专利名称：精确测量低温下多物相导热系数的可视化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多物相导热系数的测得装置，特别涉及一种使用非加热方法测得导热系数的装置，并且能对玻璃化过程进行实时观察的测得装置。
背景技术：
目前，在常温环境下的离体生物细胞、组织以及器官无法长期存活而保持其生理特性不变目前，为使生物材料或产品长期保持原有的生理结构和机能，低温保存已被公认为最有效的方法。在冻结和复温过程中，因相变、渗透压、热应力、机械作用等因素引起的蛋白质变性、脂类氧化、能量代谢紊乱和细胞体积变化等细胞损伤不容忽视。如何选择最佳的降温速率、复温速率以及通过添加合适的低温保护剂来规避细胞损伤，是提高保存质量的关键。玻璃化保存时提高生物体存活率的一种有效的保存方式。玻璃化受低温保护剂浓 度和降温速率两种因素所制约，所以低温保护剂的导热系数研究成为了重点。目前最为公认的流体导热系数测量方法为热线法，若使用热线法测量低温保护剂，热线的加热导致热线周围的玻璃体发生相变，导致测量误差。中国专利200920071383，公开一种纳米低温保护剂导热系数测量的可视化装置，已提出通过热平板比较法测量纳米低温保护剂在玻璃化过程的导热系数，避免了使用加热测量导热系数的传统方法，利用比较法测得样品导热系数，可是却忽略了低温保护剂在降温过程中得状态变化，若降温速率过慢时，低温保护剂结晶，可能胀裂双层真空玻璃管，若降温速率足够快，低温保护剂玻璃化，体积变小，则贴在双层玻璃管的贴片式热电偶所测温度不是低温保护剂的温度，影响测量精度。
发明内容本实用新型是要解决加热过程中玻璃态容易液化，冻结过程中由温度梯度会导致的试样温度不均匀，测量过程中易将双层玻璃管胀裂，及热电偶所测温度为双层玻璃管温度等技术问题，而提供一种精确测量低温下多物相导热系数的可视化装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种精确测量低温下多物相导热系数的可视化装置，包括石英盒，冷源铜块，热源铜块，硼硅玻璃，其特点是冷源铜块和热源铜块对称布置，冷源铜块和热源铜块中间放置石英盒和硼硅玻璃，且硼硅玻璃靠近热源铜块一侧构成测试台，冷源铜块和热源铜块内分别设有冷源通道和热源通道，冷源铜块上开有冷源进、出口，热源铜块上开有恒温水进、出口，石英盒内部两侧面和硼硅玻璃两侧分别放置贴片式热电偶。冷源铜块和热源铜块外面分别包有冷源铜块保温层和热源铜块保温层。冷源铜块和热源铜块上分别设有用以固定石英盒和硼硅玻璃的方形凹槽。冷源铜块保温层和热源铜块保温层外加有用以固定冷热源铜块的松紧圈。石英盒上部安装摄像头，用于记录试样的降温过程中的状态变化。本实用新型的有益效果在于该装置由温度恒定的高低温两块铜块组成，石英盒竖直放，在低温下即使样品玻璃化或结晶，也不会将石英盒胀裂，贴片式热电偶所测温度为样品温度，测量精确。松紧圈的设计使得冷热源温度分布均匀，减小空气热阻，且使得装置模型更接近一维导热模型。该装置结构简单、密封性好、操作和观察舒适。能准确测量玻璃体的导热系数，并且还能测量其他液体，悬浮液、固体以及玻璃体试样在常温及低温下的导热系数。同时摄像记录试样低温下的状态变化。
图I是本实用新型的结构主视图；图2是图I的俯视图；图3是本实用新型的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。 如图I至图3所示，本实用新型的精确测量低温下多物相导热系数的可视化装置，包括石英盒2、冷源出口 3、冷源铜块4、冷源铜块保温层5、松紧圈7、螺栓8、热源铜块保温层10、热源铜块11、贴片式热电偶12、硼硅玻璃13、摄像头14等。测试台由对称布置的冷源铜块4和热源铜块11以及一个石英盒2及硼硅玻璃13组成。冷源铜块4和热源铜块11内分别设有很薄的空腔冷源(_120°C)通道16和热源(20°C)通道17，一个冷源铜块4上开有冷源进口 6和冷源出口 3，另一热源铜块11上开有恒温水进口 9和恒温水出口 1，冷源铜块4和热源铜块11上分别设有方形凹槽15，用以固定石英盒2和硼硅玻璃13。硼硅玻璃13靠近热源铜块11 一侧，硼硅玻璃13可以根据不同的降温速率选择成不同厚度的硼硅玻璃13。待测样品放在石英盒2内靠近冷源铜块4这侦U。两个铜块之间的最大温差可控制在140°C，冷却速率为f500°C每分钟。贴片式热电偶12分别放置在石英盒2内部两侧面、石英盒2与硼硅玻璃13结合处、硼硅玻璃与热源铜块11结合处，用以确保硼硅玻璃13两侧面和样品两侧面的温差。(I)石英盒2 :用以放置待测样品，石英热膨胀系数小，在温度变化过程中，体积变化小，测量准确。石英盒2竖直放，在低温下即使样品玻璃化或结晶，也不会将石英盒2胀裂，测量固体样品时，样品尺寸制作成石英盒大小，将其与石英盒2替换。石英盒2即可作为绝热材料，又可以对视窗，对纳米材料的玻璃化过程进行观察。(2)冷源铜块4和热源铜块11 :二者对称的放置在石英盒2和硼硅玻璃13的两侧，两个铜块内部分别设很薄的空腔用作冷源通道16和热源通道17，其中，冷源铜块4上开有冷源进、出口 6，3，热源铜块11上开有恒温水进、出口 9，I，且下进上出的方式，冷热源温度场均匀，且在两个铜块上开有放置石英玻璃和硼硅玻璃的方形凹槽。(3)硼硅玻璃13 :为标准的方形，尺寸与石英盒2的内部尺寸相同，硼硅玻璃13的厚度可根据不同的需要更换不同厚度的硼娃玻璃，硼娃玻璃的可选厚度为5mm-10mm。(4)贴片式热电偶12 :两根贴在石英盒2内部两侧，另二根贴在硼硅玻璃13两侧，用以确定硼硅玻璃13两个表面和玻璃体两个表面之间的温差。(5)松紧圈7 :在冷源铜块保温层5和热源铜块保温层10外加松紧圈，用以固定冷热源铜块4，减小空气热阻，且不影响冷热源温度场，使得装置模型更接近一维导热模型。(6)摄像头14 :在石英盒2上部安装摄像头14，记录试样的降温过程中的状态变化。本装置将石英盒2竖直放，当低温保护剂体积变化时，也不会将石英盒2胀裂，贴片式热电偶12测量的温度为低温保护剂的温度。松紧圈7的设计使得冷热源温度分布均匀，装置模型更接近一维导热，测量精确。同时上方设计的摄像头14可记录样品在玻璃化过程中的形态变化。本实用新型使用时氮气容器中的高压氮气经过液氮冷却后，在压力作用下由冷源进口 6进入冷源通道16，使冷源铜块4温度降至-120°C (温度可以通过贴片式热电偶12标定)，换热后冷源经冷源出口 3排出，恒温水浴的温水(20°C)通过泵循环由恒温水进口9进入热源通道17，使热源铜块11的温度稳定在20°C (温度可以通过贴片式热电偶12标定)，换热后温水经恒温水出口 I回到恒温水浴箱。由于冷源铜块4和热源铜块11的温度是由流经冷源通道16和热源通道17的流体控制的，所以可以改变流体的流量来控制铜块的温度，以达到不同的降温速率。硼硅玻璃13的厚度可更换范围为5 10毫米，冷源铜块4和热源铜块11之间的温差可变范围1(T140°C，冷却速度可以精确控制，且在1 500°C /分钟内调节。本实用新型是用来测量样品在常温固相到低温玻璃化过程中导热系数的装置，同时它还可以测量其他样品(包括液体，悬浮液以及固体)从常温到低温下的导热系数，装置包括两个开有很薄空腔的方形铜块，透明的石英盒和标准厚度的硼硅玻璃。在保温层外侧加松紧圈，用于固定铜块，确保铜块温度分布均匀，使装置模型更接近一维导热，测量测量精确，铜块的表面有方形凹槽，用以固定石英盒和硼硅玻璃。铜块的两侧有流体进出口。石英盒用来放置待测样品(测量固体样品时需使用石英盒)硼硅玻璃的厚度可根据需要更换。上部摄像头可摄像记录样品玻璃化过程。通过调节冷源流量和硼硅玻璃的厚度，可以精确控制硼硅玻璃表面和样品两侧表面的温度，从而得到样品玻璃化过程中导热系数的变化情况。
权利要求1.一种精确測量低温下多物相导热系数的可视化装置，包括石英盒(2)，冷源铜块(4)，热源铜块(11)，硼硅玻璃(13)，其特征在干所述冷源铜块(4)和热源铜块(11)对称布置，冷源铜块(4)和热源铜块(11)中间放置石英盒(2)和硼硅玻璃(13)，且硼硅玻璃(13)靠近热源铜块(11) ー侧构成测试台，所述冷源铜块(4)和热源铜块(11)内分别设有冷源通道(16)和热源通道(17)，冷源铜块(4)上开有冷源进、出口(6，3)，热源铜块(11)上开有恒温水进、出口(9，1)，石英盒(2)内部两侧面和硼硅玻璃(13)两侧分别放置贴片式热电偶(12)。
2.根据权利要求I所述的精确测量低温下多物相导热系数的可视化装置，其特征在于所述冷源铜块(4)和热源铜块(11)外面分别包有冷源铜块保温层(5)和热源铜块保温层(10)。
3.根据权利要求I所述的精确测量低温下多物相导热系数的可视化装置，其特征在干所述冷源铜块(4)和热源铜块(11)上分别设有用以固定石英盒(2)和硼硅玻璃(13)的方形凹槽(15)。
4.根据权利要求I所述的精确测量低温下多物相导热系数的可视化装置，其特征在干所述石英盒(2)上部安装摄像头(14)，用于记录试样的降温过程中的状态变化。
5.根据权利要求2所述的精确测量低温下多物相导热系数的可视化装置，其特征在于所述冷源铜块保温层(5)和热源铜块保温层(10)外加有用以固定冷热源铜块的松紧圈(7)。
专利摘要本实用新型涉及一种精确测量低温下多物相导热系数的可视化装置，包括石英盒，冷源铜块，热源铜块，硼硅玻璃，冷源铜块和热源铜块对称布置，冷源铜块和热源铜块中间放置石英盒和硼硅玻璃，且硼硅玻璃靠近热源铜块一侧构成测试台，冷源铜块和热源铜块内分别设有冷源通道和热源通道，冷源铜块上开有冷源进、出口，热源铜块上开有恒温水进、出口，石英盒内部两侧面和硼硅玻璃两侧分别放置贴片式热电偶。该装置结构简单、密封性好、操作和观察舒适。能准确测量玻璃体的导热系数，并且还能测量其他液体，悬浮液、固体以及玻璃体试样在常温及低温下的导热系数。同时摄像记录试样低温下的状态变化。
文档编号G01N25/20GK202562869SQ201220195888
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者唐临利, 刘宝林, 刘连军, 郝保同, 李琳, 康盈 申请人:上海理工大学