本实用新型涉及接触热阻测试领域，具体地说是一种接触热阻测试装置。
背景技术：
当热流在接触固体表面传递时，由于固体实际表面微凸体的影响造成有效接触面积远小于名义接触面积，从而在微观接触点处形成了热流收缩导致接触界面产生额外的传热阻力，即为接触热阻。目前，接触热阻的研究主要集中在理论分析和计算方法的研究方面，但这些方法参数较多，需要进行大量的模型简化。因此，误差较大，工程适用性差。对于现有的接触热阻测试设备，在更换试样时，需要对加热系统进行重新的拆除和组装，设备的可靠性和安全性下降，可操作性差，从而很难获得稳定的热流，使得测试结果的误差增大。
如何提供一种便于更换试样的接触热侧测试装置，且通过该测试装置可检测不同接触面面积以及不同加热温度下接触热阻的变化，是需要解决的技术问题。
技术实现要素：
本实用新型的技术任务是针对以上不足，提供一种接触热阻测试装置，来解决如何在便于更换试样的前提下检测不同接触面面积以及不同加热温度下接触热阻的变化的问题。
本实用新型的技术任务是按以下方式实现的：
一种接触热阻测试装置，包括支架、加热装置、冷却装置、温度采集系统、保温层、温度传感器和多个柱体状的试件，上述多个试件两两上下对接能够形成接触面积相同及接触面积不同的试件组合；支架包括底板、顶板和支撑框架，顶板通过支撑框架可拆卸的装配在底板的上方，且顶板和底板之间的间距可调节；加热装置、待测的试件组合和冷却装置能够由下而上的依次装配在顶板和底板之间，加热装置用于通过接触传热的方式为待测的试件组合加热，冷却装置用于通过接触传冷的方式为待测的试件组合吸热；温度采集系统与待测的试件组合连接，用于采集待测的试件组合中每个试件的轴向温度；保温层用于包覆在待测的试件组合的外侧，温度传感器设置在加热装置处，温度传感器、加热装置和温度采集系统均连接至控制器。
选取两个试件上下相对的安置于加热装置和冷却装置之间，两个试件为待测的试件组合，通过温度采集系统采集待测的两个试件的温度，则可进一步得出该待测的试件组合的接触热阻，基于上述步骤，可将接触面面积相同的试件组合以及接触面面积不同的试件组合分别依次置于加热装置和冷却装置之间进行温度检测，以计算分析不同接触面面积下接触热阻的变化；同时，可选取一组试件组合置于加热装置和冷却装置之间，通过改变加热装置的初始加热温度，计算分析不同初始加热温度下接触热阻的变化。
进一步的，试件共三个，分别为第一试件、第二试件和第三试件，上述三个试件的抛光粗糙度一致，第一试件和第二试件为相同直径的钢柱体，第三试件为阶梯钢柱体，第三试件的两个端部的直径相互不同且均不同于钢柱体的直径。
其中，第一试件和第二试件上下对接组成接触面面积相同的试件组合，第三试件的一端和第一试件上下对接组成接触面面积不同的一种试件组合，第三试件的另一端和第一试件上下对接组成接触面面积不同的另一种试件组合，从而可构成三组试件组合，且三组试件组合中两个试件的接触面面积各不相同。
进一步的，每个试件的外侧面上沿其轴向开设有多个均匀间隔的安装盲孔，每个安装盲孔均能够供热电偶插入，温度采集系统通过热电偶与待测的试件组合中的两个试件连接，热电偶和对应的安装盲孔通过导热胶固定连接。
通过热电偶插入试件内采集试件的温度，可减少温度测量误差，同时，热电偶通过导热胶固定在安装盲孔内，可防止热电偶和对应的安装盲孔之间的间隙太大影响温度测试。
进一步的，加热装置包括电子调压器和内置有紫铜棒的电络铁芯，控制器与电子调压器连接，电子调压器与电络铁芯连接，电络铁芯设置在底板上，紫铜棒能够与待测的试件组合接触，电络铁芯通过紫铜棒为待测的试件组合加热。
通过电子调压器可调节电压，调节后的电压通过电络铁芯实现电络铁芯加热功能，紫铜棒插在电络铁芯里，通过紫铜棒为试件加热。在检测不同初始加热温度下接触热阻的变化时，可通过电子调压器调节电压来实现加热装置的初始加热温度的改变。
进一步的，待测的试件组合中位于顶端的试件为顶端待测试件、位于底端的试件为底端待测试件；冷却装置包括冷水箱、进水管、出水管和水泵，水泵、进水管、冷水箱和出水管依次连通组成冷水通道，冷水通道内流动有冷水，冷水箱的底面能够完全覆盖每个试件的端面；冷水箱可拆装的设置在顶板的下方，并通过顶板可升降的设置在顶板的下方，冷水箱的底面能够与顶端待测试件接触并通过其内流动的冷水为待测的试件组合吸热。通过水冷的方式为试件进行冷却，取材方便、便于实现。
进一步的，还包括回收水槽，冷水管的出水口连通至回收水槽。通过回收槽回收水，避免水资源浪费。
进一步的，还设置有冷水箱升降装置，冷水箱升降装置包括位置感应器和升降驱动装置，位置感应器设置冷水箱上，升降驱动装置设置在顶板处，升降驱动装置穿过顶板与冷水箱连接，升降驱动装置能够带动冷水箱在加热装置的上方上下移动；位置感应器和升降驱动装置均连接至控制器。通过位置感应器检测冷水箱与顶端待测试件之间的间距，通过升降驱动装置调节冷水箱与顶端待测试件的间距，从而可自动、精确的将冷却装置置于顶端试件上，节省了人力。
本实用新型的一种接触热阻测试装置具有以下优点：
1、将两个试件上下对接的置于加热装置和冷却装置之间，通过温度采集系统采集待测的试件组合的温度，通过分析计算可得到试件组合的接触热阻，试件有多个，两两上下对接组成接触面面积相同及接触面面积不同的试件组合，从而可检测不同接触面积下两个试件的接触热阻，从而可实现检测不同接触面积下接触热阻的变化，同时，通过改变加热装置的初始加热温度，可检测不同初始温度下接触热阻的变化；
2、三个试件分别为两个直径相同的钢柱体和一个阶梯钢柱体，且阶梯钢柱体的两个端部的直径相互不同且均不同于钢柱体的直径，通过三个试件可组合成一组接触面积相同的试件组合以及两组接触面积不同的试件组合，从而可实现对三组不同接触面积的试件组合进行测试，基于上述三个试件实现通过较少的试件来检测不同接触面积下接触热阻的变化；
3、在加热装置上设置有温度传感器，温度传感器和加热装置均连接至控制器，便于自动、精确的实现加热装置的初始加热温度的调节，以实现检测不同初始加热温度下接触热阻的变化；
4、冷却装置与顶端试件接触，便于使得热量更好的传递出去，保证了试件中热量传递的一维性，使得温度数据更准确，且水冷却方式简单、便于取材；
5、冷却装置中依次连通的水泵、进水管、冷水箱和出水管依次连通组冷水通道，水冷水通道内流动有冷水，冷水箱的底面与顶端待测试件的顶端面接触，通过其内流动的冷水来吸收热量，冷水箱的底面与试件的端面完全接触，在水泵的作用下冷水不断进入冷水箱，确保了冷却效果，保证了热量传递的有效性；
6、冷水箱通过冷水箱升降装置设置在设置在支架上并位于加热装置的上方，通过升降驱动装置实现了冷水箱的升降，将两个待测试件上下相对的放置在加热装置上以后，可通过升降驱动装置将冷水箱自动下降至顶端试件的顶面上，节省了人工；
7、热电偶通过导热胶固定在对应的安装盲孔内，可确保热电偶与试件密封连接，防止热电偶和安装孔内的间隙太大而影响温度测试。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
附图1为实施例1一种接触热阻测试装置的结构示意图；
附图2为实施例1一种接触热阻测试装置中第一试件和第二试件上下对接组成的接触面面积相同的试件组合的结构示意图；
附图3为实施例1一种接触热阻测试装置中第一试件和第三试件的一端上下对接组成的接触面面积不同的试件组合；
附图4为实施例1一种接触热阻测试装置中第一试件和第三试件的另一端上下对接组成的接触面面积不同的试件组合；
附图5为实施例1一种接触热阻测试装置的控制原理框图；
附图6为实施例1改进后的一种接触热阻测试装置的结构示意图；
附图7为实施例2一种接触热阻测试装置的结构示意图；
附图8为实施例2一种接触热阻测试装置的控制原理框图；
图中，1、支架，2、试件组合，3、保温层，4、热电偶，5、冷水箱，6、进水管，7、水泵，8、出水管，9、温度采集系统，10、加热装置，11、隔热石棉，12、控制器，13、温度传感器，14、回收水槽，16、位置感应器，17、液压缸17；
101、底板，102、立杆，103、顶板；
201、第一试件，202、第二试件，203、接触面，204、第三试件；
1001、紫铜棒，1002、电子调压器。
具体实施方式
参照说明书附图和具体实施例对本实用新型的一种接触热阻测试装置作以下详细地说明。
实施例1：
如附图1、附图2、附图3、附图4和附图5所示，本实用新型的一种接触热阻测试装置，包括支架1、加热装置10、冷却装置、温度采集系统9、保温层3、温度传感器13、控制器12和三个柱状体的试件，三个柱状体的试件分别为第一试件201、第二试件202和第三试件204，其中第一试件201和第二试件202为直径相同的钢柱体，第三试件204为阶梯钢柱体，第三试件204的两个端部的直径相互不同，且第三试件204的两个端部的直径均与钢柱体的直径不同，即第一试件201和第二试件202上下对接时两者之间形成接触面203、两者的接触面面积相同，第一试件201和第三试件204上下对接时两者之间形成接触面203、两者的接触面面积不同，从而上述三个试件两两上下对接可组成一组接触面面积相同的试件组合2和两组接触面面积不同的试件组合2，其三组试件组合2的接触面面积各不相同；支架1包括底板101、顶板103和支撑框架，顶板103通过支撑框架可拆装的设置在底板101的上方，且顶板103和底板101之间的间距可调节；加热装置10、待测的试件组合2和冷却装置能够由下而上的依次装配在顶板103和底板101之间，加热装置10用于通过接触传热的方式为待测的试件组合2加热，冷却装置用于通过接触传冷的方式为待测的试件组合2吸热；温度采集系统9与待测的试件组合2连接，用于采集待测的试件组合2中每个试件的轴向温度；保温层3用于包覆在待测的试件组合2的外侧，温度传感器13设置在加热装置10处，温度传感器13、加热装置10和温度采集系统9均连接至控制器12。
其中，支撑框架包括四个立杆102，每个立杆102上均开设有螺纹，每个立杆102上均螺纹连接有两个螺母，四个立杆102分别竖向设置在底板101的四个端角上，四个立杆102之间围成的空间可容纳待测的试件组合2；顶板103上开设有四个安装通孔，四个安装通孔分布在顶板103的四个端角上，每个安装通孔均穿设在与其对应的一个立杆102上，且每个安装通孔均位于与其对应的两个螺母的中间，在螺母与立杆102的配合下实现顶板103的拆装及升降。
加热装置10包括电子调压器1002和内置有紫铜棒1001的电络铁芯，控制器12与电子调压器1002连接，电子调压器1002与电络铁芯连接，电络铁芯设置在底板101上，紫铜棒1001的顶端伸出电络铁芯用于与待测的试件组合2接触，电络铁芯通过紫铜棒1001为待测的试件组合2加热。电子调压器1002为4000瓦的进口大功率可控硅，电子调压器1002可以调节的电压范围为0到250伏，通过该电子调压器1002可调节电压，调节后的电压通过电络铁芯实现加热功能，并通过内置于电络铁芯内的紫铜棒1001为待测的试件组合2加热；温度传感器13设置紫铜棒1001上用于检测加热温度，温度传感器13和电子调压器1002均与控制器12连接，在控制器12与电子调压器1002的配合下，可精确调节该加热装置10的加热温度。
该加热装置10设置在底板101上，更换试件过程中加热装置10不需拆装，节省了时间，同时避免了因拆装加热装置10而安全性和可靠性，避免了因拆装加热装置10而对温度产生的影响。
为便于更好传递热量，保证待测的试件组合2中的热量传递的一维性，使得实验数据更加准确，在试件组合2的上方设置有冷却装置。冷却装置包括冷水箱5、水泵7、进水管6和出水管8，水泵7、进水管6、冷水箱5和出水管8依次连通组成冷水通道，冷水通道内流动有冷水；冷水箱5的顶面与顶板103的底面连接，冷水箱5通过顶板103可拆装的装配在四个立杆102上并位于加热装置10的上方。冷水箱5的底面面积可覆盖上述三个试件任一个试件的任意端面，装配时冷水箱5的底面与顶端待测试件紧密接触，冷水箱5通过其内流动的冷水为待测的试件组合2吸热。
在对待测的试件组合2进行温度检测前，在冷水箱5内需要预先导入部分冷水，本实施中水泵7单独认为控制，不与控制器12连接。
在实际应用中，也可将水泵7与控制器12连接，通过预设的程序控制水泵7的工作时间，并可在冷水箱5内设置液位传感器和水温感应器，液位传感器和水温感应器均与控制器12连接，通过液位传感器检测冷水箱5内水的液位，通过水温感应器感应冷水箱5内水的温度，以控制冷水箱5内水位及水温；同时可在出水管8上设置开关阀和流量阀，以控制出水的流速和流量。
第一试件201、第二试件202和第三试件204均为45号圆柱钢，其中第一试件201和第二试件202均为直径为34毫米、长度为60毫米的圆柱钢，第三试件204为一端部直径为17毫米、另一端部直径为8.5毫米的阶梯圆柱钢。上述三个试件均为已抛光的圆柱钢，其表面粗糙度达到预定标准，且三个试件的各个端面的粗糙度相同。
为便于加热装置10以及冷却装置分别与试件紧密接触，冷水箱5的底面以及紫铜棒1001上用于与试件接触的端面均抛光处理，且冷水箱5的底面以及紫铜棒1001上用于与试件接触的端面的粗糙程度与试件的粗糙程度一致。
为便于材料三个试件的轴向温度，在每个试件的外侧面上延其轴向开设有三个安装盲孔，每个安装盲孔的直径均为1.2毫米、深度均为15毫米，且每个试件上相邻的两个安装盲孔的距离在5毫米以上。每个安装盲孔内可插入一个热电偶4，以通过热电偶4连接至温度采集系统9，每个安装盲孔对应一个温度采集点，通过热电偶4将对应的温度采集点的温度实时传递到温度采集系统9。
为防止热电偶4和安装盲孔之间的间隙太大，在安装盲孔和热电偶4之间涂覆有导热胶，通过导热胶将热电偶4的一端固定在安装盲孔内。
为了实验的准确性，在待测的试件组合2的外侧包覆保温层3，该保温层3为保温泡沫，以防止检测过程中待测的试件组合2的热量流失，增加实验的准确性。装配时，冷水箱5位于保温层3的上方，保温层3可承载一部分冷水箱5的重量。
紫铜棒1001上位于电络铁芯外部的端部为紫铜棒1001的外端部，在紫铜棒1001的外端部的外侧面上包覆有隔热石棉11。紫铜棒1001的顶面放置待测的试件组合2，即紫铜棒1001通过其顶面与待测的试件组合2传热，在紫铜棒1001的外端部的外侧面包覆隔热石棉11，可避免加热装置10产生的热量散失，保证加热装置10产生的热量尽可能传递到待测的试件组合2上。
本实施例一种接触热阻测试装置可用于待测的试件组合2中每个试件的轴向温度，以便于基于试件组合2中两个试件的轴向温度计算对应的接触热阻。同时，该装置包括三组不同接触面积的试件组合2，且该装置中加热装置10的加热温度可调节，从而可实现如下功能：通过依次检测三组试件组合2中每个试件的轴向温度，并根据每组试件组合2中两个试件的轴向温度计算对应的接触热阻，可计算并分析在不同接触面积下接触热阻的变化情况；同时，可固定一组试件组合2，依次改变加热装置10的初始加热温度，并根据每个初始加热温度下试件组合2的轴向温度计算对应的接触热阻，可计算并分析在不同初始加热温度下接触热阻的变化情况。
其中，检测试件组合2中两个试件的轴向温度的步骤为：
(1)、选取试件组合2：选取两个试件，分别为顶端待测试件和底端待测试件，将底端待测试件安置在紫铜棒1001上，将顶端待测试件以上下对接的方式安置在底端待测试件上；
(2)、装配温度采集系统9：在顶端待测试件和底端待测试件的每个安装盲孔内均插入热电偶4，并通过导热胶将热电偶4的一个端部固定在对应的安装盲孔内，每个热电偶4的另一端伸出安装盲孔并与温度采集系统9连接；
(3)、装配保温层3：在顶端待测试件和底端待测试件的外侧包覆保温层3，保温层3的顶面与顶端待测试件的顶端持平；
(4)、装配冷却装置：通过移动顶板103带动冷水箱5下移至顶端待测试件上，使得冷水箱5的底面与顶端待测试件的顶面紧密接触，以通过冷水箱5内不断循环的冷水带走热量，同时冷水箱5的底面与保温层的底面接触；
(5)、采集温度：加热装置10产生的热量在待测的试件组合2中传递并传递至冷却装置，通过温度采集系统9读取待测的试件组合2中两个试件的轴向温度。
上述获取试件组合2中两个试件的轴向温度的步骤顺序并不唯一限定，可预先在每个安装盲孔内均通过导热胶固定有一个热电偶4，热电偶4的一端固定在对应的安装盲孔内，热电偶4的另一端伸出安装盲孔用于与温度采集系统9连接，需要对试件进行检测时，依次将固定有热电偶4的两个试件安置于紫铜棒1001上，并将每个热电偶4均连接至温度采集系统，然后依次执行上述步骤(3)至步骤(5)。
在检测不同接触面面积下接触热阻的变化时，获取当前顶端待测试件和底端待测试件的温度后，通过移动顶板103带动冷水箱5上移，拆下保温层3并将当前顶端待测试件和底端待测试件取下，在紫铜棒1001上放置下一组待测的试件组合2，依次执行步骤(2)至步骤(5)，直至所有试件组合2测试完毕。
在检测不同接触面积下接触热阻的变化时，可预先调整加热装置，将加热初始温度调整到预定值。
如附图6所示，作为本实施例的进一步改进，在出水管8的下方设置回收水槽14，出水管8的出水口与回收水槽14连通，通过回收水槽14将吸热后的冷水回收，避免水资源浪费。
实施例2：
如附图7和附图8所示，本实施例为在实施例1基础上的进一步改进，本实施例与实施例1的区别为：还设置有冷水箱5升降装置，冷水箱5升降装置包括位置感应器16和升降驱动装置，升降驱动装置为液压缸17，液压缸17设置在顶板103上，液压缸17的伸缩杆穿过顶板103与冷水箱5连接，液压缸17带动冷水箱5在加热装置10的上方上下移动；位置感应器16设置在冷水箱5上，用于检测冷水箱5与顶端待测试件之间的间距，位置感应器16和液压缸17均与控制器12连接。
该升降装置不限于液压缸17，也可选用气缸，气缸设置在支架1上，气缸的活塞杆穿过顶板103与冷水箱5连接，通过气缸带动冷水箱5在加热装置10的上方上下移动。
本实施例一种接触热阻测试装置功能与实施例1一致，可用于待测的试件组合2中每个试件的轴向温度，以便于基于试件组合2中两个试件的轴向温度计算对应的接触热阻。其中，检测试件组合2中两个试件的轴向温度的步骤为：
(1)、选取试件组合2：选取两个试件，分别为顶端待测试件和底端待测试件，将底端待测试件安置在紫铜棒1001上，将顶端待测试件以上下对接的方式安置在底端待测试件上；
(2)、装配温度采集系统9：在顶端待测试件和底端待测试件的每个安装盲孔内均插入热电偶4，并通过导热胶将热电偶4的一个端部固定在对应的安装盲孔内，每个热电偶4的另一端伸出安装盲孔并与温度采集系统9连接；
(3)、装配保温层3：在顶端待测试件和底端待测试件的外侧包覆保温层3，保温层3的顶面与顶端待测试件的顶端持平；
(4)、装配冷却装置：通过升降驱动装置带动冷水箱5下降直至冷水箱5的底面与顶端待测试件的顶端紧密接触，以通过冷水箱5内不断循环的冷水带走热量，同时冷水箱5的底面与保温层3的底面接触；
(5)、采集温度：加热装置10产生的热量在待测的试件组合2中传递并传递至冷却装置，通过温度采集系统9读取待测的试件组合2中两个试件的轴向温度。
(6)、获取当前顶端待测试件和底端待测试件的温度后，通过升降驱动装置带动冷水箱5上移，拆下保温层3并将当前顶端待测试件和底端待测试件取下，在紫铜棒1001上放置下一组待测的试件组合2，依次执行步骤(2)至步骤(6)，直至所有试件组合2测试完毕。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本实用新型。但是应当理解，本实用新型并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。