具有补偿加热与隔热保温系统的接触热阻测试设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于测试技术领域，具体涉及一种接触热阻测试设备和方法，适用于在不 同温度和压力范围内进行接触热阻的测试，可以有效保证接触界面的热流一维传递。
【背景技术】
[0002] 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。在接触热阻测试过程中，需要保证热流在试样上从下向上一维传 递，避免试样径向平面内的横向热流损失，尤其是接触界面的横向热流损失。根据传热动力 学，平面内温差越大，传热的动力就越大，为了尽量减小试样周围的横向热流损失，故需设 置补偿加热与隔热保温系统。现有接触热阻测试设备的补偿加热与隔热保温系统均采用立 体式环形加热器和单一的珍珠岩隔热材料;立体式环形加热器厚度较大，会对非接触界面 外的试样热流造成较大影响；珍珠岩隔热材料耐高温性能较差，在进行高温下接触热阻测 试时会粉末化，环境污染严重。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决现有接触热阻测试中加热系统的可靠性、安全性和稳定性低，可 操作性差的问题，提出了一种具有补偿加热与隔热保温系统的接触热阻测试设备。
[0004] 本发明具有补偿加热与隔热保温系统的接触热阻测试设备，包括承载-加载系统、 加热系统、冷却系统、隔热保温层与补偿加热装置。
[0005] 所述加载-承载系统包括承载部分与加载部分;承载部分与加载部分间由上至下 依次设置有冷却系统、试样与加热系统。其中，加热系统安装在承载部分上，为具有炉腔的 炉台；炉腔内设置有试样加热器，由试样加热器用来使炉腔内部形成高温环境。试样加热器 内设置有热传导装置，将炉腔内热量由一维的形式传递传递至炉台上表面安装的试样。冷 却系统设置于试样的周向位置，为试样的冷端进行冷却;试样的冷端通过加载部分的力传 导杆施加应力，应力大小由压力传感器采集。所述试样轴向上设计有测试点，测试点处的温 度有热电偶采集。
[0006] 上述炉台与试样外罩有隔热保温层，隔热保温层安装在承载部分上；用来保证试 样上的热流一维传递。试样外侧安装有补偿加热装置，通过补偿加热装置保证试样间的接 触界面的热流一维传递。
[0007] 所述试样轴向上设计有测试点，测试点处的温度有热电偶采集。
[0008] 应用上述具有补偿加热与隔热保温系统的接触热阻测试设备的测试方法为，采用 单热流计法或双热流计法通过下述步骤实现：
[0009] 步骤1:试样的安装。
[0010] 将试样固定安装在炉台上表面；同时通过加载-承载系统中加载部分向试样施加 应力;并在试样上的测试点处安装热电偶，且将热电偶的尾线连接数据采集系统。
[0011] 步骤2:对试样加热和加载应力，采集测试点温度。
[0012] 通过开启试样加热器对试样加热，待试样温度达到稳定，由数据采集系统采集各 测试点处的温度。
[0013] 步骤3:计算试样中相邻的两个试样接触界面处的平均温度。
[0014]步骤4:将平均温度作为理论传导温度，通过温度控制系统控制补偿加热装置中的 环形加热器，对相邻的两个试样接触界面进行温度补偿，保证相邻的两个试样的接触界面 处保持在理论传导温度；
[0015] 步骤5:通过外推温度梯度确定相邻的两个试样接触面处的温度降。
[0016] 步骤6:确定试样的轴向热流密度。
[0017] 步骤7:根据步骤5与步骤6确定的两个测试试样接触面处的温度降与试样的轴向 热流密度，计算两个测试试样接触界面的接触热导和接触热阻。
[0018] 本发明的优点在于：
[0019] 1、本发明接触热阻测试设备的补偿加热装置中，环形加热器为扁平的空心圆形， 厚度小，使环行加热器接近于只对试样间的接触界面进行温度补偿，实现接触界面与环形 加热器的横向等温，使热流在试样接触界面处的轴向传输最大化，避免横向热流的损失。
[0020] 2、本发明接触热阻测试设备的补偿加热装置中，环形加热器的固定支架采用高温 莫来石材料加工而成，高温莫来石材料的隔热性能好，硬度小，加工便捷，拆装方便，大幅度 简化了立体环形加热器固定装置的结构和更换试样时的操作步骤。
[0021] 3、本发明接触热阻测试设备的隔热保温层根据区域温度特性，采用耐火陶瓷纤维 棉和珍珠岩的分级设置，提高了隔热性能，避免了珍珠岩的粉末化，消除了粉尘污染，改善 了操作环境。
[0022] 4、本发明接触热阻测试设备，可以方便的进行不同温度和压力组合下的接触热阻 测试。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明接触热阻测试设备整体结构示意图；
[0024] 图2为本发明接触热阻测试设备中承载-加载系统的顶板结构示意图；
[0025] 图3为本发明接触热阻测试设备中加热系统结构示意图；
[0026] 图4为本发明接触热阻测试设备中冷却系统结构示意图；
[0027] 图5为本发明接触热阻测试设备中热电偶稳定支架结构示意图；
[0028] 图6为本发明接触热阻测试设备中补偿加热装置结构示意图。
[0029] 图中：
[0030] 卜承载-加载系统 2_加热系统 3-7令却系统
[0031] 4-温度控制系统 5-数据采集系统 6-计算机
[0032] 7-试样 8-隔热保温层 9-补偿加热装置
[0033] 10-热电偶 11-稳定支架 101-支杆
[0034] 102-顶板 103-底板 104-固定螺母
[0035] 105-压力传感器 106-力传导杆 107-加强筋
[0036] 201-炉台 202-加热器 203-热传导装置
[0037] 201a-非主承力部位 201b-直接承力部位 201c_非直接承力部位
[0038] 201d-易磨损部位 202a-加热丝 301-中心通孔
[0039] 302-冷却通道 303-隔板 304-冷水入口管
[0040] 305-冷水出口管 901-补偿加热支架 902-环形加热器
[0041 ] 903-补偿加热热电偶 11a-通孔 llb_螺丝孔
【具体实施方式】
[0042] 本发明具有稳定加热系统的接触热阻测试设备，包括承载-加载系统1、加热系统 2、冷却系统3、温度控制系统、隔热保温层、补偿加热装置、数据采集系统5与计算机6,如图1 所示。
[0043] 所述加载-承载系统1包括承载部分与加载部分;承载部分包括支杆101、顶板102 与底板103,提供整体结构框架;其中，顶板102和底板103上下水平设置，通过周向均设的四 根支杆101相连固定，连接方式为:每根支杆101与顶板102和底板103间通过位于顶板102和 底板103两侧，且螺纹安装在支杆101上的固定螺母104拧紧固定;通过松开固定螺母104,可 实现顶板102与底板103水平角度和垂直高度的调节。上述顶板102结合压力传感器105与力 传导杆106共同构成承载系统，用于试样的测试应力调节。其中，压力传感器105-端通过螺 钉固定安装在顶板102下表面中心位置;压力传感器105另一端通过螺钉与力传导杆106的 固定端固定;力传导杆106的力传导端与试样的冷端接触。由此，通过调整顶板102的上下位 置来调节对压力传感器105施加的压力，并通过力传导杆106将压力传递到试样的冷端，完 成对试样的加载。同时，压力传感器105将获得的压力信号由数据采集系统5采集，并发送至 计算机6中进行显示和存储。本发明中所述顶板102采用厚钢板，设计为十字形减重结构，如 图2所示，且在顶板102顶面通过对应的十字形加强筋107,保证顶板102的强度，还降低顶板 102自身的重量，以实现在较低应力下进行接触热阻的测试，同时使得试样与热电偶等的安 装操作更加方便。
[0044] 上述试样7热端安装于加热系统2上，加热系统2固定安装在底板103上，包括炉台 201、试样加热器202与热传导装置203,如图3所示，用于使试样7获得稳定的一维热源。
[0045] 其中，炉台201整体采用高温莫来石砖块和高铝砖块堆砌而成，具有堆砌而成的底 部台座、底部台座上表面外缘周向上堆砌的侧壁，炉台顶部通过搭接的顶板密封，进而在底 部台座、侧壁与顶板间形成炉腔，用来安装试样加热器202与热传导装置203。其中，底部台 座的外侧周向为非主承力部位201a;底部台座上表面（即底部台座中上层砖块中除与侧壁 相接的砖块外其