一种金属材料比热容的测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种金属材料比热容的测量装置，包括激光加热器及其控制模块；加热炉体及其控制模块；样品架；测量热电偶组；数据采集模块；基座；带控制和测量功能软件的PC机及其设备连接线。该装置可以实现对规定的小尺寸金属试样，在进行相应的加工和处理后进行比热容的测量，根据提出的绝对法测量模型和修正模型可以较为精准的获得待测金属试样的比热容。在常温至300℃下的比热容测量结果偏差小于±3％，重复性优于2％，其中在常温下测量偏差小于±1％，重复性优于1％。

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料比热容的测量装置
本技术涉及一种测量装置，具体涉及一种金属材料比热容的测量装置。
技术介绍
比热容作为材料最为重要的热物性参数之一，表征单位质量下材料升高1℃所需消耗的热能，作为物质的重要性质和理论分析的数据，它是评价其热性能的依据，在实际生产生活中广泛应用，尤其在材料、能源、航天、环境保护、物质的合成与应用开发、医学和工程热力学等领域具有重要的应用价值。固体材料比热容的测量方法主要有：量热计法和比较法等，其中比较法主要有：差示扫描量热计(DSC)法和激光闪光法等，国际上普遍使用合成蓝宝石(α-Al2O3)作为比热容的标准物质，其中DSC法是目前用途最广，测量精度较高的方法之一，目前市面上商用DSC仪器的比热容测量精度声称可以能达到2％～3％，但实际不同厂家生产的设备测量结果存在较大的差异，同一种材料的测量偏差可能达到20％以上。激光闪光法是当下材料热物性参数测量最主要的方法之一，适用于金属材料热扩散系数和比热容的测量，拥有测量速度快、样品尺寸小和准确性较高的优点，目前已经成为测量热扩散系数的标准方法之一。然而，市面上商用的闪光法系列导热仪测量材料比热容偏差较大，一般声称偏差为5％～10％，主要是因为闪光法激光脉冲加热时间极短，试样前表面喷涂石墨来提高热吸收率等处理，会导致对前表面热吸收能量精准测定较为困难；同时无论是通过热电偶或红外测温仪对试样后表面测温，热损失都会导致对试样后表面最大温升的测量造成较大偏差，从而通过相对法测量获得的材料的比热容偏差较大，重复性也较差。目前，激光闪光法测量仪通常使用铜或石墨作为测量比热容的标准样品，样品缺乏相应的量值溯源，其标称值的准确性得不到保证，因此，使用标准样品比热容的不确定度对相对法测量结果的准确性有直接影响，从而导致了闪光法测量仪通过测量的热扩散系数、比热容和密度等值计算获得的导热系数引入了较大的不确定度，测量结果可靠性较差。
技术实现思路
本技术的目的是在闪光法测量原理和装置的基础上进行改进，提供一种使用连续激光加热来测量金属材料比热容的测量装置，并基于连续激光加热所建立的准稳态温升过程，通过绝对法获得金属材料的比热容。本技术提供了一种金属材料比热容的测量装置，其包括，激光加热器，其提供照射激光光束；加热炉，其具有预定温度范围的控温；以及控制模块；其特征在于：所述加热炉固定炉体和可移动炉体，所述固定炉体和所述可移动炉体可进行合体和分离，在所述固定炉体和所述可移动炉体之间设置有样品架；待测样品，其位于所述样品架上，且在所述待测样品的侧部和表面上具有微孔，在所述微孔中设置热电偶。其中，所述预定温度范围为室温～300℃温度范围。其中，采用测温热电偶组对炉温和均匀性进行测量，炉温偏差小于±1℃，均匀性小于1℃。其中，所述热电偶组含有两根极细k型铠装热电偶，直径为0.15mm，用于测量打孔金属试样内部温度。其中，所述控制模块对激光加热器快门进行控制和读取热电偶温度，并可以进行数据处理和存储。其中，进一步包括数据采集模块。本技术的对金属材料进行比热容测量的方法，其包括：步骤1、制备规定范围尺寸的金属试样，并在金属试样上使用微打孔技术打出规定范围尺寸的微孔；步骤2、在待测金属试样前表面均匀喷涂石墨喷剂，待干燥后装载在样品架上；步骤3、根据打孔位置选择测量热电偶组的热电偶，并将极细热电偶塞入微孔中，步骤4、使用数据连接线分别将数据采集设备和激光加热器控制器与控制模块相连接，并打开控制模块上的配套程序，并设置端口连接，运行程序并测试连接设备连接状态；步骤5、通过激光加热控制器设置激光加热器输出功率，并稳定30min以上；步骤6、将固定炉体和可移动炉体闭合，并通过炉温控制器设置所需测量下的温度，等待炉温控制器温度显示到达设置温度；步骤7、采用激光加热器照射样品，测量系统实时采集测量热电偶温升，重复测量不少于3次。其中，在步骤5中包括待炉内温度达到设定值，且炉温均匀性偏差小于1℃，激光加热器稳定30min以上，设置激光加热脉冲时间即快门关断时间间隔，激光加热器脉冲加热时间一般为20s。本技术提供了一种金属材料比热容的测量装置，其包括，激光加热器及其控制模块；加热炉体及其控制模块；样品架；测量热电偶组；数据采集模块；基座；带控制和测量功能软件的PC机及其设备连接线其中，激光加热器为连续激光器，最高输出功率可达1W，并带有可程控快门，快门响应时间小于1ms。其中，加热炉设计为分体模式，可进行中部分离，其中左炉体为固定炉体，右炉体可手动进行合体和分离；加热炉体可以满足室温～300℃温度范围内的测量需求，并使用热电偶组对炉温和均匀性进行测量，并使用控制模块对炉温进行控制，炉温偏差小于±1℃，均匀性小于1℃。其中，测量热电偶组含有两根极细k型铠装热电偶，直径为0.15mm，用于测量打孔金属试样内部温度。其中，PC机所带的控制软件基于LabVIEW编写的激光加热器快门控制和热电偶温度读取，并可以进行数据处理和存储，所述连接线为两根USB-B连接线，分别与数据采集模块和激光加热器控制模块进行连接。本技术提供了一种采用测量装置对金属材料进行比热容测量的方法，其包括：步骤1、制备规定范围尺寸的金属试样，并在金属试样上使用微打孔技术打出规定范围尺寸的微孔；步骤2、使用0.001g分辨率天平测量金属试样的质量；步骤3、在待测金属试样前表面均匀喷涂石墨喷剂，待干燥后装载在样品架上；步骤4、根据打孔位置选择测量热电偶组的热电偶，并将极细热电偶塞入微孔中，步骤5、使用USB-B连接线分别将数据采集设备和激光加热器控制器与PC机相连接，并打开PC机上的配套程序，并设置端口连接，运行程序并测试连接设备连接状态；步骤6、通过激光加热控制器设置激光加热器输出功率，并稳定30min以上；步骤7、手动旋转右侧炉体把手，将炉体闭合，并通过炉温控制器设置所需测量下的温度，等待炉温控制器温度显示到达设置温度；步骤8、待炉内温度达到设定值，且炉温均匀性偏差小于1℃，激光加热器稳定30min以上，设置激光加热脉冲时间即快门关断时间间隔，激光加热器脉冲加热时间一般为20s；步骤9、点击PC机程序开始测量按钮，开始测量，测量系统实时采集测量热电偶温升；步骤10、输入试样质量，测量温升数据经软件处理后显示测量金属试样的比热容，冷却10min以上后，进行再次测量，重复测量不少于3次；步骤11、测量结束，关闭加热炉体电源，关闭激光加热器电源，待炉内温度降至60℃以下再打开炉体，拔出测量热电偶，拿出被测的金属试样。本技术的测量装置主要包括激光加热器及其控制模块；加热炉体及其控制模块；样品架；测量热电偶组；数据采集模块；基座；带控制和测量功能软件的PC机及其设备连接线。其中对待测金属试样尺寸需求加工并进行打微孔，测量前需在金属试样前表面喷涂石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属材料比热容的测量装置，其包括，激光加热器，其提供照射激光光束；加热炉，其具有预定温度范围的控温；以及控制模块；其特征在于：所述加热炉固定炉体和可移动炉体，所述固定炉体和所述可移动炉体可进行合体和分离，在所述固定炉体和所述可移动炉体之间设置有样品架；待测样品，其位于所述样品架上，且在所述待测样品的侧部和表面上具有微孔，在所述微孔中设置热电偶。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属材料比热容的测量装置，其包括，激光加热器，其提供照射激光光束；加热炉，其具有预定温度范围的控温；以及控制模块；其特征在于：所述加热炉固定炉体和可移动炉体，所述固定炉体和所述可移动炉体可进行合体和分离，在所述固定炉体和所述可移动炉体之间设置有样品架；待测样品，其位于所述样品架上，且在所述待测样品的侧部和表面上具有微孔，在所述微孔中设置热电偶。


2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述预定温度范围为室温～300℃温度范围。


3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：周逸，林鸿，张金涛，冯晓娟，邱萍，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，郑州计量先进技术研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11