(zhǎng)方體；所述的傳熱支撐架的作用是支撐樣品測(cè)試倉(cāng)，同時(shí)利于恒溫系統(tǒng)與樣品測(cè)試倉(cāng)的傳熱。

所述傳熱支撐架的側(cè)面設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)。

所述傳熱支撐架上設(shè)有凹槽，該凹槽與樣品測(cè)試倉(cāng)匹配固定；該凹槽與樣品測(cè)試倉(cāng)之間涂抹薄層硅脂，并采用鋁箔膠帶固定，可增加恒溫系統(tǒng)與樣品測(cè)試倉(cāng)的傳熱效果。

所述樣品測(cè)試倉(cāng)內(nèi)設(shè)置加熱球，該加熱球與樣品測(cè)試倉(cāng)處于同一球心；樣品測(cè)試倉(cāng)和加熱球的外表面上分別設(shè)置PT100鉑電阻溫度計(jì)，測(cè)量加熱球和樣品測(cè)試倉(cāng)的壁面溫度。

所述樣品測(cè)試倉(cāng)和加熱球之間形成樣品測(cè)試區(qū)。

進(jìn)一步，所述樣品測(cè)試倉(cāng)是內(nèi)腔為直徑60-80mm的空心球腔，外表面為直徑80-100mm、高80-100mm的圓柱體結(jié)構(gòu)。

所述樣品測(cè)試倉(cāng)包括樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋、樣品測(cè)試倉(cāng)上半只和樣品測(cè)試倉(cāng)下半只。

所述樣品測(cè)試倉(cāng)下半只與樣品測(cè)試倉(cāng)上半只連接固定；該樣品測(cè)試倉(cāng)上半只與樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋連接固定。

所述樣品測(cè)試倉(cāng)下半只、樣品測(cè)試倉(cāng)上半只、蓋子表面分別設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)。

安裝待測(cè)樣品時(shí)，先將粉末待測(cè)樣品裝滿測(cè)試倉(cāng)下半只，然后放入加熱球，將樣品測(cè)試倉(cāng)上、下半只連接固定，固定后將粉末待測(cè)樣品裝滿樣品測(cè)試倉(cāng)上半只，最后蓋上樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋，將樣品測(cè)試倉(cāng)上半只與上蓋連接固定。

所述樣品測(cè)試倉(cāng)下半只、樣品測(cè)試倉(cāng)上半只、蓋子連接處均涂抹薄層硅脂，利于樣品測(cè)試倉(cāng)三部分之間的傳熱。

所述的樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋上設(shè)有透氣孔，透氣孔的直徑為2-4mm，透氣孔周圍蓋上600-1000目的不銹鋼網(wǎng)，以便在抽真空時(shí)待測(cè)樣品不會(huì)被抽出，透氣孔的數(shù)量和大小視樣品測(cè)試倉(cāng)的大小而定。

進(jìn)一步，所述真空室筒體和與真空室上法蘭之間用銦密封，以保證裝置的氣密性。

進(jìn)一步，所述加熱球?yàn)殇X合金的實(shí)心圓球，該實(shí)心圓球的直徑為20-50mm，在實(shí)心圓球內(nèi)設(shè)有一定阻值的電阻，當(dāng)有電流通過加熱球時(shí)，可以為測(cè)試提供一定功率的熱量。

進(jìn)一步，所述樣品測(cè)試倉(cāng)和傳熱支撐架的材質(zhì)為紫銅材料。

進(jìn)一步，所述樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋的透氣孔上設(shè)有不銹鋼網(wǎng)。

進(jìn)一步，所述加熱球的表面設(shè)有導(dǎo)線，該導(dǎo)線穿過真空室上法蘭位于抽真空管內(nèi)；調(diào)節(jié)導(dǎo)線的長(zhǎng)度和位置，使加熱球和樣品測(cè)試倉(cāng)位于同一球心。

進(jìn)一步，所述PT100鉑電阻溫度計(jì)可根據(jù)測(cè)量需求和實(shí)際情況而增加或減少。

基于穩(wěn)態(tài)法測(cè)量粉末導(dǎo)熱系數(shù)的裝置的工作原理：

穩(wěn)態(tài)法是以傅立葉一維傳熱定律為理論依據(jù)，要求在待測(cè)樣品內(nèi)部的熱量傳遞達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，也就是使待測(cè)樣品內(nèi)部建立一個(gè)穩(wěn)定的溫度分布，通過測(cè)定加熱功率、傳熱截面積以及溫度梯度來計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)。同心圓球法是傅立葉一維傳熱定律在球坐標(biāo)下的應(yīng)用，在球坐標(biāo)中，熱量傳遞僅通過徑向傳遞，即溫度僅隨半徑R的變化而變化，可認(rèn)為是一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。同心圓球法測(cè)試裝置由一對(duì)同心圓球構(gòu)成，內(nèi)球?yàn)閷?shí)心圓球，外球?yàn)榭招膱A球，內(nèi)外圓球之間充滿粉末待測(cè)樣品。測(cè)試時(shí)，內(nèi)球以一定的功率加熱，外球保持恒溫，測(cè)試進(jìn)行一段時(shí)間后，當(dāng)內(nèi)外球之間熱量傳遞達(dá)到穩(wěn)態(tài)(即內(nèi)外球球壁溫度不隨時(shí)間變化)時(shí)，可推導(dǎo)出粉末待測(cè)樣品的導(dǎo)熱系數(shù)λ的計(jì)算公式：

其中：Q為加熱球的加熱量，d₁為加熱球的直徑，d₂為樣品測(cè)試倉(cāng)的外徑，t₂、t₁分別為加熱球和樣品測(cè)試倉(cāng)的球壁溫度；

本發(fā)明測(cè)量出加熱球的發(fā)熱量Q、加熱球和樣品測(cè)試倉(cāng)的球壁的溫度，即可計(jì)算出待測(cè)粉末樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。

測(cè)試方法：測(cè)量粉末在一定溫度、一定真空度下的導(dǎo)熱系數(shù)

1)粉末待測(cè)樣品和加熱球的安裝

將粉末樣品裝滿樣品測(cè)試倉(cāng)下半只，在加熱球外表面設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)，將加熱球放置在粉末樣品中間；將樣品測(cè)試倉(cāng)上半只與樣品測(cè)試倉(cāng)下半只連接處涂抹薄層硅脂，并連接固定，再將粉末樣品裝滿樣品測(cè)試倉(cāng)上半只；在測(cè)試倉(cāng)上半只上表面涂抹薄層硅脂，并蓋上樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋，將樣品測(cè)試倉(cāng)上半只與樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋連接固定。

2)傳熱裝置的安裝

將裝好待測(cè)樣品及加熱球的樣品測(cè)試倉(cāng)與傳熱支撐架連接處涂抹薄層硅脂，并匹配固定，調(diào)節(jié)樣品測(cè)試倉(cāng)的位置及導(dǎo)線的長(zhǎng)度和位置，使加熱球和樣品測(cè)試倉(cāng)保持同心，用鋁箔膠帶固定樣品測(cè)試倉(cāng)與傳熱支撐架；在樣品測(cè)試倉(cāng)的外表面設(shè)置3支PT100鉑電阻溫度計(jì)(樣品測(cè)試倉(cāng)下半只、上半只、蓋子各1支)；在傳熱支撐架的側(cè)面設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)；將傳熱支撐架的下表面與真空室筒體的底面涂抹薄層硅脂，并連接固定。

3)真空環(huán)境的營(yíng)造

將真空室筒體的底板設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)，內(nèi)壁設(shè)置2支PT100鉑電阻溫度計(jì)，監(jiān)測(cè)真空室筒體的溫度；將真空室筒體與真空室上法蘭用銦密封，連接固定；開啟機(jī)械泵，通過抽真空管為測(cè)試裝置抽真空，待真空度達(dá)到10^-1Pa量級(jí)，開啟分子泵繼續(xù)抽至10^-3Pa，關(guān)閉真空室閥門、分子泵和機(jī)械泵；將少量氮?dú)獬淙胝婵帐?，待真空室中的真空度達(dá)到測(cè)試所需真空度時(shí)，關(guān)閉充氣閥門。若充入氮?dú)夂?，高于所需真空度，還需開啟機(jī)械泵將真空抽至所需真空度。

4)溫度環(huán)境的營(yíng)造

將恒溫系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置2支PT100鉑電阻溫度計(jì)，監(jiān)測(cè)恒溫系統(tǒng)內(nèi)部溫度恒定；將組裝好的真空室置于恒溫系統(tǒng)中，恒溫系統(tǒng)可以是烘箱(RT-200℃)、水浴系統(tǒng)(0℃-100℃)、油浴系統(tǒng)(100℃-200℃)、其它低溫系統(tǒng)(最低至4.2K)(如：液氦(4.2K)、液氮(77K)、液氮深冷箱(77K-RT)等)等，根據(jù)測(cè)量需要而選定。將恒溫系統(tǒng)的內(nèi)部溫度設(shè)定在測(cè)量所需的溫度。

5)測(cè)試開始及導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算

穩(wěn)定一段時(shí)間后，當(dāng)真空室筒體、傳熱支撐架、樣品測(cè)試倉(cāng)和加熱球表面上的PT100鉑電阻溫度計(jì)的讀數(shù)均達(dá)到測(cè)量所需溫度時(shí)，為加熱球通入一定的電流，從而為加熱球提供一定功率的加熱量，即測(cè)試開始；一段時(shí)間后，待加熱球與樣品測(cè)試倉(cāng)的溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)(溫度不再隨時(shí)間變化)；此時(shí)，熱量傳遞達(dá)到平衡狀態(tài)，通過加熱球的加熱功率(需去除導(dǎo)線所造成的漏熱)、加熱球和樣品測(cè)試倉(cāng)的直徑、內(nèi)外球壁溫度等參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的公式計(jì)算(公式(1))，即可算得待測(cè)樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明可獲得一種基于穩(wěn)態(tài)法測(cè)量粉末導(dǎo)熱系數(shù)的裝置，且相比于傳統(tǒng)測(cè)量裝置操作簡(jiǎn)單，所用粉末樣品較少；

2、傳統(tǒng)的低溫量熱器法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試裝置中，氮?dú)庹舭l(fā)量測(cè)量不準(zhǔn)，會(huì)增大實(shí)驗(yàn)誤差，使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，本發(fā)明可免去液氮蒸發(fā)量的測(cè)量，使導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確度更高。

3、傳統(tǒng)的低溫量熱器法只能測(cè)量粉末在低溫液體溫度-室溫下(如液氮77K-室溫293K)的導(dǎo)熱系數(shù)，本發(fā)明不受此溫度限制，可根據(jù)測(cè)量需要測(cè)量4.2K-473K溫區(qū)中任一溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出了本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了粉末樣品測(cè)試倉(cāng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1.加熱球，2.PT100鉑電阻溫度計(jì)，3.導(dǎo)線，4.樣品測(cè)試區(qū)，5.樣品測(cè)試倉(cāng)，6.傳熱支撐架，7.真空室，8.真空室筒體，9.真空室上法蘭，10.抽真空管，11.恒溫系統(tǒng)，12.樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋，13.樣品測(cè)試倉(cāng)上半只，14.樣品測(cè)試倉(cāng)下半只。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

測(cè)量粉末在室溫(293K)、真空(10^-3Pa)下的導(dǎo)熱系數(shù)：

一種基于穩(wěn)態(tài)法測(cè)量粉末導(dǎo)熱系數(shù)的裝置，該裝置包括包括真空室7和恒溫系統(tǒng)11；

所述真空室7包括真空室筒體8、真空室上法蘭9和抽真空管10；

所述真空室筒體8內(nèi)包括加熱球1、PT100鉑電阻溫度計(jì)2、樣品測(cè)試倉(cāng)5和傳熱支撐架6；

所述恒溫系統(tǒng)11可根據(jù)測(cè)量需要，為待測(cè)粉末樣品提供一定的溫度環(huán)境。，本穩(wěn)態(tài)法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試裝置可測(cè)溫度范圍為4.2K-473K，則恒溫系統(tǒng)11可以是烘箱(RT-200℃)、水浴系統(tǒng)(0℃-100℃)、油浴系統(tǒng)(100℃-200℃)、其它低溫系統(tǒng)(最低至4.2K)(如：液氦(4.2K)、液氮(77K)、液氮深冷箱(77K-RT)等)等，恒溫系統(tǒng)11內(nèi)設(shè)置2支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，監(jiān)測(cè)恒溫系統(tǒng)11內(nèi)部溫度恒定。

所述真空室筒體8和與真空室上法蘭9用銦密封，并通過螺栓固定；以保證裝置的氣密性。

所述抽真空管10穿過真空室上法蘭9與真空室筒體8連通；

所述傳熱支撐架6的下表面與真空室筒體8的底面涂抹一薄層硅脂并連接固定。

所述傳熱支撐架6的側(cè)面設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)。

所述傳熱支撐架6上設(shè)有凹槽，該凹槽與樣品測(cè)試倉(cāng)5連接處涂抹薄層硅脂并匹配固定；所述樣品測(cè)試倉(cāng)5內(nèi)設(shè)置加熱球1，該加熱球1與樣品測(cè)試倉(cāng)5處于同一球心；樣品測(cè)試倉(cāng)5和加熱球1的外表面上分別設(shè)置PT100鉑電阻溫度計(jì)2；

所述真空室筒體8內(nèi)設(shè)置3支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，監(jiān)測(cè)真空室筒體8內(nèi)部溫度恒定。

所述樣品測(cè)試倉(cāng)5和加熱球1之間形成樣品測(cè)試區(qū)。

所述樣品測(cè)試倉(cāng)5包括樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋12、樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13和樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14；

所述樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14、樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13、樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋12表面分別設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)。

所述樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14、樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13、樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋12連接處均涂抹薄層硅脂，利于樣品測(cè)試倉(cāng)5三部分之間的傳熱。

所述樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14與樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13通過螺栓固定；該樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13與樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋12通過螺栓固定；所述樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋12上設(shè)有透氣孔，該透氣孔上設(shè)有不銹鋼網(wǎng)，以便在抽真空時(shí)待測(cè)粉末樣品不會(huì)被抽出。

所述加熱球1為鋁合金的實(shí)心圓球，該實(shí)心圓球內(nèi)設(shè)有一定阻值的電阻，當(dāng)有電流通過加熱球時(shí)，可以為測(cè)試提供一定功率的熱量。

測(cè)試方法：

1)粉末待測(cè)樣品和加熱球的安裝

將粉末樣品裝滿樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14，在加熱球1外表面設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，將加熱球1放置在粉末樣品中間；將樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13與樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14連接處涂抹薄層硅脂，并連接固定，再將粉末樣品裝滿樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13；在測(cè)試倉(cāng)上半只13上表面涂抹薄層硅脂，并蓋上樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋12，將樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13與樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋12連接固定。

2)傳熱裝置的安裝

將裝好待測(cè)樣品及加熱球1的樣品測(cè)試倉(cāng)5與傳熱支撐架6連接處涂抹薄層硅脂，并匹配固定，調(diào)節(jié)樣品測(cè)試倉(cāng)5的位置及導(dǎo)線3的長(zhǎng)度和位置，使加熱球1和樣品測(cè)試倉(cāng)5保持同心，用鋁箔膠帶固定樣品測(cè)試倉(cāng)5與傳熱支撐架6；在樣品測(cè)試倉(cāng)5的外表面設(shè)置3支PT100鉑電阻溫度計(jì)2(樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14、樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13、蓋子12各1支)；在傳熱支撐架6的側(cè)面設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)2；將傳熱支撐架6的下表面與真空室筒體8的底面涂抹薄層硅脂，并連接固定。

3)真空環(huán)境的營(yíng)造

將真空室筒體8的底板設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，內(nèi)壁設(shè)置2支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，監(jiān)測(cè)真空室筒體8的溫度；將真空室筒體8與真空室上法蘭9用銦密封，連接固定；開啟機(jī)械泵，通過抽真空管10為測(cè)試裝置抽真空，待真空度達(dá)到10^-1Pa量級(jí)，開啟分子泵繼續(xù)抽至10^-3Pa，關(guān)閉真空室閥門、分子泵和機(jī)械泵。

4)溫度環(huán)境的營(yíng)造

由于測(cè)量溫度就在室溫，故將真空室7置于室內(nèi)即可。

5)測(cè)試開始及導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算

穩(wěn)定一段時(shí)間后，當(dāng)真空室筒體8、傳熱支撐架6、樣品測(cè)試倉(cāng)5和加熱球1表面上的PT100鉑電阻溫度計(jì)2的讀數(shù)均達(dá)到測(cè)量所需溫度時(shí)，為加熱球1通入一定的電流，從而為加熱球1提供一定功率的加熱量，即測(cè)試開始；一段時(shí)間后，待加熱球1與樣品測(cè)試倉(cāng)5的溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)(溫度不再隨時(shí)間變化)；此時(shí)，熱量傳遞達(dá)到平衡狀態(tài)，通過加熱球1的加熱功率(需去除導(dǎo)線所造成的漏熱)、加熱球1和樣品測(cè)試倉(cāng)5的直徑、內(nèi)外球壁溫度等參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的公式計(jì)算(公式(1))，即可算得待測(cè)樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。

實(shí)施例2

測(cè)量粉末在80℃、10Pa下的導(dǎo)熱系數(shù)：

一種基于穩(wěn)態(tài)法測(cè)量粉末導(dǎo)熱系數(shù)的裝置如實(shí)施例1所述。

1)粉末待測(cè)樣品和加熱球的安裝

將粉末樣品裝滿樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14，在加熱球1外表面設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，將加熱球1放置在粉末樣品中間；將樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13與樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14連接處涂抹薄層硅脂，并連接固定，再將粉末樣品裝滿樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13；在測(cè)試倉(cāng)上半只13上表面涂抹薄層硅脂，并蓋上樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋12，將樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13與樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋12連接固定。

2)傳熱裝置的安裝

將裝好待測(cè)樣品及加熱球1的樣品測(cè)試倉(cāng)5與傳熱支撐架6連接處涂抹薄層硅脂，并匹配固定，調(diào)節(jié)樣品測(cè)試倉(cāng)5的位置及導(dǎo)線3的長(zhǎng)度和位置，使加熱球1和樣品測(cè)試倉(cāng)5保持同心，用鋁箔膠帶固定樣品測(cè)試倉(cāng)5與傳熱支撐架6；在樣品測(cè)試倉(cāng)5的外表面設(shè)置3支PT100鉑電阻溫度計(jì)2(樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14、上半只13、蓋子12各1支)；在傳熱支撐架6的側(cè)面設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)2；將傳熱支撐架6的下表面與真空室筒體8的底面涂抹薄層硅脂，并連接固定。

3)真空環(huán)境的營(yíng)造

將真空室筒體8的底板設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，內(nèi)壁設(shè)置2支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，監(jiān)測(cè)真空室筒體8的溫度；將真空室筒體8與真空室上法蘭9用銦密封，連接固定；開啟機(jī)械泵，通過抽真空管10為測(cè)試裝置抽真空，待真空度達(dá)到10^-1Pa量級(jí)，開啟分子泵繼續(xù)抽至10^-3Pa，關(guān)閉真空室閥門、分子泵和機(jī)械泵；將少量氮?dú)獬淙胝婵帐?，待真空室7中的真空度達(dá)到10Pa時(shí)，關(guān)閉充氣閥門。若充入氮?dú)夂?，高于所需真空度，還需開啟機(jī)械泵將真空抽至10Pa。

4)溫度環(huán)境的營(yíng)造

將恒溫系統(tǒng)11內(nèi)設(shè)置2支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，監(jiān)測(cè)恒溫系統(tǒng)11內(nèi)部溫度恒定；將組裝好的真空室7置于恒溫系統(tǒng)11中，此時(shí)恒溫系統(tǒng)11為烘箱(RT-200℃)或者水浴系統(tǒng)(0℃-100℃)均可；將恒溫系統(tǒng)11的內(nèi)部溫度設(shè)定在80℃。

5)測(cè)試開始及導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算

穩(wěn)定一段時(shí)間后，當(dāng)真空室筒體8、傳熱支撐架6、樣品測(cè)試倉(cāng)5和加熱球1表面上的PT100鉑電阻溫度計(jì)2的讀數(shù)均達(dá)到測(cè)量所需溫度時(shí)，為加熱球1通入一定的電流，從而為加熱球1提供一定功率的加熱量，即測(cè)試開始；一段時(shí)間后，待加熱球1與樣品測(cè)試倉(cāng)5的溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)(溫度不再隨時(shí)間變化)；此時(shí)，熱量傳遞達(dá)到平衡狀態(tài)，通過加熱球1的加熱功率(需去除導(dǎo)線所造成的漏熱)、加熱球1和樣品測(cè)試倉(cāng)5的直徑、內(nèi)外球壁溫度等參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的公式計(jì)算(公式(1))，即可算得待測(cè)樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。

實(shí)施例3

測(cè)試粉末樣品在液氮溫度(77K)、真空(10^-3Pa)下的導(dǎo)熱系數(shù)：

一種基于穩(wěn)態(tài)法測(cè)量粉末導(dǎo)熱系數(shù)的裝置如實(shí)施例1所述。

測(cè)試方法：

1)粉末待測(cè)樣品和加熱球的安裝

將粉末樣品裝滿樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14，在加熱球1外表面設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，將加熱球1放置在粉末樣品中間；將樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13與樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14連接處涂抹薄層硅脂，并連接固定，再將粉末樣品裝滿樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13；在測(cè)試倉(cāng)上半只13上表面涂抹薄層硅脂，并蓋上樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋12，將樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13與樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋12連接固定。

2)傳熱裝置的安裝

將裝好待測(cè)樣品及加熱球1的樣品測(cè)試倉(cāng)5與傳熱支撐架6連接處涂抹薄層硅脂，并匹配，調(diào)節(jié)樣品測(cè)試倉(cāng)5的位置及導(dǎo)線3的長(zhǎng)度和位置，使加熱球1和樣品測(cè)試倉(cāng)5保持同心，用鋁箔膠帶固定樣品測(cè)試倉(cāng)5與傳熱支撐架6；在樣品測(cè)試倉(cāng)5的外表面設(shè)置3支PT100鉑電阻溫度計(jì)2(樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14、上半只13、蓋子12各1支)；在傳熱支撐架6的側(cè)面設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)2；將傳熱支撐架6的下表面與真空室筒體8的底面涂抹薄層硅脂，并連接固定。

3)真空環(huán)境的營(yíng)造

將真空室筒體8的底板設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，內(nèi)壁設(shè)置2支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，監(jiān)測(cè)真空室筒體8的溫度；將真空室筒體8與真空室上法蘭9用銦密封，連接固定；開啟機(jī)械泵，通過抽真空管10為測(cè)試裝置抽真空，待真空度達(dá)到10^-1Pa量級(jí)，開啟分子泵繼續(xù)抽至10^-3Pa，關(guān)閉真空室閥門、分子泵和機(jī)械泵。

4)溫度環(huán)境的營(yíng)造

將恒溫系統(tǒng)11內(nèi)設(shè)置2支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，監(jiān)測(cè)恒溫系統(tǒng)11內(nèi)部溫度恒定；將組裝好的真空室7置于恒溫系統(tǒng)11中，此時(shí)，恒溫系統(tǒng)11是盛有液氮的液氮杜瓦。

5)測(cè)試開始及導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算

穩(wěn)定一段時(shí)間后，當(dāng)真空室筒體8、傳熱支撐架6、樣品測(cè)試倉(cāng)5和加熱球1表面上的PT100鉑電阻溫度計(jì)2的讀數(shù)均達(dá)到測(cè)量所需溫度時(shí)，為加熱球1通入一定的電流，從而為加熱球1提供一定功率的加熱量，即測(cè)試開始；一段時(shí)間后，待加熱球1與樣品測(cè)試倉(cāng)5的溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)(溫度不再隨時(shí)間變化)；此時(shí)，熱量傳遞達(dá)到平衡狀態(tài)，通過加熱球1的加熱功率(需去除導(dǎo)線所造成的漏熱)、加熱球1和樣品測(cè)試倉(cāng)5的直徑、內(nèi)外球壁溫度等參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的公式計(jì)算(公式(1))，即可算得待測(cè)樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。

實(shí)施例4

測(cè)試粉末樣品在100K、1Pa下的導(dǎo)熱系數(shù)：

一種基于穩(wěn)態(tài)法測(cè)量粉末導(dǎo)熱系數(shù)的裝置如實(shí)施例1所述。

測(cè)試方法：

1)粉末待測(cè)樣品和加熱球的安裝

將粉末樣品裝滿樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14，在加熱球1外表面設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，將加熱球1放置在粉末樣品中間；將樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13與樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14連接處涂抹薄層硅脂，并連接固定，再將粉末樣品裝滿樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13；在測(cè)試倉(cāng)上半只13上表面涂抹薄層硅脂，并蓋上樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋12，將樣品測(cè)試倉(cāng)上半只13與樣品測(cè)試倉(cāng)上蓋12連接固定。

2)傳熱裝置的安裝

將裝好待測(cè)樣品及加熱球1的樣品測(cè)試倉(cāng)5與傳熱支撐架6連接處涂抹薄層硅脂，并匹配，調(diào)節(jié)樣品測(cè)試倉(cāng)5的位置及導(dǎo)線3的長(zhǎng)度和位置，使加熱球1和樣品測(cè)試倉(cāng)5保持同心，用鋁箔膠帶固定樣品測(cè)試倉(cāng)5與傳熱支撐架6；在樣品測(cè)試倉(cāng)5的外表面設(shè)置3支PT100鉑電阻溫度計(jì)2(樣品測(cè)試倉(cāng)下半只14、上半只13、蓋子12各1支)；在傳熱支撐架6的側(cè)面設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)2；將傳熱支撐架6的下表面與真空室筒體8的底面涂抹薄層硅脂，并連接固定。

3)真空環(huán)境的營(yíng)造

將真空室筒體8的底板設(shè)置1支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，內(nèi)壁設(shè)置2支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，監(jiān)測(cè)真空室筒體8的溫度；將真空室筒體8與真空室上法蘭9用銦密封，連接固定；開啟機(jī)械泵，通過抽真空管10為測(cè)試裝置抽真空，待真空度達(dá)到10^-1Pa量級(jí)，開啟分子泵繼續(xù)抽至10^-3Pa，關(guān)閉真空室閥門、分子泵和機(jī)械泵；將少量氮?dú)獬淙胝婵帐?，待真空室7中的真空度達(dá)到1Pa時(shí)，關(guān)閉充氣閥門。若充入氮?dú)夂螅哂谒枵婵斩?，還需開啟機(jī)械泵將真空抽至1Pa。

4)溫度環(huán)境的營(yíng)造

將恒溫系統(tǒng)11內(nèi)設(shè)置2支PT100鉑電阻溫度計(jì)2，監(jiān)測(cè)恒溫系統(tǒng)11內(nèi)部溫度恒定；將組裝好的真空室7置于恒溫系統(tǒng)11中，此時(shí)，恒溫系統(tǒng)11是液氮深冷箱(77K-RT)。將恒溫系統(tǒng)11的內(nèi)部溫度設(shè)定在測(cè)量所需的溫度100K。

5)測(cè)試開始及導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算

穩(wěn)定一段時(shí)間后，當(dāng)真空室筒體8、傳熱支撐架6、樣品測(cè)試倉(cāng)5和加熱球1表面上的PT100鉑電阻溫度計(jì)2的讀數(shù)均達(dá)到測(cè)量所需溫度時(shí)，為加熱球1通入一定的電流，從而為加熱球1提供一定功率的加熱量，即測(cè)試開始；一段時(shí)間后，待加熱球1與樣品測(cè)試倉(cāng)5的溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)(溫度不再隨時(shí)間變化)；此時(shí)，熱量傳遞達(dá)到平衡狀態(tài)，通過加熱球1的加熱功率(需去除導(dǎo)線所造成的漏熱)、加熱球1和樣品測(cè)試倉(cāng)5的直徑、內(nèi)外球壁溫度等參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的公式計(jì)算(公式(1))，即可算得待測(cè)樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。

本文中所采用的描述方位的詞語“上”、“下”、“左”、“右”等均是為了說明的方便基于附圖中圖面所示的方位而言的，在實(shí)際裝置中這些方位可能由于裝置的擺放方式而有所不同。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。