具有穩(wěn)定加熱系統(tǒng)的接觸熱阻測(cè)試設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種接觸熱阻測(cè)試設(shè)備及方法，適用于在不 同溫度和壓力范圍內(nèi)進(jìn)行接觸熱阻的測(cè)試，尤其具備高溫、高接觸應(yīng)力條件下的接觸熱阻 測(cè)試條件。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)熱流在接觸固體表面?zhèn)鬟f時(shí)，由于固體實(shí)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(diǎn)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。目前，接觸熱阻的研究主要集中在理論分析和計(jì)算方法的研究方 面，但運(yùn)些方法參數(shù)較多，需要進(jìn)行大量的模型簡(jiǎn)化。因此，誤差較大，工程適用性差。對(duì)于 現(xiàn)有的接觸熱阻測(cè)試設(shè)備，在更換試樣時(shí)，需要對(duì)加熱系統(tǒng)進(jìn)行重新的拆除和組裝，設(shè)備的 可靠性和安全性下降，可操作性差，從而很難獲得穩(wěn)定的熱流，使得測(cè)試結(jié)果的誤差增大， 并且由于加熱系統(tǒng)外側(cè)的溫度高使得珍珠巖粉末化造成的污染嚴(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(cè)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，提出了一種具有穩(wěn)定加熱系統(tǒng)的接觸熱阻測(cè)試設(shè)備。
[0004] 具有穩(wěn)定加熱系統(tǒng)的接觸熱阻測(cè)試設(shè)備，其特征在于:包括承載-加載系統(tǒng)、加熱 系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。
[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(tái)。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至爐臺(tái)上表面安裝的試樣。冷卻系統(tǒng) 設(shè)置于試樣的軸向位置，為試樣的冷端進(jìn)行冷卻。試樣的冷端通過加載部分施加中的力傳 導(dǎo)桿施加應(yīng)力，應(yīng)力大小由壓力傳感器采集。
[0006] 所述試樣軸向上設(shè)計(jì)有測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)處的溫度有熱電偶采集。
[0007] 應(yīng)用上述接觸熱阻測(cè)試設(shè)備的測(cè)試方法為，采用單熱流計(jì)法或雙熱流計(jì)法通過下 述步驟實(shí)現(xiàn)：
[000引步驟1:試樣的安裝。
[0009] 將試樣固定安裝在爐臺(tái)上表面；同時(shí)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(cè)試點(diǎn)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)。
[0010] 步驟2:對(duì)試樣加熱和加載應(yīng)力，采集測(cè)試點(diǎn)溫度。
[0011] 通過開啟試樣加熱器對(duì)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(cè)試點(diǎn)處的溫度。
[0012] 步驟3:計(jì)算試樣中相鄰的兩個(gè)試樣接觸界面處的平均溫度。
[0013] 步驟4:將平均溫度作為理論傳導(dǎo)溫度，對(duì)相鄰的兩個(gè)試樣接觸界面進(jìn)行溫度補(bǔ) 償，保證相鄰的兩個(gè)試樣的接觸界面處保持在理論傳導(dǎo)溫度。
[0014] 步驟5:通過外推溫度梯度確定相鄰的兩個(gè)試樣接觸面處的溫度降。
[0015] 步驟6:確定試樣的軸向熱流密度。
[0016] 步驟7:根據(jù)步驟5與步驟師角定的兩個(gè)測(cè)試試樣接觸面處的溫度降與試樣的軸向 熱流密度，計(jì)算兩個(gè)測(cè)試試樣接觸界面的接觸熱導(dǎo)和接觸熱阻。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0018] 1、本發(fā)明接觸熱阻測(cè)試設(shè)備中，加熱系統(tǒng)具有封閉、保溫、隔熱、環(huán)保的的特點(diǎn)，通 過熱傳導(dǎo)裝置，在為試樣提供穩(wěn)定、高效的一維傳導(dǎo)熱流的前提下，可操作性強(qiáng)，安全性高。
[0019] 2、本發(fā)明接觸熱阻測(cè)試設(shè)備的加熱系統(tǒng)中，爐臺(tái)、加熱器、熱傳導(dǎo)裝置均為耐高溫 材料，加熱系統(tǒng)可提供l〇〇〇°CW下的高溫，加載裝置可W提供500MPaW下的界面接觸應(yīng)力， 并可W通過更換壓力傳感器而改變應(yīng)力加載范圍，因此本發(fā)明所述的設(shè)備可W進(jìn)行不同溫 度和壓力組合下的接觸熱阻測(cè)試，并且溫度和壓力連續(xù)可調(diào)。
[0020] 3、本發(fā)明接觸熱阻測(cè)試設(shè)備，通過加熱系統(tǒng)形成的一維熱源，并采用冷卻系統(tǒng)使 得試樣的熱端和冷端形成極大溫差，實(shí)現(xiàn)了熱流軸向的一維傳導(dǎo)。
[0021] 4、本發(fā)明接觸熱阻測(cè)試設(shè)備，可W通過調(diào)節(jié)承載-加載系統(tǒng)中頂板的高度實(shí)現(xiàn)接 觸熱阻測(cè)試中的單熱流計(jì)法和雙熱流計(jì)法的切換。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明接觸熱阻測(cè)試設(shè)備整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明接觸熱阻測(cè)試設(shè)備中承載-加載系統(tǒng)的頂板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明接觸熱阻測(cè)試設(shè)備中加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖4為本發(fā)明接觸熱阻測(cè)試設(shè)備中冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖5為本發(fā)明接觸熱阻測(cè)試設(shè)備中熱電偶穩(wěn)定支架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖6為本發(fā)明接觸熱阻測(cè)試設(shè)備中補(bǔ)償加熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[002引圖中；
[0029] 1-承載-加載系統(tǒng) 2-加熱系統(tǒng) 3-冷卻系統(tǒng)
[0030] 4-溫度控制系統(tǒng) 5-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 6-計(jì)算機(jī)
[0031] 7-試樣 8-隔熱保溫層 9-補(bǔ)償加熱裝置
[0032] 10-熱電偶 11-穩(wěn)定支架 101-支桿
[0033] 102-頂板 103-底板 104-固定螺母
[0034] 105-壓力傳感器 106-力傳導(dǎo)桿 107-加強(qiáng)筋
[OO%] 201-爐臺(tái) 202-加熱器 203-熱傳導(dǎo)裝置
[0036] 201a-非主承力部位 20化-直接承力部位 201c-非直接承力部位
[0037] 201d-易磨損部位 202a-加熱絲 301-中屯、通孔
[0038] 302-冷卻通道 303-隔板 304-冷水入口管
[0039] 305-冷水出口管 901-補(bǔ)償加熱支架 902-環(huán)形加熱器
[0040] 903-補(bǔ)償加熱熱電偶 11a-通孔 1化-螺絲孔
【具體實(shí)施方式】
[0041] 本發(fā)明具有穩(wěn)定加熱系統(tǒng)的接觸熱阻測(cè)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)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5與計(jì)算機(jī)6,如圖1所示。
[0042] 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，通過軸向均設(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梓緊固定;通過松開固定螺母104,可 實(shí)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(cè)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下表面中屯、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(duì)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(duì)試樣的加載。同時(shí)，壓力傳感器105將獲得的壓力信號(hào)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5采集，并發(fā)送至 計(jì)算機(jī)6中進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。本發(fā)明中所述頂板102采用厚鋼板，設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的十字形加強(qiáng)筋107,保證頂板102的強(qiáng)度，還降低頂板 102自身的重量，W實(shí)現(xiàn)在較低應(yīng)力下進(jìn)行接觸熱阻的測(cè)試，同時(shí)使得試樣與熱電偶等的安 裝操作更加方便。
[0043] 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(tái) 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。
[0044] 其中，爐臺(tái)201整體采用高溫莫來石磚塊和高侶磚塊堆擱而成，具有堆擱而成的底 部臺(tái)座、底部臺(tái)座上表面外緣周向上堆擱的側(cè)壁，爐臺(tái)頂部通過搭接的頂板密封，進(jìn)而在底 部臺(tái)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(tái) 座的外側(cè)周向?yàn)榉侵鞒辛Σ课?01a;底部臺(tái)座上表面（即底部臺(tái)座中上層磚塊中除與側(cè)壁 相接的磚塊外其余磚塊)作為直接承力部位201b;底部臺(tái)座中除非主承力部位201a與直接 承力部位20化外的其余部位為非直接承力部位201c;頂板為易磨損部位201d。由此，非主承 力部位201a與非直接承力部位201c均采用隔熱性能優(yōu)異但不耐高應(yīng)力的高溫莫來石磚;而 直接承力部位20化與易磨損部位201d均采用隔熱效果差但耐高應(yīng)力的高侶磚。通過上述爐 臺(tái)201結(jié)構(gòu)，為試樣加熱器202和熱傳導(dǎo)裝置203提供封閉、保溫、隔熱的固定空間;所述封閉 性隔絕了氧氣