本發(fā)明涉及測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多功能固體材料熱物性測試裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前，固體材料類產(chǎn)品的現(xiàn)狀為：隨著材料科學(xué)發(fā)展，對各類新型固體材料導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等熱物性參數(shù)的測試需求日益增多。相比于初投資幾十上百萬的瞬態(tài)熱物性測試裝置，穩(wěn)態(tài)法裝置一般初投資可控制在萬元以內(nèi)。
其在熱物性參數(shù)的測試處理上存在一定的不足，穩(wěn)態(tài)法多適合測試材料導(dǎo)熱系數(shù)，不易于測試材料比熱容。此外，穩(wěn)態(tài)法所需裝置尺寸要求都較大，對很多新型材料來說，準(zhǔn)備過程太過復(fù)雜。
《GB/T 5598-1985氧化鈹瓷導(dǎo)熱系數(shù)測定方法》文獻(xiàn)公開一種小型片狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)測試裝置及測試方法，但其也存在一定的不足，該裝置需要一個巨大的密封腔體，通過真空方式克服對流換熱對測試精度影響，并有多層熱屏蔽罩和多套水冷裝置降低輻射換熱對測試精度影響，導(dǎo)致測試裝置整體過大，殼體笨重不易操作，恒溫水系統(tǒng)復(fù)雜，不易控制。
另一方面，化學(xué)氣固反應(yīng)及吸附等學(xué)科研究的逐步深入，目前對固體吸附材料的熱物性研究不再限制在其固有熱物性參數(shù)測試，為了揭示其反應(yīng)或吸附過程傳熱特性的變化，轉(zhuǎn)化率或吸附量對熱物性的影響測試則顯得尤為必要，目前并沒有合適的利用穩(wěn)態(tài)法或瞬態(tài)法的特殊熱物性測試裝置用于該方面測試。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中對于各類新型固體材料導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等熱物性參數(shù)的測試問題，尚缺乏有效的解決方案。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種多功能固體材料熱物性測試裝置，包括通過壓緊裝置相連的熱端壓緊板及冷端壓緊板，所述熱端壓緊板的熱端壓緊板與熱端密封板接觸，所述熱端密封板通過彈性模塊與發(fā)熱片相連，所述發(fā)熱片固定在熱端基座上；
所述冷端壓緊板與冷端保溫套接觸，所述冷端保溫套嵌入冷板，所述冷板與冷端基座接觸，所述冷端基座與熱端基座之間用于放置待測試的熱物性測試樣品；
所述熱端密封板與冷端基座之間設(shè)置有密封管，所述壓緊裝置通過熱端壓緊板及冷端壓緊板產(chǎn)生壓緊力，擠壓密封管對應(yīng)的密封環(huán)，形成由熱端密封板、密封管和冷端基座組成的承壓密封腔體；
測溫裝置及測壓裝置分別用于測量承壓密封腔體內(nèi)待測試的熱物性測試樣品在充入或抽出氣體后氣體前后溫度及壓力，繼而實現(xiàn)對固體材料熱物性的測試。
其具有的效果是：本申請的上述測試裝置不僅能用來測試固體材料固有導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容，還可用于測試固體材料在氣固反應(yīng)或吸附過程中的熱物性參數(shù)變化規(guī)律。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還采用以下技術(shù)方案：
所述熱端壓緊板下平面與熱端密封板上平面接觸，密封管上端插入熱端密封板下平面密封槽，密封槽頂部與密封管上端之間填充有密封環(huán)；
所述密封管下端插入冷端基座的冷端均溫段上平面的密封槽內(nèi)，密封槽底部與密封管下端之間填充有密封環(huán)。
其具有的技術(shù)效果為：密封環(huán)可以為o型圈、X型密封環(huán)、工字型密封圈、U型密封環(huán)、墊片或密封膠等，材質(zhì)一般為橡膠、硅膠或聚四氟乙烯等，可根據(jù)通入氣體相容性選擇。本申請通過壓緊裝置的擠壓力實現(xiàn)密封環(huán)變形達(dá)到密封作用。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還采用以下技術(shù)方案：
所述熱端密封板側(cè)壁開孔，連通所述熱端密封板側(cè)壁與下壁面，所述熱端密封板側(cè)壁開孔，用于連接電源線引出模塊、測溫線引出模塊、測壓裝置、真空閥和進(jìn)氣閥。
其具有的技術(shù)效果為：本申請通過在熱端密封板側(cè)壁開孔的方式實現(xiàn)對承壓密封腔體內(nèi)氣體的輸入輸出、氣體壓力及溫度的測量。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還采用以下技術(shù)方案：
所述熱端密封板側(cè)壁開孔，開一個孔通過三通擴展接口或連續(xù)開多個孔，互相獨立。
其具有的技術(shù)效果為：本發(fā)明的上述開孔方式用于滿足實際的需要，根據(jù)測量的物理量以及測量點的多少綜合決定。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還采用以下技術(shù)方案：
所述熱端密封板下平面中心位置與彈性模塊上面接觸，彈性模塊下平面與發(fā)熱片上平面接觸，發(fā)熱片電源線通過熱端密封板側(cè)壁的電源線引出模塊導(dǎo)出到外界。
本申請中彈性模塊可以是金屬彈簧、氣體彈簧、具有彈性的有機材料等。彈性模塊的勁度系數(shù)為固定值或具備規(guī)律性，對于樣品需要不同夾緊力時，可以選用合適勁度系數(shù)的彈性模塊，根據(jù)樣品厚度，選定一定長度一定勁度系數(shù)的彈簧，即可產(chǎn)生需要的夾緊力，降低測試樣品與測溫區(qū)的接觸熱阻，甚至可以用來研究不同夾緊力時接觸熱阻變化。
上述電源線引出模塊可以通過絕緣膠體和導(dǎo)電端子粘結(jié)而成，考慮高壓時，一般應(yīng)采用玻璃燒結(jié)密封端子實現(xiàn)導(dǎo)線從高壓腔體中穿出。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還采用以下技術(shù)方案：
所述熱端基座為上粗下細(xì)的T型結(jié)構(gòu)體，上部為熱端均溫段，下部為熱端測溫段。
考慮到實際情況，為保證同軸度和加工精度，熱端均溫段及端測溫段為圓柱體更易于加工。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還采用以下技術(shù)方案：
所述發(fā)熱片下平面固定在熱端均溫段上平面，所述熱端保溫套包裹在熱端均溫段和發(fā)熱片外面，所述熱端測溫段軸向布置至少有2個溫度傳感器；
所述熱端保溫套側(cè)壁面與密封管內(nèi)壁面相匹配，熱端保溫套、熱端基座和密封管三者的中心軸與冷端測溫段及熱端測溫段中心軸是重合的，所述熱端保溫套有上下方向的通孔。
上述熱端保溫套側(cè)壁面與密封管內(nèi)壁面相匹配為形狀和大小均相匹配，熱端保溫套側(cè)壁面與密封管內(nèi)壁面緊密接觸。
上述熱端保溫套、熱端基座和密封管中，由于形狀并不確定是圓形，但是為了均溫性，比如方形、圓形等形狀，三者的中心軸應(yīng)該是重合的。但是三者尺寸并不相等，因為熱端保溫套包裹在熱端基座外面，側(cè)壁面與熱端基座緊貼。
上述熱端保溫套主要是防止均溫段熱量輻射傳出，影響導(dǎo)熱系數(shù)測試精度，為保證熱端基座與密封管的同軸性，一般應(yīng)采用硬質(zhì)保溫材料。熱端保溫套有上下方向的通孔用于穿過測溫裝置的導(dǎo)線。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還采用以下技術(shù)方案：
所述冷端基座為上細(xì)下粗的倒T型結(jié)構(gòu)體，上部圓柱為冷端測溫段，下部圓柱為冷端均溫段，冷端測溫段軸向布置至少有2個溫度傳感器；溫度傳感器引線束從熱端保溫套小孔穿過，經(jīng)測溫線引出模塊導(dǎo)出到外界。
上述溫度傳感器可以為熱電阻或者熱電偶，但由于熱電偶截斷容易導(dǎo)致測試誤差，采用玻璃密封端子，接線柱需要與熱電偶材質(zhì)相同。溫度傳感器固定要沿著軸向，盡量測試軸向一個點的溫度。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還采用以下技術(shù)方案：
所述熱端測溫段、冷端測溫段和熱物性測試樣品同軸且外徑相等，熱物性測試樣品夾持在熱端基座測溫段下平面和冷端基座測溫段上平面之間，通過彈性模塊形變提供夾持壓力。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還采用以下技術(shù)方案：
所述冷板上平面與冷端基座下平面接觸，冷板側(cè)壁設(shè)置有恒溫冷卻流體進(jìn)出口；冷端基座側(cè)壁、冷板側(cè)壁和下壁面嵌入冷端保溫套；冷端保溫套下平面與冷端壓緊板上平面接觸。
上述冷端基座側(cè)壁、冷板側(cè)壁和下壁面嵌入冷端保溫套，其中，冷端基座的上面，也就是跟冷端測溫段連接的面，在密封腔體里面，不需要被保溫套包裹，也不易實現(xiàn)。保溫套包裹的只有冷端各部件在密封腔外側(cè)的部分。
本發(fā)明中壓緊裝置通過冷熱端壓緊板產(chǎn)生壓緊力，擠壓密封環(huán)，形成熱端密封板下平面、密封管內(nèi)壁和冷端基座均溫段上平面組成的承壓密封腔體。壓緊裝置可以為螺栓、液壓機等裝置，提供穩(wěn)定的壓緊力。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還采用以下技術(shù)方案：
所述熱端基座和冷端基座均采用導(dǎo)熱系數(shù)及比熱容隨溫度變化很小或具有明確規(guī)律性的材料制作，同時盡量保證具備較高的導(dǎo)熱系數(shù)，確保測溫段徑向溫度一致性；熱端基座和冷端基座的測溫段可以增加削弱紅外輻射散熱鍍層。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還采用以下技術(shù)方案：
所述密封管材質(zhì)為金屬、陶瓷、承壓復(fù)合材料和玻璃中至少一種；密封管可以采用真空雙層結(jié)構(gòu)，密封管內(nèi)壁可以鍍上紅外線反射膜，隔離測溫區(qū)向外輻射散熱，提高測試精度。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還采用以下技術(shù)方案：
密封管采用有高紅外透過率材質(zhì)的陶瓷或玻璃材料(如透紅外線牌號石英、氟化鋇陶瓷等)時，測溫線引出模塊可以去掉，采用紅外非接觸測溫方式，在承壓密封腔體外側(cè)，對熱端基座和冷端基座的測溫段進(jìn)行軸向測溫，采集所需溫度數(shù)據(jù)，該方式設(shè)計結(jié)構(gòu)更簡單，操作更簡便。
進(jìn)一步的，所述發(fā)熱片下表面與熱端基座上表面之間、熱端測溫段下表面與熱物性測試樣品上表面之間、熱物性測試樣品下表面與冷端測溫段上表面之間、冷端基座下表面與冷板上表面之間填充導(dǎo)熱膠體，比如導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱膠泥、導(dǎo)熱墊片、雙面導(dǎo)熱膠帶等，降低接觸熱阻。
進(jìn)一步的，所述電源線和測溫線引出模塊采用承壓腔體引線導(dǎo)出，在保證絕緣和密封同時，實現(xiàn)電源線和測溫線從承壓腔體內(nèi)部導(dǎo)出；電源線和測溫線引出模塊直接焊接或粘結(jié)在熱端密封板側(cè)壁，也可通過螺紋或法蘭方式形成可拆卸承壓密封連接方式。
進(jìn)一步的，所述熱端壓緊板和熱端密封板為一體式結(jié)構(gòu)或分體式結(jié)構(gòu)，冷端基座和冷板為一體式結(jié)構(gòu)或分體式結(jié)構(gòu)；冷端基座的均溫段和測溫段為一體式結(jié)構(gòu)或分體式結(jié)構(gòu)，熱端基座的均溫段和測溫段為一體式結(jié)構(gòu)或分體式結(jié)構(gòu)；所述密封管包括若干段組成，段與段之間增加密封環(huán)實現(xiàn)密封。
比如密封管包括兩段時，兩端密封管的一段分別用密封膠固定在熱端密封板和冷端基座的密封槽內(nèi)，截斷處采用工字型密封圈，每次拆卸僅從截斷處拆卸，更換樣品，操作更加方便。
進(jìn)一步的，所述測溫線引出模塊可以有兩個，一個在熱端密封板側(cè)壁，引出熱端基座溫度傳感器上測溫線束，另一個在冷端基座側(cè)壁，引出冷端基座溫度傳感器上測溫線束，這樣更加便于拆卸，但是容易導(dǎo)致冷端基座均溫段溫度分布不均勻。
進(jìn)一步的，所述測試裝置通過真空閥對密封腔體抽真空，然后測試材料固有的熱物性，消除密封腔體內(nèi)空氣對流換熱引起的測試誤差；
對已抽真空密封腔體充入氣體，通過進(jìn)氣閥控制氣體通入量，測試材料和充入氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理吸附不同程度時的熱物性；氣體參與反應(yīng)或吸附量通過氣體前后溫度和壓力變化計算獲得。
進(jìn)一步的，所述測試裝置組裝完畢即可垂直放置，也可以根據(jù)需要不同角度放置，原則上為了抑制自然對流換熱導(dǎo)致誤差，熱端在上面，冷端在下面的垂直放置方法最優(yōu)，但是不考慮自然對流影響時，倒置，水平乃至傾斜一定角度均可以進(jìn)行測試。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還公開了一種多功能固體材料熱物性測試方法，當(dāng)冷端和熱端測溫區(qū)側(cè)壁面輻射及對流換熱可以忽略時，包括以下步驟：
(1)待整個測試裝置溫度為常溫時，加熱片恒定功率加熱，冷板通入恒溫流體，同時記錄測溫點溫度的瞬時值，直至溫度點基本不再發(fā)生變化為止，所有測溫點采集隨時間變化采集的溫度點數(shù)據(jù)為動態(tài)數(shù)據(jù)視為動態(tài)溫度，最后采集的一個時間點的溫度數(shù)據(jù)視為穩(wěn)態(tài)溫度；動態(tài)數(shù)據(jù)是n*m的矩陣，n為采集的次數(shù)，也就是時間項，m為溫度點的個數(shù)。
(2)考慮測溫區(qū)輻射及對流損失可以忽略，考慮測溫區(qū)徑向溫差極小，測溫區(qū)導(dǎo)熱系數(shù)為定值，通過熱端測溫區(qū)和冷端測溫區(qū)的熱流量僅沿著軸向方向傳遞，通過樣品的熱流量為通過熱端測溫區(qū)和冷端測溫區(qū)的熱流量之和的一半；
根據(jù)樣品上、下表面的溫度以及通過樣品的熱流量計算樣品熱阻，最終獲得樣品導(dǎo)熱系數(shù)；
(3)最上端到最下端測溫點之間部分建立一維動態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型；
(4)基于有限元、有限體積或有限差分方法對數(shù)學(xué)模型的軸向位置x和時間t離散，形成一組代數(shù)方程，已知測試點的動態(tài)溫度、熱物性測試樣品的密度以及各部分導(dǎo)熱系數(shù)，因此該代數(shù)方程為正定或超定代數(shù)方程組，通過最優(yōu)化算法即可獲得熱物性測試樣品比熱容；
(5)熱端和冷端基座的測溫區(qū)布置的測溫點大于兩個時，使得導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容的求解數(shù)學(xué)模型均變?yōu)槌ù鷶?shù)方程組，通過最優(yōu)化算法求解兩者的最小二乘解。
進(jìn)一步的，本發(fā)明還公開了一種多功能固體材料熱物性測試方法，當(dāng)冷端和熱端測溫區(qū)側(cè)壁面輻射及對流換熱不可以忽略時，包括以下步驟：
(1)熱端和冷端基座的測溫區(qū)軸向分別布置測溫點，同時布置密封腔體內(nèi)部氣體溫度測溫點和環(huán)境溫度測溫點，若密封管不能透過紅外線，則布置密封管內(nèi)壁測溫點取代環(huán)境溫度測溫點，待整個測試裝置溫度為常溫時，加熱片恒定功率加熱，冷板通入恒溫流體，同時記錄溫度點的瞬時值，直至溫度點基本不在發(fā)現(xiàn)變化為止，所有測溫點采集數(shù)據(jù)與時間的對應(yīng)的矩陣視為動態(tài)溫度，最后采集的一個時間點的溫度數(shù)據(jù)視為穩(wěn)態(tài)溫度；
(2)分別對熱端和冷端基座的測溫區(qū)的最上端到最下端測溫點之間部分建立一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型；
(3)通過最優(yōu)化算法即可獲得系統(tǒng)輻射系數(shù)和對流換熱系數(shù)；
(4)分別對熱端基座最上測溫點到下平面區(qū)域和冷端上平面到最下測溫點區(qū)域的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程求數(shù)值解，獲得熱端基座下平面和冷端基座上平面的溫度以及熱流密度，根據(jù)熱物性測試樣品的實際厚度，即可獲得測試樣品的導(dǎo)熱系數(shù)；
(5)最上端到最下端測溫點之間部分建立一維動態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型；
(6)通過最優(yōu)化算法即可獲得熱物性測試樣品比熱容；
(7)熱端和冷端基座的測溫區(qū)布置的測溫點多于三個時，使得導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容的求解數(shù)學(xué)模型均變?yōu)槌ù鷶?shù)方程組，通過最優(yōu)化算法求解兩者的最小二乘解。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明的熱物性測試方法，可以直接離散一維動態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型，建立關(guān)于導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容的正定或超定方程，通過最優(yōu)化方法，同時獲得導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容，由于這樣離散出來的方程組未知變量過多，在通過迭代求解過程容易發(fā)散，因此對計算機性能、求導(dǎo)和迭代算法要求較高，但是該種方法不需要一直測試到溫度數(shù)據(jù)穩(wěn)定，幾分鐘動態(tài)數(shù)據(jù)即可直接獲得測試樣品的熱物性參數(shù)。
本發(fā)明的熱物性測試方法，當(dāng)測試樣品上下表面接觸熱阻較大時，可以測試兩個不同長度的樣品總熱阻，總熱阻公式可以用下式表示：
因此，不同長度樣品總熱阻相減即可獲得兩樣品相差長度的熱阻，消除了接觸熱阻引起測試誤差，獲得樣品導(dǎo)熱系數(shù)。
本發(fā)明所述測試裝置小巧，拆裝方便，便于操作。本發(fā)明測試樣品小，便于制作。
本發(fā)明通過穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)測試獲得樣品導(dǎo)熱性能，進(jìn)而根據(jù)其動態(tài)數(shù)據(jù)獲得樣品比熱容，克服了現(xiàn)有穩(wěn)態(tài)法不能測試樣品比熱容的弊端；本發(fā)明所述測試裝置不僅能用來測試固體材料固有導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容，還可用于測試固體材料在氣固反應(yīng)或吸附過程中的熱物性參數(shù)變化規(guī)律。
本發(fā)明所述測試裝置及測試方法可以消除接觸熱阻、輻射及對流換熱導(dǎo)致的測試誤差，有效提高熱物性參數(shù)測試精度。
附圖說明
構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1、壓緊裝置，2、電源線引出模塊，3、測溫線引出模塊，4、密封環(huán)，5、密封管，6、溫度傳感器，7、冷板，8、熱端壓緊板，9、真空閥，10、進(jìn)氣閥，11、熱端密封板，12、彈性模塊，13、發(fā)熱片，14、熱端保溫套，15、熱端基座，16、熱物性測試樣品，17、冷端基座，18、冷端保溫套，19、壓力表，20、冷端壓緊板。
具體實施方式
應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。
需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在固體材料熱物性測試技術(shù)上的不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N多功能固體材料熱物性測試裝置及方法。
本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，提供了一種多功能固體材料熱物性測試裝置，上述測試裝置包括熱端壓緊板8、熱端密封板11、壓緊裝置1、電源線引出模塊2、壓力表19、發(fā)熱片13、彈性模塊12、熱物性測試樣品16、熱端基座15、熱端保溫套14、密封管5、密封環(huán)4、溫度傳感器6、測溫線引出模塊3、真空閥9、進(jìn)氣閥10、冷端基座17、冷板7、冷端保溫套18、冷端壓緊板20。
本實施例中，熱端壓緊板8下平面與熱端密封板11上平面接觸，密封管5上端插入熱端密封板11下平面密封槽，密封槽頂部與密封管上端之間填充有密封環(huán)4，通過擠壓力實現(xiàn)密封環(huán)4變形達(dá)到密封作用。
本實施例中，熱端密封板11側(cè)壁開孔，連通熱端密封板11側(cè)壁與下壁面，熱端密封板11側(cè)壁開孔處與連接電源線引出模塊2、測溫線引出模塊3、壓力表19、真空閥9和進(jìn)氣閥10連接，各個側(cè)壁開孔互相獨立。
本實施例中，熱端密封板11下平面中心位置與彈性模塊12上面接觸，彈性模塊12下平面與發(fā)熱片13上平面接觸，發(fā)熱片13電源線通過熱端密封板側(cè)壁的電源線引出模塊2導(dǎo)出到外界。彈性模塊12為勁度系數(shù)恒定的金屬彈簧。電源線引出模2塊采用NPT螺紋結(jié)構(gòu)的玻璃燒結(jié)端子，實現(xiàn)從高壓腔體中穿出。
本實施例中，熱端基座15為上粗下細(xì)的T型圓柱體，上部圓柱為熱端均溫段，下部圓柱為熱端測溫段。
本實施例中，發(fā)熱片13下平面通過固定在熱端基座15均溫段上平面，熱端保溫套14包裹在熱端基座15均溫段和發(fā)熱片13外面，熱端基座15測溫段軸向布置至少有2個溫度傳感器6；熱端保溫套14側(cè)壁面與密封管5內(nèi)壁面相匹配，熱端保溫套14、熱端基座15和密封管5同軸，熱端保溫套14有上下方向的通孔。熱端保溫14套采用耐火磚硬質(zhì)保溫材料，分為上蓋板和下保護(hù)套兩部分加工，便于安裝。
本實施例中，冷端基座17為上細(xì)下粗的倒T型圓柱體，上部圓柱為冷端測溫段，下部圓柱為冷端均溫段，冷端測溫段軸向布置至少有2個溫度傳感器6；溫度傳感器3引線束從熱端保溫套14小孔穿過，經(jīng)測溫線引出模塊3導(dǎo)出到外界。溫度傳感器6為熱電阻PT100。測溫線引出模塊3為螺紋加o型圈密封結(jié)構(gòu)的玻璃密封端子，測溫線與密封端子采用插拔式連接，方便拆卸。熱端基座15及冷端基座17測溫段銑出徑向方向小槽，PT100測溫頭通過導(dǎo)熱固化膠體鑲嵌固化在槽內(nèi)。
本實施例中，熱端基座15測溫段、冷端基座17測溫段和熱物性測試樣品16同軸且外徑相等，熱物性測試樣品16夾持在熱端基座15測溫段下平面和冷端基座17測溫段上平面之間，通過彈性模塊12形變提供夾持壓力；密封管5下端插入冷端基座17均溫段上平面的密封槽內(nèi)，密封槽底部與密封管5下端之間填充有密封環(huán)4。密封環(huán)4為全氟醚材質(zhì)o型圈。
本實施例中，冷板7上平面與冷端基座17下平面接觸，冷板7側(cè)壁擁有恒溫冷卻流體進(jìn)出口，冷板恒溫流體波動溫度小于0.5℃；冷端基座17側(cè)壁、冷板7側(cè)壁和下壁面7嵌入冷端保溫套18；冷端保溫套18下平面與冷端壓緊板20上平面接觸；壓緊裝置1通過冷端壓緊板20和熱端壓緊板8產(chǎn)生壓緊力，擠壓密封環(huán)4，形成熱端密封板11下平面、密封管5內(nèi)壁和冷端基座17均溫段上平面組成的承壓密封腔體。壓緊裝置1為一組螺栓，提供穩(wěn)定的壓緊力。
本實施例中，熱端基座15和冷端基座17采用T4高純紫銅制作，熱端基座15和冷端基座17采用純銀鍍層，把輻射系數(shù)降低至0.02左右。
本實施例中，密封管5采用雙層內(nèi)真空結(jié)構(gòu)石英管，內(nèi)壁有紅外線反射膜，進(jìn)一步減少輻射損失。
本實施例中，發(fā)熱片13下表面與熱端基座15上表面之間、冷端基座17下表面與冷板7上表面之間可以填充固化型導(dǎo)熱膠固化粘結(jié)，降低接觸熱阻；熱端基座15測溫段下表面與熱物性測試樣品16上表面之間、熱物性測試樣品16下表面與冷端基座17測溫段上表面之間，添加有導(dǎo)熱膠泥，降低兩者接觸熱阻。
本實施例中，熱物性測試樣品16有兩種，分別為316L不銹鋼和氯化鈣石墨復(fù)合吸附劑。
本實施例中，熱物性測試樣品16為316L不銹鋼時，首先真空泵通過真空閥9對密封腔體抽真空，忽略冷端和熱端測溫區(qū)側(cè)壁面輻射及對流換熱影響，測試方法如下：
(1)熱端基座15和冷端基座17的測溫區(qū)軸向分別布置兩個測溫點，待整個測試平臺溫度為常溫時，加熱片13恒定200W功率加熱，冷板7通入恒溫流體，同時記錄四個溫度點的瞬時值，直至溫度點基本不在發(fā)現(xiàn)變化為止，所有測溫點采集數(shù)據(jù)與時間的對應(yīng)的矩陣視為動態(tài)溫度，最后采集的一個時間點的溫度數(shù)據(jù)視為穩(wěn)態(tài)溫度。
(2)考慮測溫區(qū)輻射及對流損失可以忽略，考慮測溫區(qū)徑向溫差極小，測溫區(qū)導(dǎo)熱系數(shù)為定值，通過熱端基座測溫區(qū)和冷端基座測溫區(qū)熱流量僅沿著軸向方向傳遞，兩個熱流量分別為：
通過樣品的熱流量為：
樣品上、下表面的溫度分別為：
因此，樣品熱阻為：
若忽略樣品與測溫區(qū)的接觸熱阻，帶入整理可得：
把穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和設(shè)計參數(shù)帶入上式，即可獲得75℃時316L導(dǎo)熱系數(shù)為15.02W·m-1·K-1，誤差小于±3％。式中ds為熱物性測試樣品厚度，λ12熱端基座導(dǎo)熱系數(shù)，λ34冷端基座導(dǎo)熱系數(shù)，d為每個測溫段兩個測溫點距離，T1、T2、T3和T4為自上而下布置在熱端和冷端測溫段上布置測溫點的穩(wěn)態(tài)溫度，dH為T2測溫點到熱物性測試樣品上表面的距離，dC為T3測溫點到熱物性測試樣品下表面的距離。
(3)最上端到最下端測溫點之間部分建立一維動態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型，如下式
(4)基于有限元、有限體積或有限差分方法對數(shù)學(xué)模型的軸向位置x和時間t離散，形成一組代數(shù)方程，已知四個測試點的動態(tài)溫度T、熱物性測試樣品的密度ρ以及各部分導(dǎo)熱系數(shù)λ，因此該方程為超定代數(shù)方程組，通過最優(yōu)化算法即可獲得75℃時316L比熱容c為0.498KJ·kg-1K-1，誤差小于±4％。
熱端和冷端基座的測溫區(qū)布置的測溫點可以多于兩個，使得導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容的求解數(shù)學(xué)模型均變?yōu)槌ù鷶?shù)方程組，通過最優(yōu)化算法求解兩者的最小二乘解。
本實施例中，熱物性測試樣品16為氯化鈣石墨復(fù)合吸附劑時，首先真空泵通過真空閥9對密封腔體抽真空，對已抽真空密封腔體充入氨氣，通過進(jìn)氣閥10控制氨氣通入量，氣體參與反應(yīng)或吸附量通過氣體前后溫度和壓力變化計算獲得，測試方法如下：
(1)熱端基座15和冷端基座17的測溫區(qū)軸向分別布置三個測溫點，同時布置密封腔體內(nèi)部氣體溫度測溫點和密封管內(nèi)壁測溫點，待整個測試平臺溫度為常溫時，加熱片恒定功率加熱，冷板通入恒溫流體，同時記錄八個溫度點的瞬時值，直至溫度點基本不在發(fā)現(xiàn)變化為止，所有測溫點采集數(shù)據(jù)與時間的對應(yīng)的矩陣視為動態(tài)溫度，最后采集的一個時間點的溫度數(shù)據(jù)視為穩(wěn)態(tài)溫度；
(2)分別對熱端基座15和冷端基座17的測溫區(qū)的最上端到最下端測溫點之間部分建立一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型，如下式
(3)基于有限元、有限體積或有限差分方法對數(shù)學(xué)模型的軸向位置x離散，形成兩組代數(shù)方程，已知六個測溫區(qū)的測試點的溫度T、測溫區(qū)的半徑r、氣體溫度Tf、環(huán)境溫度或密封管溫度TE以及測溫區(qū)的導(dǎo)熱系數(shù)λ，兩方程組聯(lián)立必定為正定或超定代數(shù)方程組，通過最優(yōu)化算法即可獲得系統(tǒng)輻射系數(shù)Cs和對流換熱系數(shù)h；
(4)分別對熱端基座15最上測溫點到下平面區(qū)域和冷端基座17上平面到最下測溫點區(qū)域的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程求數(shù)值解，獲得熱端基座15下平面和冷端基座17上平面的溫度以及熱流密度，根據(jù)氯化鈣石墨復(fù)合吸附劑測試樣品的實際厚度，即可獲得氯化鈣石墨復(fù)合吸附劑吸附0.6g/g氨氣的導(dǎo)熱系數(shù)為2.58W·m-1·K-1。
(5)最上端到最下端測溫點之間部分建立一維動態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型，如下式
(6)基于有限元、有限體積或有限差分方法對數(shù)學(xué)模型的軸向位置x和時間t離散，形成一組代數(shù)方程，已知六個測溫區(qū)的測試點的動態(tài)溫度T、熱物性測試樣品的密度ρ、測溫區(qū)的半徑r、氣體溫度Tf、環(huán)境溫度或密封管溫度TE、各部分導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱系數(shù)λ、系統(tǒng)輻射系數(shù)Cs和對流換熱系數(shù)h，因此該方程為正定或超定代數(shù)方程組，通過最優(yōu)化算法即可獲得熱物性測試樣品比熱容c為0.8KJ·kg-1K-1。
熱端和冷端基座的測溫區(qū)布置的測溫點可以多于三個，使得導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容的求解數(shù)學(xué)模型均變?yōu)槌ù鷶?shù)方程組，通過最優(yōu)化算法求解兩者的最小二乘解。
以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。