一种环氧与金属复合结构的导热性能测试装置及系统的制作方法

1.本发明涉及环氧与金属复合结构的导热性能测试领域，尤其涉及一种环氧与金属复合结构的导热性能测试装置及系统。


背景技术：

2.盆式绝缘子作为气体绝缘金属全封闭组合电器(gas insulated switchgear，gis)的重要电力部件，起着电气绝缘、隔离气室和支撑导体的作用，其绝缘结构可以近似等效为同轴圆柱电极模型，中心嵌件铝导体与环氧树脂/氧化铝复合绝缘材料通过固化反应结合在一起，形成导体/固体绝缘界面。盆式绝缘子的性能好坏直接影响gis是否能够长期稳定运行。在盆式绝缘子浇注过程中由于环氧树脂复合材料固化度不均匀分布而导致固化收缩和热应变，同时导体与固体绝缘界面两侧的材料属性的差异导致界面处应力集中，可能会导致界面处产生缝隙、结合不紧密等缺陷，这会导致在实际运行过程中，中心导体向外进行热传递、热交换效果变差，可能会使绝缘子异常发热形成热应力，导致绝缘子局部受力变大，容易进一步扩大缺陷，加快绝缘子的老化，致使绝缘子性能下降，直接威胁gis的正常运行。因此，在盆式绝缘子制造生产过程中，对其复合结构件的热性能进行测试，有利于从“工艺-材料-绝缘件”全链条提高盆式绝缘子的质量。
3.在现有技术中，主要通过传统的稳态热流法针对在制造盆式绝缘子所使用的环氧树脂复合材料进行导热性能检测。
4.但是，现有技术仍存在如下缺陷：传统的稳态热流法会有由施加热流方向而产生的定向效应带来的加性误差，降低了测试精度。
5.因此，当前需要一种环氧与金属复合结构的导热性能测试装置、计算机可读存储介质以及系统，从而克服现有技术中存在的上述缺陷。


技术实现要素：

6.本发明实施例提供一种环氧与金属复合结构的导热性能测试装置、计算机可读存储介质以及系统，从而提升环氧与金属复合结构的导热性能的测试精度。
7.本发明一实施例提供一种环氧与金属复合结构的导热性能测试装置，所述导热性能测试装置包括导热数据读取单元、第一热阻测试单元、第二热阻测试单元以及拟合输出单元，其中，所述导热数据读取单元用于创建测试环境，获取待测试复合结构在所述测试环境下的导热测试数据，并根据预设的第一方向热阻计算公式、横截面面积、温度数据组以及热流数据，计算所述待测试复合结构在所述测试环境下的第一方向热阻；所述测试环境包括所述待测试复合结构的横截面面积以及预设的热通量方向；所述导热测试数据包括温度数据组以及热流数据；所述第一热阻测试单元用于根据预设的第一热通量方向，将所述测试环境改变为第一测试环境，获取所述待测试复合结构在所述第一测试环境下的第一导热测试数据，并根据预设的第二方向热阻计算公式、预设的调和平均公式、所述第一方向热阻、所述横截面面积以及所述第一导热测试数据，计算所述待测试复合结构的第一热阻；所
述第一导热测试数据包括第一结构厚度数据组；所述第二热阻测试单元用于根据所述第一结构厚度数据组，将所述待测试复合结构改变为第一待测试复合结构，获取所述第一待测试复合结构在所述第一测试环境下的第二导热测试数据，并根据所述热阻计算公式、所述横截面面积以及所述第二导热测试数据，计算所述第一待测试复合结构在所述第一测试环境下的第二热阻；所述第二导热测试数据包括第二结构厚度数据组；所述拟合输出单元用于根据所述第一热阻、所述第二热阻以及所述第二结构厚度数据组对热阻-厚度关系式进行最小二乘法拟合，获取所述待测试复合结构的导热系数。
8.作为上述方案的改进，所述第一热阻测试单元用于根据预设的第一热通量方向，将所述测试环境改变为第一测试环境，获取所述待测试复合结构在所述第一测试环境下的第一导热测试数据，具体包括：将所述热通量方向改变为预设的第一热通量方向，并使得所述横截面面积保持不变，获得所述第一测试环境；所述第一热通量方向与所述热通量方向不同；以预设的第一调试时间间隔，读取所述待测试复合结构在所述第一测试环境下的第一调试温度数据组、第一结构厚度数据组以及第一调试热流数据，并根据所述第一调试温度数据组判断当前是否处于稳态测试环境；若否，则重复上一步骤；若是，则将所述第一调试温度数据组、所述第一结构厚度数据组以及所述第一调试热流数据输出为所述待测试复合结构在所述第一测试环境下的第一导热测试数据。
9.作为上述方案的改进，所述第一热阻测试单元用于根据预设的第二方向热阻计算公式、预设的调和平均公式、所述第一方向热阻、所述横截面面积以及所述第一导热测试数据，计算所述待测试复合结构的第二热阻，具体包括：根据预设的第二方向热阻计算公式、所述横截面面积以及所述第一导热测试数据，计算所述待测试复合结构在所述第一测试环境下的第二方向热阻；根据所述第一方向热阻、所述第二方向热阻以及预设的调和平均公式，计算所述待测试复合结构的第二热阻。
10.作为上述方案的改进，所述第二热阻测试单元用于根据所述第一结构厚度数据组，将所述待测试复合结构改变为第一待测试复合结构，获取所述第一待测试复合结构在所述第一测试环境下的第二导热测试数据，具体包括：根据所述第一结构厚度数据组，计算复合结构厚度比；根据所述复合结构厚度比，改变所述待测试复合结构的各个部分的厚度，获得第一待测试复合结构；以预设的第二调试时间间隔，读取所述第一待测试复合结构在所述第一测试环境下的第二调试温度数据组、第二结构厚度数据组以及第二调试热流数据，并根据所述第二调试温度数据组判断当前是否处于稳态测试环境；若否，则重复上一步骤；若是，则将所述第二调试温度数据组、所述第二结构厚度数据组以及所述第二调试热流数据输出为所述第一待测试复合结构在所述第一测试环境下的第二导热测试数据。
11.作为上述方案的改进，所述导热数据读取单元用于创建测试环境，获取待测试复合结构在所述测试环境下的导热测试数据，具体包括：以预设的初始测试温度和恒定功率设定等温面，并在所述待测试复合结构与所述等温面的接触面上涂以导热膏，获得测试环境；以预设的调试时间间隔，读取所述待测试复合结构在所述测试环境下的调试温度数据组、结构厚度数据组以及调试热流数据，根据所述调试温度数据组判断当前是否处于稳态测试环境；若否，则重复上一步骤；若是，则将所述调试温度数据组以及所述热流数据输出为所述待测试复合结构在所述测试环境下的温度数据组以及调试热流数据组。
12.作为上述方案的改进，所述第一方向热阻计算公式为：式中，r
正
为以所述热通量方向施加热通量得到待测试复合结构的第一方向热阻；a为所述横截面面积；q
正
为热流稳定后通过待测试复合结构的热流量，δt
正
为待测试复合结构的上下表面的温度差。
13.作为上述方案的改进，所述第二方向热阻计算公式为：式中，r
反
为以所述第一热通量方向施加热通量得到待测试复合结构的第二方向热阻；a为所述待测试复合结构的横截面面积；q
反
为热流稳定后通过待测试复合结构的热流量；δt
反
为待测试复合结构上下表面的温度差。
14.作为上述方案的改进，所述预设的调和平均公式为：式中，r
正
为以所述热通量方向施加热通量得到待测试复合结构的第一方向热阻；r
反
为以所述第一热通量方向施加热通量得到待测试复合结构的第二方向热阻。
15.本发明另一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制如前所述的环氧与金属复合结构的导热性能测试装置，对待测试复合结构进行导热性能测试。
16.本发明另一实施例提供了一种环氧与金属复合结构的导热性能测试系统，所述导热性能测试系统包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器根据计算机程序，控制如前所述的环氧与金属复合结构的导热性能测试装置，对待测试复合结构进行导热性能测试。
17.与现有技术相比，本技术方案存在如下有益效果：
18.本发明提供了一种环氧与金属复合结构的导热性能测试装置、计算机可读存储介质以及系统，通过改变测试时的热通量方向以获取第二方向热阻，并根据预设的调和平均公式对第一方向热阻和第二方向热阻进行调和平均处理，以消除定向效应带来的加性误差，该导热性能测试装置、计算机可读存储介质以及系统提升了环氧与金属复合结构的导热性能的测试精度。
附图说明
19.图1是本发明一实施例提供的一种环氧与金属复合结构的导热性能测试装置的结构图；
20.图2是本发明一实施例提供的一种环氧与金属复合结构的导热性能测试系统的实施结构图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.具体实施例一
23.本发明实施例首先公开了一种环氧与金属复合结构的导热性能测试装置。图1是本发明一实施例提供的一种环氧与金属复合结构的导热性能测试装置的结构图。
24.如图1所示，所述导热性能测试装置包括导热数据读取单元11、第一热阻测试单元12、第二热阻测试单元13以及拟合输出单元14。
25.其中，导热数据读取单元11用于创建测试环境，获取待测试复合结构在所述测试环境下的导热测试数据，并根据预设的第一方向热阻计算公式、横截面面积、温度数据组以及热流数据，计算所述待测试复合结构在所述测试环境下的第一方向热阻。所述测试环境包括预设的测试温度、所述待测试复合结构的横截面面积以及预设的热通量方向；所述导热测试数据包括温度数据组以及热流数据。
26.其中，待测试复合结构为一种环氧与金属复合结构，该环氧与金属复合结构是由与盆式绝缘子相同材料、相同制作工艺的环氧件、半导电胶和铝组成，三部分的横截面相同。
27.在一个实施例中，导热数据读取单元11用于创建测试环境，获取待测试复合结构在所述测试环境下的导热测试数据，具体包括：以预设的初始测试温度和恒定功率设定等温面，并在所述待测试复合结构与所述等温面的接触面上涂以导热膏，获得测试环境；以预设的调试时间间隔，读取所述待测试复合结构在所述测试环境下的调试温度数据组、结构厚度数据组以及调试热流数据，根据所述调试温度数据组判断当前是否处于稳态测试环境；若否，则重复上一步骤；若是，则将所述调试温度数据组以及所述热流数据输出为所述待测试复合结构在所述测试环境下的温度数据组以及调试热流数据组。
28.在一个实施例中，所述第一方向热阻计算公式为：
[0029][0030]
式中，r
正
为以所述热通量方向施加热通量得到待测试复合结构的第一方向热阻；a为所述横截面面积；q
正
为热流稳定后通过待测试复合结构的热流量，δt
正
为待测试复合结构的上下表面的温度差。
[0031]
第一热阻测试单元12用于根据预设的第一热通量方向，将所述测试环境改变为第一测试环境，获取所述待测试复合结构在所述第一测试环境下的第一导热测试数据，并根据预设的第二方向热阻计算公式、预设的调和平均公式、所述第一方向热阻、所述横截面面积以及所述第一导热测试数据，计算所述待测试复合结构的第一热阻。所述第一导热测试数据包括第一结构厚度数据组。
[0032]
在一个实施例中，第一热阻测试单元12用于根据预设的第一热通量方向，将所述测试环境改变为第一测试环境，获取所述待测试复合结构在所述第一测试环境下的第一导热测试数据，具体包括：将所述热通量方向改变为预设的第一热通量方向，并使得所述横截面面积保持不变，获得所述第一测试环境；以预设的第一调试时间间隔，读取所述待测试复合结构在所述第一测试环境下的第一调试温度数据组、第一结构厚度数据组以及第一调试
热流数据，并根据所述第一调试温度数据组判断当前是否处于稳态测试环境；若否，则重复上一步骤；若是，则将所述第一调试温度数据组、所述第一结构厚度数据组以及所述第一调试热流数据输出为所述待测试复合结构在所述第一测试环境下的第一导热测试数据。在一个实施例中，所述第一热通量方向与所述热通量方向不同。在一个实施例中，所述第一热通量方向与所述热通量方向相反。
[0033]
在一个实施例中，所述第一热阻测试单元12用于根据预设的第二方向热阻计算公式、预设的调和平均公式、所述第一方向热阻、所述横截面面积以及所述第一导热测试数据，计算所述待测试复合结构的第二热阻，具体包括：根据预设的第二方向热阻计算公式、所述横截面面积以及所述第一导热测试数据，计算所述待测试复合结构在所述第一测试环境下的第二方向热阻；根据所述第一方向热阻、所述第二方向热阻以及预设的调和平均公式，计算所述待测试复合结构的第二热阻。
[0034]
在一个实施例中，所述第二方向热阻计算公式为：
[0035][0036]
式中，r
反
为以所述第一热通量方向施加热通量得到待测试复合结构的第二方向热阻；a为所述待测试复合结构的横截面面积；q
反
为热流稳定后通过待测试复合结构的热流量；δt
反
为待测试复合结构上下表面的温度差。
[0037]
在一个实施例中，所述预设的调和平均公式为：
[0038][0039]
式中，r
正
为以所述热通量方向施加热通量得到待测试复合结构的第一方向热阻；r
反
为以所述第一热通量方向施加热通量得到待测试复合结构的第二方向热阻。
[0040]
第二热阻测试单元13用于根据所述第一结构厚度数据组，将所述待测试复合结构改变为第一待测试复合结构，获取所述第一待测试复合结构在所述第一测试环境下的第二导热测试数据，并根据所述热阻计算公式、所述横截面面积以及所述第二导热测试数据，计算所述第一待测试复合结构在所述第一测试环境下的第二热阻。其中，所述第二导热测试数据包括第二结构厚度数据组。
[0041]
在一个实施例中，第二热阻测试单元13用于根据所述第一结构厚度数据组，将所述待测试复合结构改变为第一待测试复合结构，获取所述第一待测试复合结构在所述第一测试环境下的第二导热测试数据，具体包括：根据所述第一结构厚度数据组，计算复合结构厚度比；根据所述复合结构厚度比，改变所述待测试复合结构的各个部分的厚度，获得第一待测试复合结构；以预设的第二调试时间间隔，读取所述第一待测试复合结构在所述第一测试环境下的第二调试温度数据组、第二结构厚度数据组以及第二调试热流数据，并根据所述第二调试温度数据组判断当前是否处于稳态测试环境；若否，则重复上一步骤；若是，则将所述第二调试温度数据组、所述第二结构厚度数据组以及所述第二调试热流数据输出为所述第一待测试复合结构在所述第一测试环境下的第二导热测试数据。
[0042]
拟合输出单元14用于根据所述第一热阻、所述第二热阻以及所述第二结构厚度数据组对热阻-厚度关系式进行最小二乘法拟合，获取所述待测试复合结构的导热系数。
[0043]
具体地，对所述待测试复合结构的热阻(纵轴)与厚度(横轴)之间关系进行最小二乘法直线拟合，该拟合得出的直线与纵轴的交点为复合结构件与等温面板的接触热阻，斜率的倒数为复合结构件的导热系数。
[0044]
其中，在待测试复合结构的热阻与厚度之间的对应关系时，为保证其准确性，测定用不同厚度的第一待测试复合结构的数量应大于5，且第一待测试复合结构的厚度不宜过大(第一待测试复合结构的厚度取值不超过其预设的标准值的1.5倍)。
[0045]
其中，所述导热性能测试装置集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。即，本发明另一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制如前所述的环氧与金属复合结构的导热性能测试装置，对待测试复合结构进行导热性能测试。
[0046]
其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0047]
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，单元之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0048]
本发明实施例描述了一种环氧与金属复合结构的导热性能测试装置及计算机可读存储介质，通过改变测试时的热通量方向以获取第二方向热阻，并根据预设的调和平均公式对第一方向热阻和第二方向热阻进行调和平均处理，以消除定向效应带来的加性误差，该导热性能测试装置及计算机可读存储介质提升了环氧与金属复合结构的导热性能的测试精度。
[0049]
具体实施例二
[0050]
除上述装置外，本发明实施例还描述了一种环氧与金属复合结构的导热性能测试系统。图2是本发明一实施例提供的一种环氧与金属复合结构的导热性能测试系统的实施结构图。
[0051]
所述导热性能测试系统包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器根据计算机程序，控制如前所述的环氧与金
属复合结构的导热性能测试装置，对待测试复合结构进行导热性能测试。
[0052]
为了更清楚而非限制性地描述本发明实施例所述的导热性能测试系统，将通过参考图2以对导热性能测试系统的实际实施进行举例说明。
[0053]
如图2所示，在实际应用中，该导热性能测试系统包括液压加载单元1、加热、恒温冷却一体化单元2(包括上等温面和下等温面)、温度传感器4、护热器5、上热流计3、下热流计6、底座7、信号转换器9以及计算机10，由液压加载单元1、加热、恒温冷却一体化单元2、温度传感器4、护热器5和热流计(上热流计3和下热流计6)构成测试主体，测试数据通过数据传输线接到信号转换器中，再由信号转换器将数据传输到计算机中，进行数据分析处理。其中，该导热性能测试系统的检测对象是环氧-金属复合结构件(即前文所述的待测试复合结构、第一待测试复合结构以及环氧与金属复合结构)。其中，环氧-金属复合结构件是由与盆式绝缘子相同材料、相同制作工艺的环氧件、半导电胶和铝组成，三部分的横截面相同。
[0054]
在实际实施过程中，获取导热测试数据的过程具体包括：测量待测试复合结构的厚度d，再将待测试复合结构放置下等温面上，在待测试复合结构与等温面板的接触面上涂以导热膏，施加足够的压力将多余的导热膏挤出；随后，启动加热、恒温冷却一体化单元，待系统在设定的温度下达到稳态(在恒定功率下，5min时间间隔(即，前文描述的调试时间间隔、第一调试时间间隔和第二调试时间间隔)下，待测试复合结构的各温度传感器测量点的温度读数变化小于
±
0.1℃。)后，记录上等温面和下等温面的温度以及通过待测试复合结构的热流。
[0055]
所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个装置的各个部分。
[0056]
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0057]
本发明实施例描述了一种环氧与金属复合结构的导热性能测试系统，通过改变测试时的热通量方向以获取第二方向热阻，并根据预设的调和平均公式对第一方向热阻和第二方向热阻进行调和平均处理，以消除定向效应带来的加性误差，该导热性能测试系统提升了环氧与金属复合结构的导热性能的测试精度。
[0058]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。