雙螺旋平面結構諧波法測試材料熱物性參數的裝置製造方法
2023-09-12 06:04:15
雙螺旋平面結構諧波法測試材料熱物性參數的裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種雙螺旋平面結構諧波法測試材料熱物性參數的裝置。該裝置包括樣品固定臺和雙螺旋平面結構傳感器。樣品固定臺包括：橫截面呈「凹」字型的底座；以及由底座的兩側分別向中間延伸並分別抵壓住待測樣品的左抵壓部件和右抵壓部件。雙螺旋平面結構傳感器包括：柔性襯底，其材料為絕緣材料；形成於柔性襯底上的由一系列同心圓環組成的雙螺旋平面結構，其材料為金屬材料；以及通過膠黏層覆蓋於雙螺旋平面結構上方的柔性覆蓋膜，其材料為絕緣材料；其中，在樣品固定臺的兩抵壓部件作用下，該雙螺旋平面結構傳感器的兩外側面分別與待測樣品充分接觸。本發明可以保證傳感器和待測樣品能夠充分接觸。
【專利說明】雙螺旋平面結構諧波法測試材料熱物性參數的裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料物性測試【技術領域】，尤其涉及一種雙螺旋平面結構諧波法測試材料熱物性參數的裝置。
【背景技術】
[0002]熱導率(λ，又稱導熱係數)和吸熱係數(定義為熱導率λ和熱容P Cp乘積的平
方根，
【權利要求】
1.一種雙螺旋平面結構諧波法測試材料熱物性參數的裝置，其特徵在於，包括: 樣品固定臺，包括: 橫截面呈「凹」字型的底座；以及 由所述底座的兩側分別向中間延伸並分別抵壓住待測樣品的左抵壓部件和右抵壓部件; 雙螺旋平面結構傳感器，包括: 柔性襯底，其材料為絕緣材料； 形成於所述柔性襯底上的由一系列同心圓環組成的雙螺旋平面結構，其材料為金屬材料；以及 通過膠黏層覆蓋於所述雙螺旋平面結構上方的柔性覆蓋膜，其材料為絕緣材料； 其中，在樣品固定臺的所述兩抵壓部件作用下，該雙螺旋平面結構傳感器的兩外側面分別與待測樣品充分接觸。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述底座的兩側面各有一圓孔，該圓孔內側具有內螺紋； 所述左抵壓部包括:左移動頂杆和固定於該左移動頂杆末端的左移動端面； 所述右抵壓部包括:右移動頂杆和固定於該右移動頂杆末端的右移動端面； 其中，所述左移動頂杆和右移動頂杆的`對應位置具有與所述內螺紋相匹配的外螺紋，所述左移動端面和右移動端面固定於相應移動頂杆的內側，垂直於頂杆方向設置。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述金屬材料為銅、銀、鎳、金或鉬；所述絕緣材料聚醯亞胺或聚對苯二甲酸乙二醇酯；所述膠黏層的材料為EVA類熱熔膠或邦林熱熔膠。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述雙螺旋平面結構中，同心圓環的寬度介於10 μ m~1000 μ m之間，相鄰兩同心圓環之間的間隔介於50 μ m~1000 μ m之間。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述雙螺旋平面結傳感器中:所述雙螺旋平面結構的厚度介於0.2 μ m~100 μ m之間,直徑介於5mm~50mm之間,柔性襯底及柔性覆蓋膜厚度在12.5 μ m~50 μ m之間，膠黏層厚度在5 μ m~40 μ m之間。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述待測樣品為固體樣品或流體樣品； 當待測樣品為固體樣品時，所述雙螺旋平面結構傳感器的兩外側面分別與位於相應側的固體樣品充分接觸； 當待測樣品為流體樣品時，該裝置還包括:流體樣品容器，所述流體樣品盛放於該流體樣品容器中，所述左抵壓部件和右抵壓部件分別從兩側頂住該流體樣品容器，所述雙螺旋平面結構傳感器垂直埋入所述流體樣品中。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述流體樣品容器為袋狀容器或兩側開口的筒狀容器。
8.根據權利要求1至5中任一項所述的裝置，其特徵在於，還包括: 溫控容器，呈圓桶形，所述樣品固定臺以及雙螺旋平面結構傳感器均位於該溫控容器中。
9.根據權利要求1至5中任一項所述的裝置，其特徵在於，還包括:諧波測量單元，其兩電流引線端分別電性連接至所述雙螺旋平面結構傳感器的第一端和第二端，並通過兩者向雙螺旋平面結構傳感器提供周期正弦加熱電流；其兩探測電壓引線端分別電性連接至所述雙螺旋平面結構傳感器的第一端和第二端，並通過兩者探測所述雙螺旋平面結構傳感器兩端的電壓值，該電壓值包括各頻率下基波電壓平均值V1 ω，以及三次諧波電壓與自然對數頻率曲線ν3ω~Ιηω。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述雙螺旋平面結構的第一端引出第一引線端和第二引線端；第二端引出第三引線端和第四引線端；所述雙螺旋平面結構還包括: 第一引線件，形成於所述柔性襯底上，其一端連接所述雙螺旋平面結構的第一引線端，其另一端連接至所述諧波測量單元的第一探測電壓引線端； 第二引線件，形成於所述柔性襯底上，其一端連接所述雙螺旋平面結構的第二引線端，其另一端連接至所述諧波測量單元的第一電流引線端； 第三引線件，形成於所述柔性襯底上，其一端連接所述雙螺旋平面結構的第三引線端，其另一端連接至所述諧波測量單元的第二探測電壓引線端； 第四引線件，形成於所述柔性襯底上，其一端連接所述雙螺旋平面結構的第四引線端，其另一端連接至所述諧波測量單元的第二電流引線端。
11.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述諧波測量單元包括: 函數發生器，輸出角頻率為ω的交流電壓信號； 電橋模塊，包括: 轉換器，將函數發生器輸出的交流電壓信號轉換為電流信號，該電流信號經由第九可調電阻和雙螺旋平面結構 傳感器後傳輸入地； 第一差動放大器，其第一輸入端連接至轉換器的輸出端，其第二輸入端通過第九可調電阻連接至轉換器的輸出端，並連接第一電流引線端，其將第九可調電阻兩端的電壓信號轉換為第一差動信號； 第二差動放大器，其第一輸入端連接至第一探測電壓引線端，其第二輸入端連接至第二探測電壓引線端，其將由雙螺旋平面結構傳感器探測而來的電壓信號轉換為第二差動信號; 前置放大器，其兩輸入端分別連接至第一差動放大器的輸出端和第二差動放大器的輸出端，其將第一差動信號和第二差動信號的差值信號進行放大； 鎖相放大器，其兩輸入端分別連接至前置放大器的輸出端和函數發生器的輸出端，其獲取基波及三次諧波電壓，該基波電壓為第一差動信號的一次諧波的有效值，該三次諧波電壓為第一差動信號和第二差動信號的差值的三次諧波分量的有效值； 微機控制與數據米集系統，其輸入端連接至鎖相放大器的輸出端，對鎖相放大器輸出的一次諧波的有效值和三次諧波分量的有效值進行數據採集，其輸出端連接函數發生器，控制函數發生器的輸出信號。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，第九可調電阻的阻值R9滿足:R9=a X&，其中Rm為雙螺旋平面結構的阻值，a =0.95~1.05。
13.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於: 在第一差動放大器的第一輸入端和第二輸入端分別設置第一低溫漂電阻和第二低溫漂電阻連接至第九可調電阻R9的兩端；且第一輸入端通過第三低溫漂電阻連接至地，第二輸入端通過第四低溫漂連接至其輸出端； 在第二差動放大器的第一輸入端和第二輸入端分別通過第五低溫漂電阻和第六低溫漂電阻連接至雙螺旋平面結構的兩端，且第一輸入端通過第七低溫漂電阻連接至地，第二輸入端通過第八低溫漂連接至其輸出端； 其中，第一低溫漂電阻、第二低溫漂電阻、第三低溫漂電阻、第四低溫漂電阻、第五低溫漂電阻、第六低溫漂電阻、第七低溫漂電阻、第八低溫漂電阻為阻值溫度係數為2ppm / V類型的低溫漂電阻。
14.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，還包括: 熱物性參數獲取單元，用於利用諧波測量單元獲取的各頻率下基波電壓平均值ν1ω，以及三次諧波電壓與自然對數頻率曲線ν3ω~Ιηω，獲取待測樣品的熱導率和/或吸熱係數。
15.根據權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述熱物性參數獲取單元利用以下公式I和2計算待測樣品的熱導率，利用以下公式3計算待測樣品的吸熱係數:
【文檔編號】G01N25/20GK103852485SQ201410078886
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月5日 優先權日:2014年3月5日
【發明者】邱琳, 鄭興華, 李大慶, 唐大偉 申請人:中國科學院工程熱物理研究所