一种基于稳态法测量颗粒物质有效导热系数的装置

1.本实用新型涉及导热系数检测技术领域，尤其是涉及一种基于稳态法测量颗粒物质有效导热系数的装置。


背景技术：

2.导热系数作为土壤等颗粒物质的关键热参数之一，测量出精确的颗粒物质的导热系数对于颗粒物质的热研究具有重要的意义。稳态法即测量导热系数过程中，使系统达到热稳态，物质内部各点温度不随时间变化而改变的测量方法，常用于测量中低导热系数的物质。稳态法测量时间长，对环境条件和热源条件要求比较高，现有装置测量颗粒物质导热系数时容易受环境条件影响，并且无法根据所受轴向力进行模拟，进而无法准确直接测得被测物质的导热系数。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种基于稳态法测量颗粒物质有效导热系数的装置，实现准确测量颗粒物质在无外界环境干扰下的有效导热系数。
4.本实用新型提供一种基于稳态法测量颗粒物质有效导热系数的装置，包括支撑框，所述支撑框的顶端固定安装有实验仓，所述实验仓的内部设有固定支架，所述固定支架的下方设有中空工作台和测量机构，所述测量机构设置在所述中空工作台和所述固定支架之间，所述固定支架的顶端贯穿设置有若干个用于为所述测量机构提供轴向压力的调节螺栓；所述支撑框的内部固定安装有真空泵，所述真空泵的吸气孔与所述实验仓的内部连通。
5.进一步的，所述测量机构包括加热板、颗粒槽和冷板，所述颗粒槽位于所述加热板和所述冷板之间，所述颗粒槽和所述加热板之间设有热流计和压力传感器。
6.进一步的，所述加热板和所述冷板上均等间距设有若干个安装孔，每个所述安装孔内均安装有温度传感器，所述温度传感器贯穿至所述颗粒槽的内部。
7.进一步的，所述实验仓包括实验台板和真空罩，所述实验台板与所述支撑框的顶端固定连接，所述实验台板的顶端设有密封槽，所述真空罩的底端安装在所述密封槽内，所述密封槽的内部的两侧壁上设有夹持所述真空罩的密封圈。
8.进一步的，所述温度传感器为pt100铂电阻。
9.进一步的，所述加热板由金属材料制成，所述加热板的内部均匀布置有加热丝。
10.进一步的，所述支撑框的一侧固定安装有真空计，所述真空计的探头设于所述实验仓内部。
11.进一步的，所述冷板由紫铜材料制成。
12.进一步的，所述压力传感器为陶瓷电容式压力传感器。
13.进一步的，所述真空罩由透明材料制成。
14.本实用新型的技术方案相对于现有技术，有益效果是：该装置不仅为颗粒物质的测量提供了真空环境，使其避免受外界环境条件影响，并且还实现了模拟颗粒物质所受的
轴向压力下作用，能够较为准确的测量颗粒物质的有效导热系数。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型中真空罩剖切状态的整体结构示意图；
17.图2为本实用新型中测量机构的剖视图；
18.附图标记说明：1-支撑框、2-实验台板、3-真空罩、4-固定支架、5-中空工作台、6-测量机构、601-加热板、602-颗粒槽、603-冷板、604-压力传感器、605-热流计、606-安装孔、7-调节螺栓、8-真空泵、9-真空计。
具体实施方式
19.下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
21.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.实施例1
23.如图1和图2所示，一种基于稳态法测量颗粒物质有效导热系数的装置，包括支撑框1，支撑框1的顶端固定安装有实验仓，实验仓包括实验台板2和真空罩3，真空罩3由玻璃或塑料等透明材料制成，实验台板2与支撑框1的顶端通过螺栓固定连接，实验台板2的顶端设有密封槽，真空罩3的底端安装在密封槽内，密封槽的内部的两侧壁上设有夹持真空罩3的密封圈，通过设置密封圈保证真空罩3与实验台板2密封时的气密性良好，确保不会发生漏气的现象。支撑框1的内部固定安装有真空泵8，真空泵8的吸气孔与实验仓的内部连通，用于将实验仓内部抽成真空状态。
24.实验仓的内部设有固定支架4，固定支架4的下方设有中空工作台5和测量机构6，
测量机构6设置在中空工作台5和固定支架4之间，固定支架4的顶端贯穿设置有若干个用于为测量机构6提供轴向压力的调节螺栓7，因为一般颗粒散料的导热系数会受到外界压力的影响，对于某些颗粒散料测量导热系数时需要考虑这一影响因素，所以本装置中通过调节螺栓7对测量机构6的顶端施加压力来模拟颗粒物质所受到的轴向压力。
25.具体的：测量机构6包括加热板601、颗粒槽602和冷板603，冷板603由紫铜材料制成，颗粒槽602位于加热板601和冷板603之间，使用时颗粒物质填充在颗粒槽602中，，颗粒槽602为薄壁型圆环，具体实施时可根据是否需要对颗粒物质施加轴向压力具体选择颗粒槽602是选用柔性材料亦或是硬性材料，颗粒槽602和加热板601之间设有陶瓷电容式压力传感器604和用于测量热流密度的热流计605，热流计605采用的是精度为
±
3％的热流计605，加热板601和冷板603上均等间距设有若干个安装孔606，每个安装孔606内均安装有温度传感器，温度传感器略微伸出板外并贯穿至颗粒槽602的内部，温度传感器的数值通过布置于实验仓外部的温度巡检仪进行显示，通过分别读取加热板601一侧和冷板603一侧的温度传感器数值，判断模拟颗粒物质的温度分布达到稳定之后，通过测量试样内的温度分布和穿过试样内热流来测出导热系数。本实施例中温度传感器为pt100铂电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变，其原理是通过读取pt100铂电阻来判断温度分布是否达到稳定，并测得颗粒物质位于加热板601和冷板603一侧的温度差，利用pt100铂电阻充当温度传感器使用。
26.加热板601由导热性良好的金属材料制成，加热板601的内部均匀布置有加热丝，保证颗粒槽602内部顶端的颗粒物质均匀受热，可用直流电或交流电通电加热，线路通过中空工作台5引出实验仓外部。
27.支撑框1的一侧固定安装有用于显示实验仓内部真空度的真空计9，真空计9的探头设于实验仓内部。实验仓的内部在实验台板2的顶端还设有电源接线柱，用于为加热板601提供电源。
28.其中颗粒物质的导热系数计算方式如下：k＝q/(dt/dx)，其中q表示通过试样热流密度(w/m2)，k为要测定的导热系数(w/(m
·
k)，dt表示沿着试样厚度方向的加热板601和冷板603之间的温差(即加热板601与冷板603温度测量的差值)，dx表示沿着试样高度(m)，dt/dx表示温度梯度，其中热流密度q通过热流计605测量得到。
29.工作原理
30.首先将待测颗粒物质填充入颗粒槽602中，然后将整个测量机构6安装在中空工作台5的顶端，根据需求使用固定支架4顶端的调节螺栓7施加轴向压力，然后将真空罩3密封安装在实验台板2上，启动真空泵8，将实验仓内部抽成真空状态，然后为加热板601通电，通过加热板601和冷板603上的温度传感器判断颗粒物质的温度分布达到稳定之后，通过测量试样内的温度分布和穿过试样内热流来测出导热系数。
31.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。