一种可大范围调节加载力和温度的接触热阻测量装置，包括测量单元，测量单元连接到机架，机架的底部与万向轮连接，机架的上表面放置水平仪，测量单元的进液管通过液氮充注管连接到液氮储罐的供液口，测量单元的排气管通过氮气放空管连通到大气环境，本发明专利技术采用高真空绝热的方式提高了轴向热流的测量精度，用加载螺栓、推力轴承等实现了对接触面加载力的大范围调节，用液氮槽、电加热圈等实现了对接触面温度的大范围调节，测量过程中可随时调节加载力和温度而不破坏真空度，具有测量精确、工况范围大、操作方便的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体材料热物理性质测量
，具体涉及一种可大范围调节加载力和温度的接触热阻测量装置。
技术介绍
接触热阻是指热量通过固体之间的接触界面传递时遇到的附加阻力。接触热阻的形成机理主要包括实际固体表面凹凸不平导致的不完全接触、以及载热子在接触界面处的散射；前者在常温区和高温区占主导作用，后者在低温区占主导作用。在航空航天、超导、核电、微电子等
，固体界面之间的接触换热是常采用的散热形式。某些情况下接触热阻在整个系统的热阻中占可观的比例，例如高温超导系统中超导体与氮化铝之间的接触热阻是氮化铝材料本身热阻的数十倍。因此获取特定材料和接触条件下的接触热阻对工程系统的散热设计有重要的意义。由于接触热阻受温度、加载条件、热流方向、接触面几何形貌、接触介质等多种因素的综合影响，用现有的一些计算模型得到的预测结果往往与实际值偏差较大，工程应用中需通过实验测量得到接触热阻的值。受测量原理和传感器性能等的限制，通常难以实现对实际接触面的原位测量，目前的接触热阻测量装置均是通过模拟实际接触条件，得到特定材料和接触条件下的接触热阻。现有的接触热阻测量方法主要是一维稳态导热法，相应的测量装置一般包括抽真空系统、控温系统、加载系统、测量系统等。例如徐烈等(双热流法测定低温真空下固体界面的接触热阻.《低温工程》.1999，(第4期)，185-189.)提出了用双热流计测量接触热阻的方法及装置，文中所述装置可以方便地在真空腔外部调节加载力，但波纹管本身的伸缩应力使加载力难以准确测量，尤其在加载力小的情况下；且该装置不易实现从液氮温区到常温区的连续控温。徐圣亚和洪国同(真空低温下螺钉压紧的Cu-Cu界面间接触热阻的实验研究.《真空与低温》.2010，第16卷(第3期)，153-156.)提出了在接触面温度固定时测螺钉压紧的界面间接触热阻的实验方法及装置，该装置能模拟低温和真空的接触条件，但无法在真空腔外部调节加载力，故不便于对同组试件进行相同温度、不同加载力的接触热阻测量，也得不到加载一卸载过程中接触热阻的滞环变化规律。黄海明等(机械压力作用下接触热阻测量装置及测量方法.2011，CN101887041B.)提出的装置用专用压力机加载，Kwabena A.Narh 等(Apparatus and method for simultaneously determining thermalconductivity and thermal contact resistance.2011，US6142662A.)提出的装置加载力可达3MPa;但上述两种装置中均采用包裹隔热材料的方式减小试件的径向散热，这种绝热方式比高真空绝热的效果差，当接触面温度远低于环境温度时会给轴向热流的测量带入显著的误差。洪军等(一种固定结合面真空接触热导测量装置.2011，CN102141529A.)提出的装置采用压电陶瓷调节加载力，适用于加载力不大的工况；该装置用液氮直接冷却制冷液，而常压下液氮温度约为_163°C，易造成制冷液冻结
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种可大范围调节加载力和温度的接触热阻测量装置，采用高真空绝热，用加载螺栓、推力轴承等调节加载力，用液氮槽、电加热圈等调节温度，具有测量精确、工况范围大、操作方便的优点。为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为:一种可大范围调节加载力和温度的接触热阻测量装置，包括测量单元1，测量单元I的真空腔固定脚36连接到机架7，机架7的底部与万向轮8连接，机架7的上表面放置水平仪5，测量单元I的进液管67通过液氮充注管33连接到液氮储罐10的供液口，测量单元I的排气管66通过氮气放空管3连通到大气环境。测量单元I的抽真空接口 44通过波纹管12连接到分子泵13的进气口，分子泵13的排气口通过电磁挡板阀14连接到机械泵15的进气口，测量单元I的热偶规卡口 34与热偶规31连接，热偶规31通过热偶规电缆17连接到复合真空计18，测量单元I的电离规卡口 35与电离规30连接，电离规30通过电离规电缆16连接到复合真空计18，测量单元I的充气接口 43通过充气管32连接到高压气瓶9的供气口。测量单元I的电源线接口 55与电源线航空插头29连接，电源线24穿过电源线接口 55及电源线航空插头29，电源线24采用2对铜导线:一对铜导线连接主加热圈47与直流电源19 ;另一对铜导线连接辅助加热圈58和直流电源19，测量单元I的信号线接口 57与信号线航空插头28连接，电缆线25穿过信号线接口 57及信号线航空插头28，连接荷重传感器61与测力仪20，热电偶2穿过信号线接口 57及信号线航空插头28，热电偶2采用18对T型热电偶，热电偶2的各个测量端27布置在相应测点上，热电偶2的各个参考端26浸入冰点槽23中，热电偶2的参考端26通过延长线与数字万用表21连接，数字万用表21与PC机22连接。所述的测量单元1，包括真空腔37及其附属结构，真空腔37的附属结构通过焊接与真空腔37连接，真空腔37通过O形橡胶圈与玻璃罩40的底部连接，加载架39与真空腔37的底部连接，加载架39的顶盘60与封装套49上部通过螺纹连接，封装套49下部开孔，与隔热棒48的侧面过盈配合，定位钢球63、钢性垫片62、荷重传感器61均封装在封装套49中，定位钢球63与加载架39的顶盘60配合，定位钢球63下顶点与钢性垫片62上表面接触，钢性垫片62下表面与荷重传感器61凸面侧接触，荷重传感器61平面侧与隔热棒48上端面贴合，隔热棒48下端面与热流计46上端面贴合，热流计46上侧箍有主加热圈47，热流计46下端面与上试件65上端面贴合，上试件65下端面与下试件59上端面贴合，上试件65和下试件59的外侧布置防辐射屏45，下试件59下端面与承重柱53上端面的中部沉槽贴合，承重柱53上端面开环形槽，嵌入辅助加热圈58，承重柱53下端面与承重柱支撑座52的上部沉槽贴合，承重柱支撑座52通过承重柱支撑脚54固定在真空腔37底部，承重柱53与液氮槽38通过焊接连接，承重柱53贯穿液氮槽38，进液管67在液氮槽38内的部分缠绕在承重柱53上，进液管67出口与液氮槽38内的下部空间连通，排气管66进口与液氮槽38内的上部空间连通；真空腔37的附属结构包括热偶规卡口 34、电离规卡口 35、真空腔固定脚36、充气接口 43、抽真空接口 44、电源线接口 55、信号线接口 57，均通过焊接与真空腔37连接。所述的加载架39包括定位销50、底盘51、加载螺栓41、推力轴承42、拉杆56、顶盘60 ;定位销50的下端通过螺纹连接固定在真空腔37底部，定位销50的上端与底盘51的通孔呈间隙配合，底盘51与加载螺栓41通过螺纹连接，加载螺栓41与推力轴承42配合，推力轴承42固定在真空腔37外侧底部，底盘51与拉杆56的下端通过螺纹连接，拉杆56的上端与顶盘60通过螺纹连接。在热流计46、上试件65及下试件59的侧面均打有测温孔64，热电偶2的各个测量端27插入到相应测温孔64的最深处。本专利技术克服了现有接触热阻测量装置中存在的对接触面加载力和温度调节范围小的不足，采用高真空绝热的方式提高了轴向热流的测量精度，用加载螺栓、推力轴承等实现本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可大范围调节加载力和温度的接触热阻测量装置，包括测量单元（1），其特征在于：测量单元（1）的真空腔固定脚（36）连接到机架（7），机架（7）的底部与万向轮（8）连接，机架（7）的上表面放置水平仪（5），测量单元（1）的进液管（67）通过液氮充注管（33）连接到液氮储罐（10）的供液口，测量单元（1）的排气管（66）通过氮气放空管（3）连通到大气环境；测量单元（1）的抽真空接口（44）通过波纹管（12）连接到分子泵（13）的进气口，分子泵（13）的排气口通过电磁挡板阀（14）连接到机械泵（15）的进气口，测量单元（1）的热偶规卡口（34）与热偶规（31）连接，热偶规（31）通过热偶规电缆（17）连接到复合真空计（18），测量单元（1）的电离规卡口（35）与电离规（30）连接，电离规（30）通过电离规电缆（16）连接到复合真空计（18），测量单元（1）的充气接口（43）通过充气管（32）连接到高压气瓶（9）的供气口；测量单元（1）的电源线接口（55）与电源线航空插头（29）连接，电源线（24）穿过电源线接口（55）及电源线航空插头（29），电源线（24）采用2对铜导线：一对铜导线连接主加热圈（47）与直流电源（19）；另一对铜导线连接辅助加热圈（58）和直流电源（19），测量单元（1）的信号线接口（57）与信号线航空插头（28）连接，电缆线（25）穿过信号线接口（57）及信号线航空插头（28），连接荷重传感器（61）与测力仪（20），热电偶（2）穿过信号线接口（57） 及信号线航空插头（28），热电偶（2）采用18对T型热电偶，热电偶（2）的各个测量端（27）布置在相应测点上，热电偶（2）的各个参考端（26）浸入冰点槽（23）中，热电偶（2）的参考端（26）通过延长线与数字万用表（21）连接，数字万用表（21）与PC机（22）连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：厉彦忠，郑江，来欢，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。