具有補償加熱與隔熱保溫系統(tǒng)的接觸熱阻測試設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種接觸熱阻測試設(shè)備和方法，適用于在不 同溫度和壓力范圍內(nèi)進(jìn)行接觸熱阻的測試，可以有效保證接觸界面的熱流一維傳遞。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)熱流在接觸固體表面?zhèn)鬟f時，由于固體實際表面微凸體的影響造成有效接觸面 積遠(yuǎn)小于名義接觸面積，從而在微觀接觸點處形成了熱流收縮，導(dǎo)致接觸界面產(chǎn)生額外的 傳熱阻力，即為接觸熱阻。在接觸熱阻測試過程中，需要保證熱流在試樣上從下向上一維傳 遞，避免試樣徑向平面內(nèi)的橫向熱流損失，尤其是接觸界面的橫向熱流損失。根據(jù)傳熱動力 學(xué)，平面內(nèi)溫差越大，傳熱的動力就越大，為了盡量減小試樣周圍的橫向熱流損失，故需設(shè) 置補償加熱與隔熱保溫系統(tǒng)?，F(xiàn)有接觸熱阻測試設(shè)備的補償加熱與隔熱保溫系統(tǒng)均采用立 體式環(huán)形加熱器和單一的珍珠巖隔熱材料;立體式環(huán)形加熱器厚度較大，會對非接觸界面 外的試樣熱流造成較大影響；珍珠巖隔熱材料耐高溫性能較差，在進(jìn)行高溫下接觸熱阻測 試時會粉末化，環(huán)境污染嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有接觸熱阻測試中加熱系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性低，可 操作性差的問題，提出了一種具有補償加熱與隔熱保溫系統(tǒng)的接觸熱阻測試設(shè)備。
[0004] 本發(fā)明具有補償加熱與隔熱保溫系統(tǒng)的接觸熱阻測試設(shè)備，包括承載-加載系統(tǒng)、 加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、隔熱保溫層與補償加熱裝置。
[0005] 所述加載-承載系統(tǒng)包括承載部分與加載部分;承載部分與加載部分間由上至下 依次設(shè)置有冷卻系統(tǒng)、試樣與加熱系統(tǒng)。其中，加熱系統(tǒng)安裝在承載部分上，為具有爐腔的 爐臺；爐腔內(nèi)設(shè)置有試樣加熱器，由試樣加熱器用來使?fàn)t腔內(nèi)部形成高溫環(huán)境。試樣加熱器 內(nèi)設(shè)置有熱傳導(dǎo)裝置，將爐腔內(nèi)熱量由一維的形式傳遞傳遞至爐臺上表面安裝的試樣。冷 卻系統(tǒng)設(shè)置于試樣的周向位置，為試樣的冷端進(jìn)行冷卻;試樣的冷端通過加載部分的力傳 導(dǎo)桿施加應(yīng)力，應(yīng)力大小由壓力傳感器采集。所述試樣軸向上設(shè)計有測試點，測試點處的溫 度有熱電偶采集。
[0006] 上述爐臺與試樣外罩有隔熱保溫層，隔熱保溫層安裝在承載部分上；用來保證試 樣上的熱流一維傳遞。試樣外側(cè)安裝有補償加熱裝置，通過補償加熱裝置保證試樣間的接 觸界面的熱流一維傳遞。
[0007] 所述試樣軸向上設(shè)計有測試點，測試點處的溫度有熱電偶采集。
[0008] 應(yīng)用上述具有補償加熱與隔熱保溫系統(tǒng)的接觸熱阻測試設(shè)備的測試方法為，采用 單熱流計法或雙熱流計法通過下述步驟實現(xiàn)：
[0009] 步驟1:試樣的安裝。
[0010] 將試樣固定安裝在爐臺上表面；同時通過加載-承載系統(tǒng)中加載部分向試樣施加 應(yīng)力;并在試樣上的測試點處安裝熱電偶，且將熱電偶的尾線連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0011] 步驟2:對試樣加熱和加載應(yīng)力，采集測試點溫度。
[0012] 通過開啟試樣加熱器對試樣加熱，待試樣溫度達(dá)到穩(wěn)定，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集各 測試點處的溫度。
[0013] 步驟3:計算試樣中相鄰的兩個試樣接觸界面處的平均溫度。
[0014]步驟4:將平均溫度作為理論傳導(dǎo)溫度，通過溫度控制系統(tǒng)控制補償加熱裝置中的 環(huán)形加熱器，對相鄰的兩個試樣接觸界面進(jìn)行溫度補償，保證相鄰的兩個試樣的接觸界面 處保持在理論傳導(dǎo)溫度；
[0015] 步驟5:通過外推溫度梯度確定相鄰的兩個試樣接觸面處的溫度降。
[0016] 步驟6:確定試樣的軸向熱流密度。
[0017] 步驟7:根據(jù)步驟5與步驟6確定的兩個測試試樣接觸面處的溫度降與試樣的軸向 熱流密度，計算兩個測試試樣接觸界面的接觸熱導(dǎo)和接觸熱阻。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0019] 1、本發(fā)明接觸熱阻測試設(shè)備的補償加熱裝置中，環(huán)形加熱器為扁平的空心圓形， 厚度小，使環(huán)行加熱器接近于只對試樣間的接觸界面進(jìn)行溫度補償，實現(xiàn)接觸界面與環(huán)形 加熱器的橫向等溫，使熱流在試樣接觸界面處的軸向傳輸最大化，避免橫向熱流的損失。
[0020] 2、本發(fā)明接觸熱阻測試設(shè)備的補償加熱裝置中，環(huán)形加熱器的固定支架采用高溫 莫來石材料加工而成，高溫莫來石材料的隔熱性能好，硬度小，加工便捷，拆裝方便，大幅度 簡化了立體環(huán)形加熱器固定裝置的結(jié)構(gòu)和更換試樣時的操作步驟。
[0021] 3、本發(fā)明接觸熱阻測試設(shè)備的隔熱保溫層根據(jù)區(qū)域溫度特性，采用耐火陶瓷纖維 棉和珍珠巖的分級設(shè)置，提高了隔熱性能，避免了珍珠巖的粉末化，消除了粉塵污染，改善 了操作環(huán)境。
[0022] 4、本發(fā)明接觸熱阻測試設(shè)備，可以方便的進(jìn)行不同溫度和壓力組合下的接觸熱阻 測試。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明接觸熱阻測試設(shè)備整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明接觸熱阻測試設(shè)備中承載-加載系統(tǒng)的頂板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明接觸熱阻測試設(shè)備中加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖4為本發(fā)明接觸熱阻測試設(shè)備中冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖5為本發(fā)明接觸熱阻測試設(shè)備中熱電偶穩(wěn)定支架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖6為本發(fā)明接觸熱阻測試設(shè)備中補償加熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖中：
[0030] 卜承載-加載系統(tǒng) 2_加熱系統(tǒng) 3-7令卻系統(tǒng)
[0031] 4-溫度控制系統(tǒng) 5-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 6-計算機
[0032] 7-試樣 8-隔熱保溫層 9-補償加熱裝置
[0033] 10-熱電偶 11-穩(wěn)定支架 101-支桿
[0034] 102-頂板 103-底板 104-固定螺母
[0035] 105-壓力傳感器 106-力傳導(dǎo)桿 107-加強筋
[0036] 201-爐臺 202-加熱器 203-熱傳導(dǎo)裝置
[0037] 201a-非主承力部位 201b-直接承力部位 201c_非直接承力部位
[0038] 201d-易磨損部位 202a-加熱絲 301-中心通孔
[0039] 302-冷卻通道 303-隔板 304-冷水入口管
[0040] 305-冷水出口管 901-補償加熱支架 902-環(huán)形加熱器
[0041 ] 903-補償加熱熱電偶 11a-通孔 llb_螺絲孔
【具體實施方式】
[0042] 本發(fā)明具有穩(wěn)定加熱系統(tǒng)的接觸熱阻測試設(shè)備，包括承載-加載系統(tǒng)1、加熱系統(tǒng) 2、冷卻系統(tǒng)3、溫度控制系統(tǒng)、隔熱保溫層、補償加熱裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5與計算機6,如圖1 所示。
[0043] 所述加載-承載系統(tǒng)1包括承載部分與加載部分;承載部分包括支桿101、頂板102 與底板103,提供整體結(jié)構(gòu)框架;其中，頂板102和底板103上下水平設(shè)置，通過周向均設(shè)的四 根支桿101相連固定，連接方式為:每根支桿101與頂板102和底板103間通過位于頂板102和 底板103兩側(cè)，且螺紋安裝在支桿101上的固定螺母104擰緊固定;通過松開固定螺母104,可 實現(xiàn)頂板102與底板103水平角度和垂直高度的調(diào)節(jié)。上述頂板102結(jié)合壓力傳感器105與力 傳導(dǎo)桿106共同構(gòu)成承載系統(tǒng)，用于試樣的測試應(yīng)力調(diào)節(jié)。其中，壓力傳感器105-端通過螺 釘固定安裝在頂板102下表面中心位置;壓力傳感器105另一端通過螺釘與力傳導(dǎo)桿106的 固定端固定;力傳導(dǎo)桿106的力傳導(dǎo)端與試樣的冷端接觸。由此，通過調(diào)整頂板102的上下位 置來調(diào)節(jié)對壓力傳感器105施加的壓力，并通過力傳導(dǎo)桿106將壓力傳遞到試樣的冷端，完 成對試樣的加載。同時，壓力傳感器105將獲得的壓力信號由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5采集，并發(fā)送至 計算機6中進(jìn)行顯示和存儲。本發(fā)明中所述頂板102采用厚鋼板，設(shè)計為十字形減重結(jié)構(gòu)，如 圖2所示，且在頂板102頂面通過對應(yīng)的十字形加強筋107,保證頂板102的強度，還降低頂板 102自身的重量，以實現(xiàn)在較低應(yīng)力下進(jìn)行接觸熱阻的測試，同時使得試樣與熱電偶等的安 裝操作更加方便。
[0044] 上述試樣7熱端安裝于加熱系統(tǒng)2上，加熱系統(tǒng)2固定安裝在底板103上，包括爐臺 201、試樣加熱器202與熱傳導(dǎo)裝置203,如圖3所示，用于使試樣7獲得穩(wěn)定的一維熱源。
[0045] 其中，爐臺201整體采用高溫莫來石磚塊和高鋁磚塊堆砌而成，具有堆砌而成的底 部臺座、底部臺座上表面外緣周向上堆砌的側(cè)壁，爐臺頂部通過搭接的頂板密封，進(jìn)而在底 部臺座、側(cè)壁與頂板間形成爐腔，用來安裝試樣加熱器202與熱傳導(dǎo)裝置203。其中，底部臺 座的外側(cè)周向為非主承力部位201a;底部臺座上表面（即底部臺座中上層磚塊中除與側(cè)壁 相接的磚塊外其