的红外激光，对样品下表面进行短暂、均匀加热。测试过程中，必须保证红外激光的轴线与加载装置2的轴线重合，以保证红外激光能够垂直加热样品。
[0031]加载装置2的连接件7通过电信号与步进电机控制系统5连接，用于接受步进电机控制系统5的输出电信号，连接件7底部的压力传感器11与压力显示装置6通过电路连接，用于显示当前施加于样品上的载荷大小。
[0032]红外探测器3放置在加载装置2的正上方，其轴线应与加载装置2的轴线重合，用于探测样品上表面的温场变化。红外探测器3输出的电压信号经串口输入计算机控制与采集系统4，在测试开始前，应输入样品厚度，通过软件编程，系统会输出电压随时间变化的曲线，并得到半升温时间，通过热扩散系数与半升温时间之间的关系得到样品的热扩散系数值。
[0033]加载装置2包括支撑板10、施力板9、连接件7、测试孔8、压力传感器11，其中:每个加载装置2设有4个对称分布的连接件7，其上端与施力板9固定连接，下端与支撑板10固定连接。在每个连接件7底部各有一个压力传感器11，用于实时监测所加载荷的情况。其中施力板9与支撑板10的中心位置加工了测试孔8，使加热装置1发出的光直接与样品接触加热，以及红外探测器3可直接监测样品上表面的温场变化。所述支撑板10和施力板9均为成直径18mm，厚3mm圆柱体，正中间的测试孔8为8X8mm的正方形孔。
[0034]下面给出采用本实施例所述测量装置，对80层铝箔纸在90 °C、120 °C、150 °C下热扩散系数的测量方法:
[0035]1)制备样品
[0036]将待测样品铝箔纸反复层叠到80层，裁剪并进行双面喷墨，待
[0037]石墨风干以后用螺旋千分尺测样品中间厚度为0.799mm。
[0038]2)加载
[0039]将样品叠放整齐后放入加载装置中，根据要求设定压力值，使每一层之间达到良好的接触。
[0040]3)测量
[0041]将样品放入施力板9与支撑板10之间，确保测试孔处不漏光，然后通过编程施加预设载荷，夹紧80层样品；调整加热装置1、加载装置2、红外探测器3的位置，使三者的轴线重合；打开加热装置1对样品下表面进行短暂加热，随后热量会沿着一维方向向样品的上表面传输，通过样品一侧的红外探测器3对样品上表面的温场进行实时监测，并将数据采集到计算机控制与采集系统4，通过电脑软件得到电压随时间变化的曲线。调节加热装置1的功率，重复上述步骤，对80层样品在90°C、120°C、150°C条件下的热扩散系数值各测量5次。
[0042]4)数据处理
[0043]根据公式α = 0.1388*d2/t5。计算出样品的热扩散系数；
[0044]式中，α为热扩散系数；d为样品的厚度；t50为半升温时间。
[0045]本实施例的数据结果见图3。由本实施例可说明本发明所提供的加载装置可有效预防由于在测试过程中多层样品之间产生的空气层对实验结果的影响，使得测试结果重复性好，准确度高。并且不同的选材，可以适用于不同实验条件的测量。
[0046]本发明提供的针对多层样品的测量方法广泛适用于借助光与样品接触测得样品参数的实验测量。本发明装置中加载装置的形状可以根据实际的样品加工难度做调整，尺寸也可以根据实际测试装置做调整。
【主权项】
1.一种固体材料热扩散系数测量装置，其特征在于，包括加热装置、加载装置、红外探测器、计算机控制与采集系统、步进电机控制系统和压力显示装置； 加热装置采用红外激光加热装置，加热装置的红外激光轴线与加载装置的轴线重合；加载装置设于加热装置的正上方，设有支撑板、施力板、连接件、测试孔和压力传感器；加载装置设有至少3个对称分布的连接件，连接件上端与施力板固定连接，连接件下端与支撑板固定连接；在每个连接件底部均有个压力传感器，施力板和支撑板的中心均设有测试孔；红外探测器设于加载装置正上方，红外探测器与加载装置和加热装置同轴；计算机控制与采集系统信号输入端接红外探测器信号输出端；压力显示装置信号输入端分别与各压力传感器信号输出端电连接。2.如权利要求1所述一种固体材料热扩散系数测量装置，其特征在于，所述加热装置采用的波长可为1064nmo3.如权利要求1所述一种固体材料热扩散系数测量装置，其特征在于，所述连接件为立杆；所述施力板和支撑板为水平圆柱板。4.如权利要求1所述一种固体材料热扩散系数测量装置，其特征在于，所述压力传感器内嵌于连接件底部。5.一种固体材料热扩散系数测量方法，其特征在于，采用如权利要求1?4中任一所述固体材料热扩散系数测量装置，包括如下测量步骤: 1)制备样品 根据要求制出符合尺寸要求和层数要求的待测样品，对样品下表面和上表面均匀喷墨，增强对光的吸收，并测量样品的厚度； 2)加载 将样品叠放整齐后放入加载装置中，根据要求设定压力值，使每一层之间达到良好的接触； 3)测量 将样品放入施力板与支撑板之间，确保测试孔不漏光，然后通过编程施加预设载荷，夹紧样品，将加热装置、加载装置和红外探测器轴线调整重合，使加热装置对样品的下表面进行加热，同时在样品一侧通过红外探测器将入射的红外辐射信号转换为电信号输出，即可得到电压对时间的曲线，反映出温度对时间的变化关系； 4)数据处理 根据公式α = 0.1388*d2/t5。计算出样品的热扩散系数； 式中，α为热扩散系数；d为样品的厚度；t50为半升温时间。
【专利摘要】一种固体材料热扩散系数测量装置及其测量方法，涉及固体材料热物性的测量技术领域。固体材料热扩散系数测量装置，包括加热装置、加载装置、红外探测器、计算机控制与采集系统、步进电机控制系统和压力显示装置；加载装置设于加热装置的正上方，设有支撑板、施力板、连接件、测试孔和压力传感器；加载装置设有至少3个对称分布的连接件，连接件上端与施力板固定连接，连接件下端与支撑板固定连接。在每个连接件底部均有个压力传感器，施力板和支撑板的中心均设有测试孔；红外探测器设于加载装置正上方；计算机控制与采集系统信号输入端接红外探测器信号输出端；压力显示装置信号输入端分别与各压力传感器信号输出端电连接。
【IPC分类】G01N25/20
【公开号】CN105301044
【申请号】CN201510602609
【发明人】郑金成, 付攀, 孙振宁, 张宇峰
【申请人】厦门大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年9月21日