CN107727686B - 激光闪光法热扩散率测量装置及样品支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供的激光闪光法热扩散率测量装置及样品支撑结构，样品支撑结构包括：托盘、支撑圆筒、转台、底座和至少一个样品池；至少一个样品池固定安装在托盘上，在托盘上每个样品池的安装处开设有第一透光孔，每个第一透光孔的中心与托盘的心的距离均为第一预设距离；每个样品池上放置样品处设置有第二透光孔；每个第二透光孔中心与该第二透光孔下方第一透光孔中心在同一直线上；托盘固定安装在支撑圆筒顶部，支撑圆筒底部固定安装在转台的轴承上，转台与底座固定连接，底座上设置有第三透光孔，该第三透光孔中心与底座上第一位置的距离为第一预设距离；其中，第一位置为：托盘的中心位置正对底座上的位置。本发明能够提高热扩散率的测量效率。

Description

激光闪光法热扩散率测量装置及样品支撑结构

技术领域

本发明实施例涉及激光闪光法热扩散率测量技术领域，尤其涉及一种激光闪光法热扩散率测量装置及样品支撑结构。

背景技术

激光闪光法热扩散率测量装置所利用的原理是：利用一束脉冲激光打到样品上，样品吸热温度升高，通过检测样品的温度变化可以得到样品的热扩散率。

现有的激光闪光法热扩散率测量装置中包含样品支撑结构，该样品支撑结构用于支撑样品以完成热扩散率的测量。

现有的样品支撑结构通常固定的样品数量为1个，因此在对多个样品进行热扩散率的测量过程中，需要不停的更换样品，从而降低了热扩散率的测量效率。

发明内容

本发明提供了一种激光闪光法热扩散率测量装置及样品支撑结构，以提高热扩散率的测量效率。

为达到上述目的，本发明实施例提供了一种激光闪光法热扩散率测量装置中的样品支撑结构，所述样品支撑结构包括：托盘、支撑圆筒、转台、底座和至少一个样品池；所述至少一个样品池固定安装在托盘上，在托盘上每个样品池的安装处开设有第一透光孔，每个第一透光孔的中心与托盘的中心的距离均为第一预设距离；每个样品池上放置待检测样品处设置有第二透光孔；每个第二透光孔的中心与该第二透光孔下方第一透光孔的中心在同一直线上；所述托盘固定安装在所述支撑圆筒顶部，所述支撑圆筒的底部固定安装在所述转台的轴承上，所述转台与所述底座固定连接，所述底座上设置有第三透光孔，该第三透光孔的中心与所述底座上第一位置的距离为所述第一预设距离；其中，所述第一位置为：所述托盘的中心位置正对所述底座上的位置。

进一步地，每个样品池包括：样品支撑台和固定帽；样品支撑台上设置有由凸起围成的槽，该槽的中心处设有所述第二透光孔，所述第二透光孔的大小大于待检测样品的大小；所述固定帽紧密罩住该槽四周的凸起，所述固定帽的中心开设有第四透光孔。

进一步地，所述至少一个样品池圆周均布安装在所述托盘上。

进一步地，样品池的数量为4个。

进一步地，所述样品支撑结构还包括防辐射屏；所述防辐射屏位于所述支撑圆筒内部。

进一步地，所述防辐射屏包括：支撑杆、至少一个辐射叶片、至少一个限位套和固定套；在所述底座上的第一位置处开设有安装孔，所述支撑杆的底端插入所述安装孔内，所述支撑杆上底部设置有限位耳部，该限位耳部的尺寸大于所述安装孔；所述支撑杆为两段式结构，所述支撑杆的上一阶段为细段，所述支撑杆的下一阶段为粗段；所述支撑杆的细段上套设有至少一个辐射叶片，各个辐射叶片的中心孔的直径小于粗段的外径；相连两个辐射叶片之间套设有限位套，在细段上的顶部套设有固定套，该固定套的底部紧密抵接顶部的辐射叶片；每个辐射叶片上开设有第五透光孔，每个第五透光孔的中心与该第五透光孔所在辐射叶片中心的距离均为所述第一预设距离。

进一步地，所述支撑杆固定安装在所述底座上。

进一步地，辐射叶片的数量为4个。

进一步地，所述支撑圆筒上开设有至少一个导热孔。

进一步地，导热孔的数量为4个。

本发明实施例还提供了一种激光闪光法热扩散率测量装置，所述装置包括脉冲激光器、上述的样品支撑结构；所述脉冲激光器的激光发射端口正对所述第三透光孔。

进一步地，所述装置还包括真空加热炉，所述支撑圆筒位于所述真空加热炉的炉膛内。

进一步地，所述装置还包括红外探测器，所述红外探测器用于通过第四透光孔检测待检测样品的表面温度。

进一步地，所述装置还包括测温仪和温度传感器；托盘中心处开设有通孔，所述温度传感器的顶端通过该通孔，所述测温仪与所述温度传感器电连接。

应用本发明实施例提供的激光闪光法热扩散率测量装置及样品支撑结构，能够提高热扩散率的测量效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的激光闪光法热扩散率测量装置中的样品支撑结构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的激光闪光法热扩散率测量装置中的样品支撑结构的俯视图；

图3为样品池的结构示意图；

图4为防辐射屏的结构示意图；

图5为带有导热孔的支撑桶的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的激光闪光法热扩散率测量装置的结构示意图。

附图标号说明：

1-样品池；2-托盘；3-支撑圆筒；4-转台；5-防辐射屏；6-温度传感器；7-底座；8-样品支撑台；9-固定帽；10-热扩散率样品；11-支撑杆；12-辐射叶片；13-限位套；14-固定套；15-真空加热炉；16-脉冲激光器；17-红外探测器；18-测温仪。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2所示，所述样品支撑结构包括：托盘2、支撑圆筒3、转台4、底座7和至少一个样品池1；

所述至少一个样品池1固定安装在托盘2上，在托盘2上每个样品池1的安装处开设有第一透光孔，每个第一透光孔的中心与托盘2的中心的距离均为第一预设距离。本实施例中，第一预设距离可以根据实际情况自由设定，例如，第一预设距离可以为10厘米。

进一步地，至少一个样品池1可圆周均布安装在所述托盘2上，样品池1的数量可以为4个，相邻两个样品池1的角度间隔为90°。

每个样品池1上放置待检测样品10处设置有第二透光孔；每个第二透光孔的中心与该第二透光孔下方第一透光孔的中心在同一直线上；

所述托盘2固定安装在所述支撑圆筒3顶部，所述支撑圆筒3的底部固定安装在所述转台4的轴承上，所述转台4与所述底座7固定连接，所述底座7上设置有第三透光孔，该第三透光孔的中心与所述底座7上第一位置的距离为所述第一预设距离；其中，所述第一位置为：所述托盘2的中心位置正对所述底座7上的位置。

在本实施例中，转台4可以由匹配的控制箱控制，转台4的轴承可以实现360°自由旋转，支撑圆筒3可以随着所述转台4的轴承一起旋转，使得固定在支撑圆筒3的托盘2绕中心旋转，固定在托盘2上的各个样品池1绕中心旋转。另外，由于底座7上设置的第三透光孔与第一位置的距离、每个第一透光孔的中心与托盘2的中心的距离均为第一预设距离，则有第三透光孔的中心和第一透光孔的中心在同一直线上，因此，激光可以依次通过第三透光孔、第一透光孔、第二透光孔打在样品10上。

托盘2上设置有多个样品池1，各个样品池1可以为不同的尺寸，用于预先放置不同尺寸的待检测样品10。当一个待检测样品10的热扩散率测量完成后，工作人员可以转动托盘2，使其他样品池1的第二透光孔与第三透光孔对齐，从而再次测量该样品池内待检测样品10的热扩散率。

应用现有的样品支撑结构，在对多个待检测样品进行热扩散率的测量过程中，需要不停的更换样品；而应用本发明实施例提供的激光闪光法热扩散率测量装置中的样品支撑结构，预先在各个的样品池1中放置待检测样品，通过转动托盘2，可实现各个待检测样品的热扩散率的测量，从而提高了热扩散率的测量效率。

样品支撑台8和固定帽9的尺寸根据样品尺寸和形状设计，可固定的待检测样品10的直径范围为Φ5mm～Φ55mm，厚度范围(0.5～10)mm，也可以固定方形、椭圆形、三角形的薄片样品。

如图3所示，每个样品池1包括：样品支撑台8和固定帽9；

样品支撑台8上设置有由凸起围成的槽，该槽的中心处设有所述第二透光孔，所述第二透光孔的大小大于待检测样品10的大小，当待检测样品放置在槽内后，可防止待检测样品掉落；所述固定帽9紧密罩住该槽四周的凸起，用于固定待检测样品10；所述固定帽9的中心开设有第四透光孔，用于红外探测器通过第四透光孔测量待检测样品10上表面的温度。样品池1上还设置有螺纹孔，样品池1可通过该螺纹孔固定安装在托盘2上。

如图1和图4所示，所述样品支撑结构还包括防辐射屏5；所述防辐射屏5位于所述支撑圆筒3内部。

具体地，所述防辐射屏5包括：支撑杆11、至少一个辐射叶片12、至少一个限位套13和固定套14；

在所述底座7上的第一位置处开设有安装孔，所述支撑杆11的底端插入所述安装孔内，所示支撑杆11上底部设置有限位耳部，该限位耳部的尺寸大于所述安装孔，防止支撑杆11由于重力下落。进一步的，所述支撑杆11还可通过螺栓固定安装在所述底座7上。

所述支撑杆11为两段式结构，所述支撑杆11的上一阶段为细段，所述支撑杆11的下一阶段为粗段；

所述支撑杆11的细段上套设有至少一个辐射叶片12，各个辐射叶片12的中心孔的直径小于粗段的外径，以防止辐射叶片12掉落；相连两个辐射叶片12之间套设有限位套13，在细段上的顶部套设有固定套14，该固定套14的底部紧密抵接顶部的辐射叶片12，用于固定各个辐射叶片12。

每个辐射叶片12上开设有第五透光孔，每个第五透光孔的中心与该第五透光孔所在辐射叶片12中心的距离均为所述第一预设距离，穿过第三透光孔的激光脉冲可通过每个第五透光孔，然后通过第一透光孔和第二透光孔照射在待检测样品10上。本实施例中，辐射叶片的数量可以为4个。

如图5所示，所述支撑圆筒3上开设有至少一个导热孔。各个导热孔沿圆周均布在支撑圆筒3上，导热孔用于减小轴向导热漏热，同时可保护转台4免受高温的损坏；导热孔的数量和尺寸，可根据实际情况自由设计。本实施例中，导热孔的数量可以为4个。

本发明实施例还提供了一种激光闪光法热扩散率测量装置。图6为本发明实施例提供的激光闪光法热扩散率测量装置的结构示意图，所述装置包括脉冲激光器16和样品支撑结构；

所述脉冲激光器16的激光发射端口正对第三透光孔，用于发射激光脉冲，脉冲激光器16的激光发射端口发出的激光脉冲依次经过第三透光孔、各个第五透光孔、第一透光孔和第二透光孔，打在待检测样品10上，为待检测样品10加热。

所述装置还包括真空加热炉15，所述支撑圆筒3位于所述真空加热炉15的炉膛内，用于为待检测样本10的热扩散率的测量过程提供环境温度，工作人员可根据测量要求调节真空加热炉15的温度范围。

进一步地，样品池1、托盘2、支撑筒3、防辐射屏5的加工材料可根据不同的温度范围进行选择，例如，可选材料有聚四氟乙烯、石英玻璃、刚玉、石墨、铝、铜、不锈钢等，最低耐温-200℃，最高耐温3000℃。另外，防辐射屏5减小样品池1和托盘2在高温下的辐射漏热，同时保护转台4和底座7，不同温度范围下辐射叶片数量设计不同，可根据实际情况设计。另外，支撑圆筒3侧壁上开设的导热孔，可以根据不同温度范围下，设计不同的开孔数量和尺寸设计。

所述装置还包括测温仪18和温度传感器6；

托盘2中心处开设有通孔，支撑杆11为中空管状结构，支撑杆11内设置有温度传感器，所述温度传感器的顶端通过该通孔，所述测温仪18与所述温度传感器电连接，用于测量温度传感器6检测到的温度，用于表征周围环境的温度。另外，支撑杆11内还可以在安装辐射测温黑体腔，测量黑体腔的温度用于表征周围环境的温度。

所述装置还包括红外探测器17，红外探测器17可以正对第四透光孔，红外探测器17用于通过第四透光孔检测待检测样品的表面温度，测量结果用于计算待检测样品10的热扩散率。

本发明的工作过程是：

样品支撑结构与真空加热炉、脉冲激光器、红外探测器、测温仪组成激光闪光法热扩散率测量装置。

根据测量温度选择合适材质的样品支撑结构，再根据被测的热扩散率样品尺寸选择合适的尺寸的样品池。将待检测样品水平放置在样品支撑台上，处于圆孔中心，拧上固定帽，再将样品池固定在托盘上，将支撑圆筒固定在转台上，转台是长期固定在底座上的，底座是热扩散率测量装置真空室的一部分。

将待检测样品和样品支撑结构固定好后，将样品支撑结构中每个辐射叶片上的第五透光孔分别与第三透光孔对齐；移动真空加热炉使真空加热炉罩上整个支撑结构，将真空加热炉及真空室抽成真空，开启用于控制真空加热炉的温度控制装置，使真空加热炉的温度加热到测量温度，然后使温度稳定在测量温度；转动转台，使待检测样品下方的第一透光孔与第三透光孔对齐，将红外探测器的测量窗口与待检测样品的上表面对正，开启脉冲激光器，使脉冲激光器发出一个脉冲光束，该脉冲光束打在待检测样品的下表面，待检测样品吸热升温，红外探测器测量待检测样品上表面的温度变化，利用测温仪测量标准温度，通过软件对测量得到的数据进行处理得到热扩散率(具体的计算过程为现有技术，此处不再赘述)。测量完成一个待检测样品，再次转动转台，依次测量其他待检测样品的热扩散率。

本发明实施例提供的激光闪光法热扩散率测量装置，能够提高多个样品的热扩散率的测量效率；样品池设计成不同尺寸，可满足Φ5mm、Φ10mm、Φ15mm、Φ20mm等直径的样品固定，也可根据样品的尺寸定制；托盘放置的待检测样品的数量根据样品池的数量而定；样品支撑结构材料在不同温度下选择不同，适用温度范围为-200℃～3000℃；温度传感器在不同温度下选择不同，可以为铂电阻、热电偶以及辐射温度计；使用辐射温度计时，托盘中心处可设计黑体腔，通过支撑杆圆孔测量黑体腔温度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种激光闪光法热扩散率测量装置中的样品支撑结构，其特征在于，所述样品支撑结构包括：托盘、支撑圆筒、转台、底座和至少一个样品池；

所述至少一个样品池固定安装在托盘上，在托盘上每个样品池的安装处开设有第一透光孔，每个第一透光孔的中心与托盘的中心的距离均为第一预设距离；

每个样品池上放置待检测样品处设置有第二透光孔；每个第二透光孔的中心与该第二透光孔下方第一透光孔的中心在同一直线上；

所述托盘固定安装在所述支撑圆筒顶部，所述支撑圆筒的底部固定安装在所述转台的轴承上，所述转台与所述底座固定连接，所述底座上设置有第三透光孔，该第三透光孔的中心与所述底座上第一位置的距离为所述第一预设距离；其中，所述第一位置为：所述托盘的中心位置正对所述底座上的位置。

2.根据权利要求1所述的样品支撑结构，其特征在于，每个样品池包括：样品支撑台和固定帽；

样品支撑台上设置有由凸起围成的槽，该槽的中心处设有所述第二透光孔，所述第二透光孔的大小大于待检测样品的大小；所述固定帽紧密罩住该槽四周的凸起，所述固定帽的中心开设有第四透光孔。

3.根据权利要求1所述的样品支撑结构，其特征在于，所述至少一个样品池圆周均布安装在所述托盘上。

4.根据权利要求3所述的样品支撑结构，其特征在于，样品池的数量为4个。

5.根据权利要求1所述的样品支撑结构，其特征在于，所述样品支撑结构还包括防辐射屏；所述防辐射屏位于所述支撑圆筒内部。

6.根据权利要求5所述的样品支撑结构，其特征在于，

所述防辐射屏包括：支撑杆、至少一个辐射叶片、至少一个限位套和固定套；

在所述底座上的第一位置处开设有安装孔，所述支撑杆的底端插入所述安装孔内，所述支撑杆上底部设置有限位耳部，该限位耳部的尺寸大于所述安装孔；

所述支撑杆为两段式结构，所述支撑杆的上一阶段为细段，所述支撑杆的下一阶段为粗段；

所述支撑杆的细段上套设有至少一个辐射叶片，各个辐射叶片的中心孔的直径小于粗段的外径；相连两个辐射叶片之间套设有限位套，在细段上的顶部套设有固定套，该固定套的底部紧密抵接顶部的辐射叶片；

每个辐射叶片上开设有第五透光孔，每个第五透光孔的中心与该第五透光孔所在辐射叶片中心的距离均为所述第一预设距离。

7.根据权利要求6所述的样品支撑结构，其特征在于，所述支撑杆固定安装在所述底座上。

8.根据权利要求6所述的样品支撑结构，其特征在于，辐射叶片的数量为4个。

9.根据权利要求1所述的样品支撑结构，其特征在于，所述支撑圆筒上开设有至少一个导热孔。

10.根据权利要求9所述的样品支撑结构，其特征在于，导热孔的数量为4个。

11.一种激光闪光法热扩散率测量装置，其特征在于，所述装置包括脉冲激光器、如权利要求1-10任一项所述的样品支撑结构；

所述脉冲激光器的激光发射端口正对所述第三透光孔。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括真空加热炉，所述支撑圆筒位于所述真空加热炉的炉膛内。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括红外探测器，所述红外探测器用于通过第四透光孔检测待检测样品的表面温度。

14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括测温仪和温度传感器；

托盘中心处开设有通孔，所述温度传感器的顶端通过该通孔，所述测温仪与所述温度传感器电连接。