具有稳定加热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，具体设及一种接触热阻测试设备及方法，适用于在不 同溫度和压力范围内进行接触热阻的测试，尤其具备高溫、高接触应力条件下的接触热阻 测试条件。
【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。目前，接触热阻的研究主要集中在理论分析和计算方法的研究方 面，但运些方法参数较多，需要进行大量的模型简化。因此，误差较大，工程适用性差。对于 现有的接触热阻测试设备，在更换试样时，需要对加热系统进行重新的拆除和组装，设备的 可靠性和安全性下降，可操作性差，从而很难获得稳定的热流，使得测试结果的误差增大， 并且由于加热系统外侧的溫度高使得珍珠岩粉末化造成的污染严重。
【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，提出了一种具有稳定加热系统的接触热阻测试设备。
[0004] 具有稳定加热系统的接触热阻测试设备，其特征在于:包括承载-加载系统、加热 系统、冷却系统。
[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成高溫环境。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至炉台上表面安装的试样。冷却系统 设置于试样的轴向位置，为试样的冷端进行冷却。试样的冷端通过加载部分施加中的力传 导杆施加应力，应力大小由压力传感器采集。
[0006] 所述试样轴向上设计有测试点，测试点处的溫度有热电偶采集。
[0007] 应用上述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：
[000引步骤1:试样的安装。
[0009] 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。
[0010] 步骤2:对试样加热和加载应力，采集测试点溫度。
[0011] 通过开启试样加热器对试样加热，待试样溫度达到稳定，由数据采集系统采集各 测试点处的溫度。
[0012] 步骤3:计算试样中相邻的两个试样接触界面处的平均溫度。
[0013] 步骤4:将平均溫度作为理论传导溫度，对相邻的两个试样接触界面进行溫度补 偿，保证相邻的两个试样的接触界面处保持在理论传导溫度。
[0014] 步骤5:通过外推溫度梯度确定相邻的两个试样接触面处的溫度降。
[0015] 步骤6:确定试样的轴向热流密度。
[0016] 步骤7:根据步骤5与步骤師角定的两个测试试样接触面处的溫度降与试样的轴向 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。
[0017]本发明的优点在于：
[0018] 1、本发明接触热阻测试设备中，加热系统具有封闭、保溫、隔热、环保的的特点，通 过热传导装置，在为试样提供稳定、高效的一维传导热流的前提下，可操作性强，安全性高。
[0019] 2、本发明接触热阻测试设备的加热系统中，炉台、加热器、热传导装置均为耐高溫 材料，加热系统可提供l〇〇〇°CW下的高溫，加载装置可W提供500MPaW下的界面接触应力， 并可W通过更换压力传感器而改变应力加载范围，因此本发明所述的设备可W进行不同溫 度和压力组合下的接触热阻测试，并且溫度和压力连续可调。
[0020] 3、本发明接触热阻测试设备，通过加热系统形成的一维热源，并采用冷却系统使 得试样的热端和冷端形成极大溫差，实现了热流轴向的一维传导。
[0021] 4、本发明接触热阻测试设备，可W通过调节承载-加载系统中顶板的高度实现接 触热阻测试中的单热流计法和双热流计法的切换。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明接触热阻测试设备整体结构示意图；
[0023] 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；
[0024] 图3为本发明接触热阻测试设备中加热系统结构示意图；
[0025] 图4为本发明接触热阻测试设备中冷却系统结构示意图；
[0026] 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；
[0027] 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。
[002引图中；
[0029] 1-承载-加载系统 2-加热系统 3-冷却系统
[0030] 4-溫度控制系统 5-数据采集系统 6-计算机
[0031] 7-试样 8-隔热保溫层 9-补偿加热装置
[0032] 10-热电偶 11-稳定支架 101-支杆
[0033] 102-顶板 103-底板 104-固定螺母
[0034] 105-压力传感器 106-力传导杆 107-加强筋
[OO%] 201-炉台 202-加热器 203-热传导装置
[0036] 201a-非主承力部位 20化-直接承力部位 201c-非直接承力部位
[0037] 201d-易磨损部位 202a-加热丝 301-中屯、通孔
[0038] 302-冷却通道 303-隔板 304-冷水入口管
[0039] 305-冷水出口管 901-补偿加热支架 902-环形加热器
[0040] 903-补偿加热热电偶 11a-通孔 1化-螺丝孔
【具体实施方式】
[0041] 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、溫度控制系统、数据采集系统5与计算机6,如图1所示。
[0042] 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，通过轴向均设的四 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梓紧固定;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下表面中屯、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，W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。
[0043] 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。
[0044] 其中，炉台201整体采用高溫莫来石砖块和高侣砖块堆搁而成，具有堆搁而成的底 部台座、底部台座上表面外缘周向上堆搁的侧壁，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 相接的砖块外其余砖块)作为直接承力部位201b;底部台座中除非主承力部位201a与直接 承力部位20化外的其余部位为非直接承力部位201c;顶板为易磨损部位201d。由此，非主承 力部位201a与非直接承力部位201c均采用隔热性能优异但不耐高应力的高溫莫来石砖;而 直接承力部位20化与易磨损部位201d均采用隔热效果差但耐高应力的高侣砖。通过上述炉 台201结构，为试样加热器202和热传导装置203提供封闭、保溫、隔热的固定空间;所述封闭 性隔绝了氧气