测量和比较不同材料的导热和导热率的组件及其使用方法

具体实施方式

本发明在于提供一种不易受外界影响，能够准确测量不同材料热流、导热以及导热率并进行有效比较和研究的测量组件，该测量组件不会损坏被测材料，同时能够保证测量人员的安全，不会对其产生任何不利影响。另外，本发明还提供了一种采用本发明的测量组件进行测量和比较的方法，使得在本发明的测量装置中采用这种方法对材料的热流、导热以及导热率进行测量和比较的结果更加精确。

下面结合附图对本发明具体采用的最优选的技术方案进行说明。

首先在图2中显示了优选实施方式的整体结构示意图，其中该组件的各个部分均采用绝热材料制成，包括内部可添加热质5的中空的隔热壳体1，以及设置在该隔热壳体1内部的用于固定被测材料的固定部件，在附图中本发明的优选实施方式中采用的是板式结构，即分隔板2。该隔热壳体1上的与底面11相对端设置有开口12，对应开口12的形状和位置设置有顶盖3，该顶盖3与分隔板2形成注入通道，该注入通道包括第一注入口31以及第二注入口21，它们分别设置在顶盖3以及分隔板2的中心位置处。另外，在分隔板2与隔热壳体1底面11之间形成了容纳热质5的空间，同时在分隔板2上以第二注入口21的几何中心为中心的圆周上均匀设置有至少四个安装被测材料柱体4的固定孔22，这些固定孔22大小相同，被测材料柱体4设置在固定孔22之后，一端延伸到所述容纳热质的空间内可以直至所述隔热壳体1的底面11处，另一端与通过顶盖3上的通孔32设置的温度传感器6分别接触。

下面结合说明书附图对上述实施方式中的组件进行更详细的说明。

图3中显示的是上述实施方式中隔热壳体1的具体结构示意图，其中该隔热壳体1为立方体结构，其本身在由绝热材料制成的前提下，它的所有的壁包括底部应该足够厚以进一步确保其内部进行对材料的导热率测量过程中不会受到外界热量的干扰。并应保证该立方体结构的底部基本等厚，整个底面11基本为平面。在该底面11的相对面上设置有开口12，利用该开口12向该隔热壳体1内设置上述分隔板2以及被测材料柱体4以对该被测材料柱体4的导热率进行测量。

另外需要说明的是，上述隔热壳体1的厚度应该与其所采用的绝热材料的性能成反比的，该绝热材料的性能越出色，则上述隔热壳体1的厚度就应该越薄。这样才能够保证整个组件的测量精确度的前提下提高组件本身的性价比。

图4中显示的是图1中本发明实施方式的分隔板2的结构示意图，其中该分隔板2整体形状为方形板状结构，其外沿周应该与图3中的立方体结构横截面配合，优选稍小于上述隔热壳体1的内部尺寸，使得分隔板2能够插入上述隔热壳体1中。并且该分隔板2本身在由绝热材料制成的前提下，也应该具有足够的厚度。另外，在该分隔板2的底部设置有支撑结构，该支撑结构包括设置在所述分隔板2底部上的六个同样的支撑柱体23，使得整个分隔板2能够稳定的固定在上述隔热壳体1的底面上，使得整个测量组件的可靠性更高。另外，上述六个同样的支撑柱体23应该等长且足够的短，并且它们分别与临近的固定孔22不接触。

在分隔板2的中心处设置有上述的第二注入口21，且以该第二注入口21的中心为中心设置有四个固定孔22，这些固定孔22用于固定不同的被测材料柱体4以对其进行测量。并且被测材料柱体4的直径略小于它们对应固定孔22，但是在此基础上应该保证被测材料柱体4与所述固定孔紧密接触。

在该分隔板2相对两侧设置有用于固定顶盖3安装位置的定位部件，在图中该定位部件为设置在分隔板2上的定位柱24。

图5中显示的是上述分隔板2设置在隔热壳体1内部的整体装配结构示意图，如图中所示，整个分隔板2通过支撑柱体23设置在上述隔热壳体1底面上，并与该隔热壳体1底面平行且与之形成容纳热质5的空间。同时由图6中可以看出，在隔热壳体1内的分隔板2的固定孔22中分别可以设置有四种不同材料制成的被测材料柱体4，以使得能够在实验过程中一次性对多种不同材料的导热进行比较。

图7中显示的是图1中本发明优选实施方式的顶盖3的结构示意图。该顶盖3整体结构与上述隔热壳体1的开口12相对应，在其几何中心处设置有所述的第一注入口31，优选的，所述第一注入口31的直径小于所述分隔板2上的第二注入口21，该第一注入口31的内沿向下延伸设置有与第二注入口21形状与位置配合的柱型导入通道33，该柱型导入通道33的外径略小于所述分隔板2上的第二注入口21的内径并延伸入上述在分隔板2的第二注入口21内，这样在如图8中将上述顶盖3安装在隔热壳体1的开口12处时，第一注入口31，第二注入口21以及该柱型导入通道33组成注入热质5的注入通道，使得热质5能够沿着该注入通道进入分隔板2与该隔热壳体1之间形成的空间内。需要说明的是，所述的柱型导入通道33的外径稍小于第二注入口21的孔径并且其长度应该使得整个顶盖3设置在所述隔热壳体1上之后还能够保证该导入通道33延伸过所述的分隔板2，这样在通过该注入通道注入热质5的过程中，热质5不会喷溅或者溢出到分隔板的上面或者被测材料柱体4的上部。另外在顶盖3上设置有与分隔板2的定位柱24配合的定位孔34，这样在安装顶盖3的过程中能够确保其安装位置不会出现偏差。所述的顶盖3还采用阶梯型构造，主要分为底部以及顶部两部分，其底部安装尺寸与所述隔热壳体1的开口尺寸对应使得顶盖3可以插入所述隔热壳体1内，而所述顶盖3的顶部则稍大于所述隔热壳体1的外部尺寸或者与该隔热壳体1的外部尺寸相配合，使得整个顶盖3安装之后能够搭设在隔热壳体1上。

另外，在顶盖3上对应分隔板2的固定孔22设置有通孔32，在通孔32上方还固定有中空的突起35，温度传感器6通过该中空突起35以及通孔32分别与安装在分隔板2上的被测材料柱体4直接接触。典型地，该突起35是竖直的且其长度使得顶盖3设置在隔热壳体1上之后，温度传感器6通过突起35能够直接与被测材料柱体4的顶部中心牢固接触而不触碰分隔板2或者隔热壳体1的任何部位。

上面已经对本发明的测量组件进行了详细的说明，下面结合本发明的组件说明其优选的使用方法。具有如下：

(1)将上述所有部件装配在一起。将四种不同材料的被测材料柱体4设置在固定孔22内，这些被测材料柱体4的形状、尺寸均相同，并将被测材料柱体4一端延伸入所述的容纳热质5的空间内，直至该端与上述隔热壳体1的底面11接触；

(2)将温度传感器6通过顶盖3的通孔32伸入测量组件的内部并与被测材料柱体4的另一端直接接触，且温度传感器6还与数据记录仪(图9中未示出)连接，数据记录仪给测量人员反馈信息；

(3)通过注入通道向所述的容纳热质的空间内填入热质5，使得被测材料柱体4只有延伸入容纳热质的空间内的一端浸入热质5中，在图9中显示的该热质5的实际上优选只充满了该容纳热质的空间一半左右；

(4)在完成加入热质5的步骤之后，所有被测材料柱体4浸入热质5的一端与热质5产生的热交换，热量会通过浸入热质5的被测材料柱体4的这一端传递到另一端，这样通过温度传感器6上获得的数据就会相应的以一定的速率增加或者降低，数据变化的速度就是由被测材料柱体4的热导率所决定的。

(5)基于被测材料柱体4上的温度传感器6数据的变化就可以非常容易的得出哪些被测材料具有优秀的导热率，哪些材料具有相对差一些的导热率，进一步的通过温度传感器上的读数可以使用公式计算出这些被测材料的导热系数。

在测试过程中需要注意的是：应该使得不同的被测材料柱体4一端延伸入所述容纳热质5的空间内的长度相同，进而达到使该端浸入热质中的长度相同；同时所述被测材料柱体4分别与固定孔22紧密接触。

通过采用上述的技术方案所得到的测量组件以及相应的使用该组件的方法，本发明可以得到如下的优点：

(1)相比现有的测量材料导热率的装置以及方法(见[05]所提的方法)，本发明所提供的方法以及装置均更加简单，非常容易实施。

(2)相比现有的测量材料导热率的装置以及方法(见[05]所提的方法)，本发明所提供的测量方法更好控制，同时被测材料柱体的尺寸容易保证相同，并且它们处于相同的热质环境中，进而保证测量结果的准确性。

(3)另外，本发明采用的热质环境的温度一般在70度或者更低，因而相对于火焰具有更好的安全性。

(4)本发明所采用的热质环境不会对诸如塑料或者木材等材料产生破坏，因此本发明的组件以及方法可以应用于绝大多数的非金属材料；

(5)由于本发明的测量组件采用了绝热材料制成，因此外部环境对本发明测量结果的影响非常小；

(6)再次，本发明的测试时间非常短，可以尽量短的达到得到测量结果的目的，更进一步减少了外部环境对本发明测量结果的影响，如发明人经过多次实验证实，测量并得到结果的时间一般少于5分钟。

(7)最后，本发明的测量组件及其方法也可以适用于具有非常小不同的导热率材料比较的测量。

通过采用上述的技术方案，本发明得到了一种不易受外界影响，能够准确测量不同材料导热率并进行有效比较和研究的测量组件，该测量组件不会损坏被测材料，同时能够保证测量人员的安全，不会对其产生任何不利影响。另外，本发明还提供了一种采用本发明的测量组件进行测量的方法，使得在本发明的测量装置中采用这种方法对材料进行测量的结果更加精确。

本发明的保护范围并不局限于本发明的具体实施方式所列举的实施例，而是只要满足落入本发明的权利要求的技术特征的组合，就落入了本发明的保护范围之内。