專利名稱：一種測量固體界面接觸換熱系數的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于塑性加工研究領域。主要用于測量金屬固體界面間接觸換熱系數。
背景技術：
在金屬的塑性成形中，工模具與零件之間的熱量傳遞直接影響了工模具的壽命和零件的成形精度，因此金屬界面間接觸換熱系數的測量受到了越來越多的學者和精密塑性成形企業的關注。目前，國內外對接觸換熱系數的測量不多，有關這方面的數據相當缺乏，有些學者對固體界面間的接觸換熱進行了研究與測試，取得了一定的數據，但普遍的測量方法是直接將兩試樣接觸，由于接觸面溫差本來比較小，而熱電偶和采集設備都存在著一定的誤差，結果導致測量出來的接觸面溫差的相對誤差比較大，增加了測量的總體誤差；另外從查閱的相關文獻中了解到其測量的大多是在較低溫度下的接觸換熱系數，測量溫度范圍比較窄，且沒有對測量采集過來的溫度信號進行實時直觀的描繪來分析與比較。
文獻出處[1].M.Rosochowska，R.Balendra，K.Chodnikiewicz，Measurements ofthermal contact conductance，Journal of Materials ProcessingTechnology 135(2003)204-210[2].M.Rosochowska，K.chodnikiewicz，R.Balendra，A new method ofmeasuring thermal contact conductance，Journal of MaterialsProcessing Technology 145(2004)207-214現有的測量方法存在測量誤差比較大，測量設備測量溫度比較低，對數據的采集和處理不夠直觀的不足。
發明內容
本發明的目的就是提供一種測量精度高，測量溫度范圍寬，能實時直觀的顯示、分析采集結果的測量固體界面接觸換熱系數的方法和裝置。
本發明的技術解決方案是將加熱棒12置于上下通孔的加熱爐11中，加熱棒12的凹槽的上端面與加熱爐11的上表面相平，加熱爐11上電爐絲的正負線和溫控儀表5的負載輸出端的正負線相連，加熱爐11的溫度范圍為0～1400℃。
當壓力裝置3是杠桿結構時，將加熱棒12、第1試樣13、第2試樣15、冷卻棒9、定心鋼球16、壓力變向節2順序連接，冷卻棒9穿過上支撐板8的直線軸承1與定心鋼球16連接，第1試樣13置于加熱棒12的凹槽上，第2試樣15置于第1試樣13上，第2試樣15的上端面置于冷卻棒9的下端面凹槽里，定心鋼球16置于冷卻棒9的上端球形凹面上，壓力變向節2下端面的球形凹槽置于定心鋼球16上，壓力變向節2與壓力裝置3連接，壓力變向節2的支點和砝碼17支點的力臂比為1∶5，將砝碼放在砝碼盤17上，壓力變向節2對試樣產生壓力，壓力范圍為0～100KN。
當壓力裝置3是彈簧結構時，將加熱棒12、第1試樣13、第2試樣15、冷卻棒9、定心鋼球16、壓力板21、壓力彈簧20、螺母19順序連接，第1試樣13置于加熱棒12的凹槽上，第2試樣15置于第1試樣13上，第2試樣15的上端面置于冷卻棒9的下端面凹槽里，定心鋼球16置于冷卻棒9的上端球形凹面上，壓力板21下端面的球形凹槽置于定心鋼球16上，壓力裝置3上端的螺母19與螺桿導軌22旋轉連接，螺母19與壓力彈簧20頂端連接，壓力彈簧20下端與壓力板21連接，螺母19繞螺桿導軌22旋轉下降使壓力彈簧20壓縮，壓力彈簧20對壓力板21產生壓力，壓力板21對試樣產生壓力，壓力范圍為0～100KN。
石棉保溫層10扣在試樣周圍，如果第1試樣13與第2試樣15的接觸面溫差小于10℃，那么需要在第1試樣13和第2試樣15的接觸面間加入它們各自材料的薄片14，如果第1試樣13和第2試樣15的材料不同，它們的薄片14的也是不同的兩種材料，薄片14的疊加是交替疊加的，如果第1試樣13和第2試樣15的材料相同，薄片14的材料也是相同的，疊加是直接累加的，薄片14的表面狀態和試樣的表面狀態相同，相同表面狀態包括相同表面粗糙度、相同中間介質，試樣和薄片14的材料范圍可為所有的金屬固體材料，總的薄片14數量為偶數個，數量范圍為2～20個，加入薄片14的目的是為了增加第1試樣13與第2試樣15的接觸面個數，每個接觸面形成串聯形式，類似電阻的串聯，因為每個接觸面都會產生溫差，所以就增大了第1試樣13與第2試樣15接觸面之間的溫差，從而使熱電偶4的測量誤差相對減小，薄片14數量視接觸面的接觸溫差的大小而定，因為熱電偶4的誤差為±1.5℃，那么熱電偶4的誤差影響就相當大，所以我們采用增加接觸面的個數，增大接觸面溫差的方法，從而減少了熱電偶4的誤差影響，如果接觸面溫差較大，所需薄片14數可適當減少，如果接觸面溫差較小，所需薄片14數應適當增加。第1試樣13和第2試樣15的直徑為φ10mm～φ25mm，高度為40～100mm，薄片14的直徑為試樣的直徑，厚度為0.48mm～0.52mm，加熱棒12凹槽深2.8mm～3.2mm，冷卻棒9凹槽深2.8mm～3.2mm，8根熱電偶4在試樣上的固定方式為在每個試樣的外側圓柱面上用電火花打四個孔，孔的深度為試樣直徑的一半，孔間距都為9.5mm～10.5mm，孔的直徑為φ1.0mm～φ1.2mm，第1試樣13和第2試樣15中靠近接觸面的孔與接觸面的距離為2.9mm～3.1mm，將8根熱電偶4分別置于第1試樣13的4個孔中和第2試樣15的4個孔中進行測溫，8根熱電偶4的直徑為φ1.0±0.003mm，加熱爐熱電偶18的測溫端直接插入加熱爐11爐膛的中間進行測溫，將試樣上8根熱電偶4上的正負兩根線分別和八塊溫控儀表5中的輸入端的正負極相連，加熱爐熱電偶18上的正負兩根線和溫控儀表5中的輸入端的正負極相連，然后將各溫控儀表5的輸出端的正負兩根線并聯起來連接在RS232轉換器上的正負接口上，再將RS232轉換器和工控機7上的串口相連。
如果需要測量在接觸面上加有中間介質的接觸換熱系數，那么在第1試樣13和第2試樣15的接觸面之間加上中間介質，如果需要測量在接觸面上涂有其它物質的接觸換熱系數，如果需要測量不同接觸面粗糙度的接觸換熱系數時，就對第1試樣13和第2試樣15的接觸面進行打磨、噴砂處理以滿足測量不同的接觸面粗糙度下的接觸換熱系數，插好熱電偶4后，在試樣周圍纏上石棉布以防止輻射對流，再在外面加上石棉保溫層10進行保溫，調整砝碼盤17上砝碼的重量或調整壓力彈簧20的壓縮量使其產生的壓力滿足實驗的壓力，確定熱電偶4和溫控儀表5的連線、工控機7和溫控儀表5的連線、和各溫控儀表5間的連線正確，打開各溫控儀表5的開關按鈕，進入工控機7中的接觸換熱系數測量采集系統，接觸換熱系數測量采集系統軟件里有數據初始化、采集界面、數據計算界面、數值模擬界面和模擬作圖界面，首先進入數據初始化窗口，對試樣的測量項目進行初始化，所謂初始化就是要確定測量的狀態、材料熱導率和保溫時間，測量狀態就是所要測量的內容，比如是要在恒溫狀態下測量不同壓力下的接觸換熱系數或是在恒壓狀態測量不同溫度下的接觸換熱系數又或者是兩者都變的狀態下測量接觸換熱系數，恒溫狀態就是指在加熱爐11溫度恒定，砝碼重量改變的狀態下，測量不同接觸面壓力下的接觸換熱系數，恒壓狀態就是指在砝碼重量不變的情況下使加熱爐11的溫度變化，來測量不同接觸面溫度下的接觸換熱系數，兩者都變化的狀態就是指在測量壓力改變和測量接觸面溫度也改變的情況下測量接觸換熱系數，輸入狀態值例如恒溫狀態加熱爐11溫度為400℃時，壓力10KN、20KN、30KN等，保溫時間都為100分鐘，然后輸入相應溫度下材料的熱導率、保溫時間，材料的熱導率可從手冊或其它資料上查到，保溫時間的確定是根據各熱電偶4的溫度變化幅度確定的，如果在保溫階段8根熱電偶4的溫度變化＜±1℃，那么可近似認為整個系統達到了穩定狀態，即一維導熱狀態，那么此時的溫控儀表5的運行時間就為保溫時間，單擊完成設置按鈕完成對測量的初始化，然后進入制訂工藝曲線的窗口，準備制訂加熱爐11的升溫曲線、保溫曲線和降溫曲線，即溫度-時間曲線，如從常溫升到300℃，升溫時間30分鐘，再在300℃保溫100分鐘，然后從300℃升到400℃，升溫時間20分鐘，400℃下保溫100分鐘，從而得到加熱爐11的爐溫從常溫升到400℃的升溫和保溫工藝曲線。工藝曲線中溫度的制定是根據所需測量的接觸面溫度而定，工藝曲線中升溫時間的確定是根據加熱爐11的特性來確定的，如果加熱爐11的升溫速度較快，升溫時間可以短些，反之升溫時間要長些，保溫時間是在數據初始化時確定的保溫時間，制定好工藝曲線后將工藝曲線通過串口通信6寫入溫控儀表5中，由溫控儀表5控制加熱爐11的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，以滿足測量的要求，然后，進入采集數據窗口，單擊運行按鈕讓與加熱爐熱電偶18相連的溫控儀表5開始執行程序，由此溫控儀表5控制加熱爐11溫度隨著工藝曲線的變化而變化，單擊采集按鈕對各溫控儀表5的溫度信號進行采集并自動顯示溫控儀表5上的溫度值，并自動通過畫圖程序在采集窗口中自動繪制各熱電偶4的溫度-時間曲線，單擊保存按鈕把采集過來的數據和畫出的曲線數據保存在工控機7中，溫控儀表5自動調整儀表的輸出功率給加熱爐11通電，溫控儀表5控制加熱爐11的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，加熱爐11對加熱棒12進行加熱，熱流從加熱棒12傳給第1試樣13，再由第1試樣13傳給第2試樣15，最后由第2試樣15傳給冷卻棒9，在試樣周圍采用石棉保溫層10進行保溫與隔熱防止熱流損失，改變加熱爐11的溫度值可以測量不同接觸面溫度下的接觸換熱系數，改變壓力裝置3的砝碼重量或改變壓力彈簧20的壓縮量可以測量不同接觸面壓力下的接觸換熱系數，測量所需要的壓力是根據材料的強度極限和所要測量的接觸面壓力來確定的，壓力變向節2的支點和砝碼盤17支點力臂比為1∶5，如果想得到30KN壓力下第1試樣13和第2試樣15的接觸換熱系數，那么所加的砝碼盤17上砝碼的重量就需要6KN或使螺母20繞螺桿導軌22旋轉下降使壓力彈簧20壓縮，壓力彈簧20對壓力板21產生壓力，壓力板21對試樣產生壓力，壓力為30KN，測量采集完成后進入數據計算窗口，把保存下來的采集數據和數據初始化數據調用出來進行計算，計算方法如下首先根據試樣上熱電偶4的溫度值求出熱流，熱流計算公式為Q=s·λ·ΔT1ΔL,]]>其中Q是熱流，s是試樣截面積，λ是試樣的導熱系數，ΔL是試樣上相臨兩個熱電偶4的距離，ΔT1是其中一個試樣上相臨兩根熱電偶4ΔL上的溫差，因為試樣的截面積是已經確定的，導熱系數是在數據初始化時已經輸入，且ΔT1可通過熱電偶4測出來，因此熱流Q可以求出來；假如試樣上8根熱電偶4的溫度值分別為T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8，第1試樣13的4根熱電偶4溫度為T1、T2、T3、T4，第2試樣15的4根熱電偶4溫度為T5、T6、T7、T8，假如以第1試樣13上的4根熱電偶4上的溫度值T1、T2、T3、T4來求Q，那么ΔT1=dT1=(T1-T2)+(T2-T3)-(T3-T4)3,]]>假如以第2試樣15上的4根熱電偶4上的溫度值T5、T6、T7、T8來求Q，那么ΔT1=dT2=(T5-T6)+(T6-T7)-(T7-T8)3,]]>當兩根等截面圓柱固體試件在一定壓力下相互接觸并傳遞熱量時，如果試件的周圍絕熱，則熱流在試件中是沿著軸向傳遞的，熱流是一維的，因為在試樣周圍采用了保溫隔熱措施，所以整個系統可近視看成一維傳熱，然后根據接觸換熱系數計算公式
hc=Qs·ΔT2,]]>其中hc是界面接觸換熱系數，Q是熱流，s是試樣截面積，ΔT2是接觸面上的溫差；因為整個系統可近似看成是一維導熱，因此ΔT2可用外延法求得，在實際測量中，試件接觸界面兩端的溫差ΔT2可通過外延法計算，所謂外延法就是在試樣上布置多根熱電偶4測出各點的溫度例如我們在每個試樣上布置4根熱電偶4，然后作T-X圖，T為溫度即是各熱電偶4的溫度，X為位移即為各熱電偶4在試樣上的位置，如以試樣的接觸面位置為起點，各試樣中各熱電偶4間的距離為10mm，離接觸面最近的第1根熱電偶4和接觸面的距離為3mm，僅次于它的第2根熱電偶4在試樣上的位置就為13mm，第3根熱電偶4在試樣上的位置就為23mm，第4根熱電偶4在試樣上的位置就為33mm，那么另一個試樣上的4根熱電偶4的位置就分別為-3mm、-13mm、-23mm、-33mm，如果忽略輻射和對流換熱的影響，各熱電偶4溫度在T-X圖上應該近似是一條直線，將直線延伸到接觸界面處即可分別推出左右兩試樣在接觸界面處的溫度CT1和CT2，它們間的差值即為溫差ΔT2，最后根據求出來的ΔT2和熱流Q代入上式得到接觸換熱系數hc，假如試樣上8根熱電偶4的溫度值分別為T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8，第1試樣13的熱電偶4溫度為T1、T2、T3、T4，第2試樣15熱電偶4溫度為T5、T6、T7、T8，dT1=(T1-T2)+(T2-T3)-(T3-T4)3,dT2=(T5-T6)+(T6-T7)-(T7-T8)3,]]>那么第1試樣13的T-X圖的斜率為k1=dT1ΔL,]]>第2試樣15的T-X圖的斜率為k2=dT2ΔL,]]>如果第1試樣13和第2試樣15的材料相同那么k1≈k2，離接觸面最近的熱電偶4與接觸面的距離為d，d的取值范圍為2.9mm～3.1mm，那么CT1＝T4-k1×d，CT2＝T5+k2×d，ΔT2＝CT1-CT2，最后將上面求出來的熱流Q和用外延法求出來的ΔT2代入接觸換熱計算公式得到接觸換熱系數hc，然后進入模擬分析界面將計算出來的結果擬合出曲線來進行分析比較，所謂分析就是了解在相同壓力下，不同接觸面溫度時接觸換熱系數隨溫度的變化是怎樣變化，或者是在相同接觸面溫度下，不同接觸面壓力時接觸換熱系數隨壓力的變化是怎樣變化的，又或者是在加了中間介質和不加中間介質時接觸換熱系數的變化情況，又或者是不同接觸面壓力、不同接觸面溫度和中間介質又不同的情況下，接觸換熱系數的大小，又或者是在不同接觸面溫度，不同接觸面壓力和不同接觸面介質下各種材料間的接觸換熱系數。最后將分析結果保存，退出系統。
如果接觸面溫差小于10℃，那么在第1試樣13與第2試樣15的接觸面之間加入第1試樣13與第2試樣15材料的薄片14，薄片14數量2～20個，薄片14的表面狀態與第1試樣13和第2試樣15的接觸面的表面狀態相同，即有相同的表面粗糙度、相同的中間介質，第1試樣13和第2試樣15的接觸面之間有薄片14，假如薄片14的數量為n，如果需要測量在接觸面上加有中間介質的接觸換熱系數，那么在第1試樣13、第2試樣15和薄片14的接觸面上加上中間介質，如果需要測量不同接觸面粗糙度的接觸換熱系數時，就對第1試樣13、第2試樣15和薄片14的接觸面進行打磨、噴砂處理以滿足測量不同的接觸面粗糙度下的接觸換熱系數。
當壓力裝置3是杠桿結構時，將加熱棒12、第1試樣13、薄片14、第2試樣15、冷卻棒9、定心鋼球16、壓力變向節2順序連接，冷卻棒9穿過上支撐板8的直線軸承1與定心鋼球16連接，第1試樣13置于加熱棒12的凹槽上，薄片14置于第1試樣13上，第2試樣15置于薄片14上，第2試樣15的上端面置于冷卻棒9的下端面凹槽里，定心鋼球16置于冷卻棒9的上端球形凹面上，壓力變向節2下端面的球形凹槽置于定心鋼球16上，壓力變向節2與壓力裝置3連接，壓力變向節2的支點和砝碼17支點的力臂比為1∶5，將砝碼放在砝碼盤17上，壓力變向節2對試樣產生壓力，壓力范圍為0～100KN。
當壓力裝置3是彈簧結構時，將加熱棒12、第1試樣13、薄片14、第2試樣15、冷卻棒9、定心鋼球16、壓力板21、壓力彈簧20、螺母19順序連接，第1試樣13置于加熱棒12的凹槽上，薄片14置于第1試樣13上，第2試樣15置于薄片14上，第2試樣15的上端面置于冷卻棒9的下端面凹槽里，定心鋼球16置于冷卻棒9的上端球形凹面上，壓力板21下端面的球形凹槽置于定心鋼球16上，壓力裝置3上端的螺母19與螺桿導軌22旋轉連接，螺母19與壓力彈簧20頂端連接，壓力彈簧20下端與壓力板21連接，螺母19繞螺桿導軌22旋轉下降使壓力彈簧20壓縮，壓力彈簧20對壓力板21產生壓力，壓力板21對試樣產生壓力，壓力范圍為0～100KN。
安裝好第1試樣13、薄片14、第2試樣15和插好熱電偶4后，在試樣周圍采用石棉保溫層10進行保溫與隔熱防止熱流損失，調整砝碼盤17上砝碼的重量或調整壓力彈簧20的壓縮量使其產生的壓力滿足實驗的壓力，確定熱電偶4和溫控儀表5的連線、工控機7和溫控儀表5的連線、和各溫控儀表5間的連線正確，打開各溫控儀表5的開關按鈕，進入工控機7中的接觸換熱系數測量采集系統，接觸換熱系數測量采集系統軟件里有數據初始化、采集界面、數據計算界面、數值模擬界面和模擬作圖界面，首先進入數據初始化窗口，對試樣的測量項目進行初始化，所謂初始化就是要確定測量的狀態、材料熱導率和保溫時間，測量狀態就是所要測量的內容，比如是要在恒溫狀態下測量不同壓力下的接觸換熱系數或是在恒壓狀態測量不同溫度下的接觸換熱系數又或者是兩者都變的狀態下測量接觸換熱系數，恒溫狀態就是指在加熱爐11溫度恒定，砝碼重量改變的狀態下，測量不同接觸面壓力下的接觸換熱系數，恒壓狀態就是指在砝碼重量不變的情況下使加熱爐11的溫度變化，來測量不同接觸面溫度下的接觸換熱系數，兩者都變化的狀態就是指在測量壓力改變和測量接觸面溫度也改變的情況下測量接觸換熱系數，輸入狀態值例如恒溫狀態加熱爐11溫度為400℃時，壓力10KN、20KN、30KN等，保溫時間都為100分鐘，然后輸入相應溫度下材料的熱導率、保溫時間，材料的熱導率可從手冊或其它資料上查到，保溫時間的確定是根據各熱電偶4的溫度變化幅度確定的，如果在保溫階段8根熱電偶4的溫度變化＜±1℃，那么可近似認為整個系統達到了穩定狀態，即一維導熱狀態，那么此時的溫控儀表5的運行時間就為保溫時間，單擊完成設置按鈕完成對測量的初始化，然后進入制訂工藝曲線的窗口，準備制訂加熱爐11的升溫曲線、保溫曲線和降溫曲線，即溫度-時間曲線，如從常溫升到300℃，升溫時間30分鐘，再在300℃保溫100分鐘，然后從300℃升到400℃，升溫時間20分鐘，400℃下保溫100分鐘，從而得到加熱爐11的爐溫從常溫升到400℃的升溫和保溫工藝曲線。工藝曲線中溫度的制定是根據所需測量的接觸面溫度而定，工藝曲線中升溫時間的確定是根據加熱爐11的特性來確定的，如果加熱爐11的升溫速度較快，升溫時間可以短些，反之升溫時間要長些，保溫時間是在數據初始化時確定的保溫時間，制定好工藝曲線后將工藝曲線通過串口通信6寫入溫控儀表5中，由溫控儀表5控制加熱爐11的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，以滿足測量的要求，然后，進入采集數據窗口，單擊運行按鈕讓與加熱爐熱電偶18相連的溫控儀表5開始執行程序，由此溫控儀表5控制加熱爐11溫度隨著工藝曲線的變化而變化，第1試樣13和第2試樣15間有薄片14，熱流從加熱棒12傳給第1試樣13，再由第1試樣13傳給薄片14，再由薄片14傳給第2試樣15，最后由第2試樣15傳給冷卻棒9，單擊采集按鈕對各溫控儀表5的溫度信號進行采集并自動顯示溫控儀表5上的溫度值，并自動通過畫圖程序在采集窗口中自動繪制各熱電偶4的溫度-時間曲線，單擊保存按鈕把采集過來的數據和畫出的曲線數據保存在工控機7中，溫控儀表5自動調整儀表的輸出功率給加熱爐11通電，溫控儀表5控制加熱爐11的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，加熱爐11對加熱棒12進行加熱，改變加熱爐11的溫度值可以測量不同接觸面溫度下的接觸換熱系數，改變壓力裝置3的砝碼重量或改變壓力彈簧20的壓縮量可以測量不同接觸面壓力下的接觸換熱系數，測量所需要的壓力是根據材料的強度極限和所要測量的接觸面壓力來確定的，壓力變向節2的支點和砝碼盤17支點力臂比為1∶5，如果想得到30KN壓力下第1試樣13和第2試樣15的接觸換熱系數，那么所加的砝碼盤17上砝碼的重量就需要6KN或使螺母20繞螺桿導軌22旋轉下降使壓力彈簧20壓縮，壓力彈簧20對壓力板21產生壓力，壓力板21對試樣產生壓力，壓力為30KN，測量采集完成后進入數據計算窗口，把保存下來的采集數據和數據初始化數據調用出來進行計算，計算方法如下首先根據試樣上熱電偶4的溫度值求出熱流，熱流計算公式為Q=s·λ·ΔT1ΔL,]]>其中Q是熱流，s是試樣截面積，λ是試樣的導熱系數，ΔL是試樣上相臨兩個熱電偶4的距離，ΔT1是其中一個試樣上相臨兩根熱電偶4ΔL上的溫差，因為試樣的截面積是已經確定的，導熱系數是在數據初始化時已經輸入，且ΔT1可通過熱電偶4測出來，因此熱流Q可以求出來；假如試樣上8根熱電偶4的溫度值分別為T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8，第1試樣13的4根熱電偶4溫度為T1、T2、T3、T4，第2試樣15的4根熱電偶4溫度為T5、T6、T7、T8，假如以第1試樣13上的4根熱電偶4上的溫度值T1、T2、T3、T4來求Q，那么ΔT1=dT1=(T1-T2)+(T2-T3)-(T3-T4)3,]]>假如以第2試樣15上的4根熱電偶4上的溫度值T5、T6、T7、T8來求Q，那么ΔT1=dT2=(T5-T6)+(T6-T7)-(T7-T8)3,]]>當兩根等截面圓柱固體試件在一定壓力下相互接觸并傳遞熱量時，如果試件的周圍絕熱，則熱流在試件中是沿著軸向傳遞的，熱流是一維的，因為在試樣周圍采用了保溫隔熱措施，所以整個系統可近視看成一維傳熱，然后根據接觸換熱系數計算公式hc=Qs·ΔT2,]]>其中hc是界面接觸換熱系數，Q是熱流，s是試樣截面積，ΔT2是接觸面上的溫差；因為整個系統可近似看成是一維導熱，因此ΔT2可用外延法求得，在實際測量中，試件接觸界面兩端的溫差ΔT2可通過外延法計算，所謂外延法就是在試樣上布置多根熱電偶4測出各點的溫度例如我們在每個試樣上布置4根熱電偶4，然后作T-X圖，T為溫度即是各熱電偶4的溫度，X為位移即為各熱電偶4在試樣上的位置，如以試樣的接觸面位置為起點，各試樣中各熱電偶4間的距離為10mm，離接觸面最近的第1根熱電偶4和接觸面的距離為3mm，僅次于它的第2根熱電偶4在試樣上的位置就為13mm，第3根熱電偶4在試樣上的位置就為23mm，第4根熱電偶4在試樣上的位置就為33mm，那么另一個試樣上的4根熱電偶4的位置就分別為-3mm、-13mm、-23mm、-33mm，如果忽略輻射和對流換熱的影響，各熱電偶4溫度在T-X圖上應該近似是一條直線，將直線延伸到接觸界面處即可分別推出左右兩試樣在接觸界面處的溫度CT1和CT2，它們間的差值即為溫差ΔT2，最后根據求出來的ΔT2和熱流Q代入上式得到接觸換熱系數hc，假如試樣上8根熱電偶4的溫度值分別為T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8，第1試樣13的熱電偶4溫度為T1、T2、T3、T4，第2試樣15熱電偶4溫度為T5、T6、T7、T8，
dT1=(T1-T2)+(T2-T3)-(T3-T4)3,dT2=(T5-T6)+(T6-T7)-(T7-T8)3,]]>那么第1試樣13的T-X圖的斜率為k1=dT1ΔL,]]>第2試樣15的T-X圖的斜率為k2=dT2ΔL,]]>如果第1試樣13和第2試樣15的材料相同那么k1≈k2，離接觸面最近的熱電偶4與接觸面的距離為d，d的取值范圍為2.9mm～3.1mm，那么CT1＝T4-k1×d，CT2＝T5+k2×d，那么ΔT2＝[(CT1-CT2)-n×d×k1/2-n×d×k2/2]/(n+1)，最后將上面求出來的熱流Q和用外延法求出來的ΔT2代入接觸換熱計算公式得到接觸換熱系數hc，然后進入模擬分析界面將計算出來的結果擬合出曲線來進行分析比較，所謂分析就是了解在相同壓力下，不同接觸面溫度時接觸換熱系數隨溫度的變化是怎樣變化，或者是在相同接觸面溫度下，不同接觸面壓力時接觸換熱系數隨壓力的變化是怎樣變化的，又或者是在加了中間介質和不加中間介質時接觸換熱系數的變化情況，又或者是不同接觸面壓力、不同接觸面溫度和中間介質又不同的情況下，接觸換熱系數的大小，又或者是在不同接觸面溫度，不同接觸面壓力和不同接觸面介質下各種材料間的接觸換熱系數。最后將分析結果保存，退出系統。
本發明的加熱爐11的溫度范圍是0～1400℃；壓力彈簧20壓力范圍是0～100KN；試樣尺寸為直徑φ10～φ25mm；高度40～100mm。
本發明所達到的有益效果是，沒有增加熱電偶4和儀表5的精度要求，因為精度增加一級，成本就要增加幾倍甚至幾十倍，而只是在測量方法上進行了改進就達到了提高測量精度的要求，所以設備的成本比較低；由于所采用的加熱設備是常用的電阻爐，所采用的壓力裝置3是杠桿結構或者彈簧結構，所以結構比較簡單而且在測量過程中壓力能長時間保持恒定；由于設備上有加熱爐11和壓力裝置3，因此能夠測量不同溫度下、不同壓力下和不同接觸面條件下的接觸換熱系數，測量方法靈活，測量狀態多樣。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進一步說明。
圖1是本發明的當壓力裝置為杠桿結構的系統結構示意圖。
圖2是本發明的當壓力裝置為彈簧結構的系統結構示意圖。
圖3是本發明的當壓力裝置為杠桿結構的爐膛和保溫層的局部剖視圖。
圖4是本發明的實驗試樣位置的局部放大圖。
圖5是本發明的數據采集和數據后處理的程序流程圖。
圖中，1.直線軸承、2.壓力變向節、3.壓力裝置，4.熱電偶，5.溫控儀表，6.串口通信，7.工控機，8.上支撐板、9.冷卻棒，10.保溫層，11.加熱爐，12.加熱棒，13.第1試樣，14.薄片，15.第2試樣，16.定心鋼球，17.砝碼盤，18.加熱爐熱電偶，19.螺母，20.壓力彈簧，21.壓力板，22.螺桿導軌。
具體實施例方式
第1試樣13的材料為7050擠壓鋁合金，第2試樣15的材料為5CrMnMo模具鋼，試樣的直徑為Φ20，長度為50mm，測量在接觸面壓力為1740N不變的情況下，加熱爐11溫度為300℃、400℃、500℃、600℃時的接觸換熱系數，在第1試樣13和第2試樣15的接觸面間加入與它們各自相同材料的薄片14，薄片14的疊加是交替疊加的，薄片14的表面狀態和試樣的表面狀態相同，相同表面狀態包括相同表面粗糙度、相同中間介質等，在此將試樣和薄片14表面通過砂紙打磨，噴砂處理使試樣和薄片14具有相同的表面粗糙度，薄片14數量為6片，加入薄片14的目的是為了增加第1試樣13與第2試樣15的接觸面個數，每個接觸面形成串聯形式，類似電阻的串聯，因為每個接觸面都會產生溫差，所以就增大了第1試樣13與第2試樣15接觸面之間的溫差，從而使熱電偶4的測量誤差相對減小，薄片14數量視接觸面的接觸溫差的大小而定，因為熱電偶4的誤差為±1.5℃，那么熱電偶4的誤差影響就相當大，所以我們采用增加接觸面的個數，增大接觸面溫差的方法，從而減少了熱電偶4的誤差影響，如果接觸面溫差較大，所需薄片14數可適當減少，如果接觸面溫差較小，所需薄片14數應適當增加，加熱棒12置于上下通孔的加熱爐11中，加熱棒12的凹槽的上端面與加熱爐11的上表面相平，加熱爐11上電爐絲的正負線和溫控儀表5的負載輸出端的正負線相連。
壓力裝置3是杠桿結構，將加熱棒12、第1試樣13、薄片14、第2試樣15、冷卻棒9、定心鋼球16、壓力變向節2順序連接，冷卻棒9穿過上支撐板8的直線軸承1與定心鋼球16連接，第1試樣13置于加熱棒12的凹槽上，薄片14交替疊加在第1試樣13上，第2試樣15置于薄片14上，第2試樣15的上端面置于冷卻棒9的下端面凹槽里，定心鋼球16置于冷卻棒9的上端球形凹面上，壓力變向節2下端面的球形凹槽置于定心鋼球16上，壓力變向節2與壓力裝置3連接。壓力變向節2的支點和砝碼盤17支點的力臂比為1∶5，因為要測量的是在接觸面壓力為1740N情況下的接觸換熱系數，所以將重348N的砝碼放在砝碼盤17上，壓力變向節2對試樣產生壓力，插好熱電偶4后，在試樣周圍纏上石棉布以防止輻射對流，然后將石棉保溫層10扣在試樣周圍，第1試樣13和第2試樣15的直徑為φ20mm，高度為50mm，薄片14的直徑為試樣的直徑，薄片14數量為n，厚度為0.5mm，加熱棒12凹槽深3mm，冷卻棒9凹槽深3mm，8根熱電偶4在試樣上的固定方式為在每個試樣的外側圓柱面上用電火花打四個孔，孔的深度為試樣直徑的一半，孔間距都為10mm，孔的直徑為φ1.2mm，第1試樣13和第2試樣15中靠近接觸面的孔與接觸面的距離為3mm，將8根熱電偶4分別置于第1試樣13的四個孔中和第2試樣15的四個孔中進行測溫，8根熱電偶4的直徑為φ1.0mm，加熱爐熱電偶18的測溫端直接插入加熱爐11爐膛的中間進行測溫，將試樣上8根熱電偶4上的正負兩根線分別和八塊溫控儀表5中的輸入端的正負極相連，將加熱爐熱電偶18上的正負兩根線和溫控儀表5中的輸入端的正負極相連，然后將各溫控儀表5的輸出端的正負兩根線并聯起來連接在RS232轉換器上的正負接口上，再將RS232轉換器和工控機7上的串口相連。
調整砝碼盤17上砝碼的重量為348N使其產生的壓力滿足實驗的1740N壓力值，確定熱電偶4和溫控儀表5的連線、工控機7和溫控儀表5的連線、和各溫控儀表5間的連線正確，打開各溫控儀表5的開關按鈕，進入工控機7中的接觸換熱系數測量采集系統，接觸換熱系數測量采集系統軟件里有數據初始化、采集界面、數據計算界面、數值模擬界面和模擬作圖界面，首先進入數據初始化窗口，對7050擠壓鋁合金和5CrMnMo模具鋼的測量項目進行初始化，所謂初始化就是要確定測量的狀態、材料熱導率和保溫時間，測量狀態就是所要測量的內容，比如是要在恒溫狀態下測量不同壓力下的接觸換熱系數或是在恒壓狀態測量不同溫度下的接觸換熱系數又或者是兩者都變的狀態下測量接觸換熱系數，恒溫狀態就是指在加熱爐11溫度恒定，砝碼重量改變的狀態下，測量不同接觸面壓力下的接觸換熱系數，恒壓狀態就是指在砝碼重量不變的情況下使加熱爐11的溫度變化，來測量不同接觸面溫度下的接觸換熱系數，兩者都變化的狀態就是指在測量壓力改變和測量接觸面溫度也改變的情況下測量接觸換熱系數，在此測量恒壓狀態下的接觸換熱系數，輸入狀態值接觸面壓力為1740N，加熱爐11溫度為300℃、400℃、500℃、600℃，時，300℃的保溫時間為130分鐘，其余溫度的保溫時間為100分鐘，然后輸入7050擠壓鋁合金和5CrMnMo模具鋼在相應溫度下的熱導率和保溫時間，材料的熱導率可從手冊或其它資料上查到，保溫時間的確定是根據各熱電偶4的溫度變化幅度確定的，7050擠壓鋁合金在300℃、400℃、500℃、600℃溫度下的熱導率約為176.5w·m-1·K-1、178.7w·m-1·K-1、180w·m-1·K-1、181.3w·m-1·K-1，5CrMnMo模具鋼在300℃、400℃、500℃、600℃溫度下的熱導率約為53.3w·m-1·K-1、48.7w·m-1·K-1、47w·m-1·K-1、43.2w·m-1·K-1，在300℃溫度下的保溫時間為130分鐘，在400℃、500℃、600℃溫度下的保溫時間都為100分鐘，保溫時間的確定方法是如果在保溫階段8根熱電偶4的溫度變化＜±1℃，那么可近似認為整個系統達到了穩定狀態，即一維導熱狀態，那么此時的溫控儀表5的運行時間就為保溫時間，單擊完成設置按鈕完成對測量的初始化，然后進入制訂工藝曲線的窗口，準備制訂加熱爐11的升溫曲線、保溫曲線和降溫曲線，即溫度-時間曲線，依次輸入從常溫20℃升到300℃，升溫時間30分鐘，在300℃保溫130分鐘，從300℃升到400℃，升溫時間20分鐘，400℃下保溫100分鐘，從400℃升到500℃，升溫時間20分鐘，500℃下保溫100分鐘，從500℃升到600℃，升溫時間20分鐘，600℃下保溫100分鐘，從而得到加熱爐11的爐溫從常溫升到600℃的升溫和保溫工藝曲線。工藝曲線中溫度的制定是根據所需測量的接觸面溫度而定，工藝曲線中升溫時間的確定是根據加熱爐11的特性來確定的，如果加熱爐11的升溫速度較快，升溫時間可以短些，反之升溫時間要長些，保溫時間是在數據初始化時確定的保溫時間，制定好工藝曲線后將工藝曲線通過串口通信6寫入溫控儀表5中，由溫控儀表5控制加熱爐11的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，以滿足測量的要求，然后，進入采集數據窗口，單擊運行按鈕讓與加熱爐熱電偶18相連的溫控儀表5開始執行程序，由此溫控儀表5控制加熱爐11溫度隨著工藝曲線的變化而變化，單擊采集按鈕對各溫控儀表5的溫度信號進行采集并自動顯示溫控儀表5上的溫度值，并自動通過畫圖程序在采集窗口中自動繪制各熱電偶4的溫度-時間曲線，單擊保存按鈕把采集過來的數據保存在工控機7中，溫控儀表5自動調整儀表的輸出功率給加熱爐11通電，溫控儀表5控制加熱爐11的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，加熱爐11對加熱棒12進行加熱，熱流從加熱棒12傳給第1試樣13，再由第1試樣13傳給薄片14，再由薄片14傳給第2試樣15，最后由第2試樣15傳給冷卻棒9，在試樣周圍采用石棉保溫層10進行保溫與隔熱防止熱流損失，測量采集完成后進入數據計算窗口，把保存下來的采集數據和數據初始化數據經過程序自動調用出來進行計算，計算方法如下首先根據試樣上熱電偶4的溫度值求出熱流，熱流計算公式為Q=s·λ·ΔT1ΔL,]]>其中Q是熱流，s是試樣截面積，因為第1試樣13的材料7050擠壓鋁合金和第2試樣15的材料5CrMnMo模具鋼的直徑都為φ20mm所以s＝π·r2≈3.14159·102＝314.16mm2，λ是試樣的導熱系數，已從數據初始化時輸入，ΔL是試樣上相臨兩個熱電偶4的距離已知ΔL＝10mm，ΔT1是其中一個試樣上相臨兩根熱電偶4ΔL上的溫差，因為試樣的截面積是已經確定的，導熱系數是在數據初始化時已經輸入，且ΔT1可通過熱電偶4測出來，因此熱流Q可以求出來；測得試樣上8根熱電偶4在加熱爐11溫度為300℃時的溫度值分別為166.70℃、164.50℃、162.21℃、160.13℃、149.65℃、141.11℃、132.71℃、124.07℃，第1試樣13即7050擠壓鋁合金的4根熱電偶4溫度為166.70℃、164.50℃、162.21℃、160.13℃，第2試樣15即5CrMnMo模具鋼4根熱電偶4溫度為149.65℃、141.11℃、132.71℃、124.07℃，因為第2試樣15上熱電偶4的溫差比第1試樣13熱電偶4的溫差大，考慮熱電偶4本身的誤差問題，為了減少熱電偶4誤差的影響，以第2試樣15上的4根熱電偶4T5、T6、T7、T8來求Q，那么ΔT1=dT2=(T5-T6)+(T6-T7)-(T7-T8)3=8.53K,]]>因為5CrMnMo模具鋼在溫度為140℃時的熱導率約為53.3w·m-1·K-1，那么Q=s·λ·ΔT1ΔL=314.16×53.3×8.53×10-610·10-3=14283.25·10-3w,]]>當兩根等截面圓柱固體試件在一定壓力下相互接觸并傳遞熱量時，如果試件的周圍絕熱，則熱流在試件中是沿著軸向傳遞的，熱流是一維的，因為已在試樣周圍采用了保溫隔熱措施，所以整個系統可近視看成一維傳熱，然后根據接觸換熱系數計算公式hc=Qs·ΔT2,]]>其中hc是界面接觸換熱系數，Q是熱流，s是試樣截面積，ΔT2是接觸面上的溫差；因為整個系統可近似看成是一維導熱，因此ΔT2可用外延法求得，在實際測量中，試件接觸界面兩端的溫差ΔT2可通過外延法計算，所謂外延法就是在試樣上布置多根熱電偶4測出各點的溫度例如我們在每個試樣上布置4根熱電偶4，然后作T-X圖，T為溫度即是各熱電偶4的溫度，X為位移即為各熱電偶4在試樣上的位置，如以試樣的接觸面位置為起點，各試樣中各熱電偶4間的距離為10mm，離接觸面最近的第1根熱電偶4和接觸面的距離為3mm，僅次于它的第2根熱電偶4在試樣上的位置就為13mm，第3根熱電偶4在試樣上的位置就為23mm，第4根熱電偶4在試樣上的位置就為33mm，那么另一個試樣上的4根熱電偶4的位置就分別為-3mm、-13mm、-23mm、-33mm，如果忽略輻射和對流換熱的影響，各熱電偶4溫度在T-X圖上應該近似是一條直線，將直線延伸到接觸界面處即可分別推出左右兩試樣在接觸界面處的溫度CT1和CT2，它們間的差值即為溫差ΔT2，最后根據求出來的ΔT2和熱流Q代入上式得到接觸換熱系數hc，因為試樣上8根熱電偶4在加熱爐11溫度為300℃時的溫度值分別為166.70℃、164.50℃、162.21℃、160.13℃、149.65℃、141.11℃、132.71℃、124.07℃，第1試樣13即7050擠壓鋁合金的熱電偶4溫度為166.70℃、164.50℃、162.21℃、160.13℃，第2試樣15即5CrMnMo模具鋼熱電偶4溫度為149.65℃、141.11℃、132.71℃、124.07℃，dT1=(T1-T2)+(T2-T3)-(T3-T4)3=2.19K,]]>dT2=(T5-T6)+(T6-T7)-(T7-T8)3=8.53K,]]>那么第1試樣13的T-X圖的斜率為k1=dT1ΔL=0.219k·mm-1,]]>第2試樣15的T-X圖的斜率為k2=dT2ΔL=0.853k·mm-1,]]>離接觸面最近的熱電偶4與接觸面的距離為d，d的值為3mm，那么CT1＝T4-k1×d＝159.47K，CT2＝T5+k2×d＝152.21K，因為第1試樣13和第2試樣15的接觸面之間有6片薄片14，薄片14的厚度為h，h＝0.5mm，那么ΔT2＝[(CT1-CT2)-n×h×k1/2-n×h×k2/2]/(n+1)＝0.81K，最后將上面求出來的熱流Q和用外延法求出來的ΔT2代入接觸換熱計算公式得到接觸換熱系數hc=Qs·ΔT2=14283.25×10-3314.16×10-6×0.81=56.13kw·m-2·k-1,]]>然后進入模擬分析界面將計算出來的結果擬合出曲線來進行分析比較，了解在相同壓力下，不同接觸面溫度時接觸換熱系數隨溫度的變化是怎樣變化，最后將分析結果保存，退出系統。
測量的材料為7050擠壓鋁合金和5CrMnMo模具鋼，7050擠壓鋁合金為第1試樣13，5CrMnMo模具鋼為第2試樣15，在第1試樣13和第2試樣15的接觸面涂上玻璃油基潤滑油時，它們的接觸換熱計算過程如下，試樣的直徑為Φ20，長度為50mm，壓力裝置3是杠桿結構，將加熱棒12、第1試樣13、第2試樣15、冷卻棒9、定心鋼球16、壓力變向節2順序連接，冷卻棒9穿過上支撐板8的直線軸承1與定心鋼球16連接，第1試樣13置于加熱棒12的凹槽上，第2試樣15置于第1試樣13上，第2試樣15的上端面置于冷卻棒9的下端面凹槽里，定心鋼球16置于冷卻棒9的上端球形凹面上，壓力變向節2下端面的球形凹槽置于定心鋼球16上，壓力變向節2與壓力裝置3連接。壓力變向節2的支點和砝碼盤17支點的力臂比為1∶5，壓力變向節2對試樣產生壓力，插好熱電偶4后，在試樣周圍纏上石棉布以防止輻射對流，再在外面加上石棉保溫層10進行保溫，確定熱電偶4和溫控儀表5的連線、工控機7和溫控儀表5的連線、和各溫控儀表5間的連線正確，調整砝碼盤17上砝碼的重量，打開各溫控儀表5的開關按鈕，進入工控機7中的接觸換熱系數測量采集系統，首先進入數據初始化窗口，對7050擠壓鋁合金和5CrMnMo模具鋼的測量項目進行初始化，首先輸入測量狀態，當爐溫恒為680℃時，測量壓力為10KN、20KN、30KN，保溫時間都為130分鐘，然后輸入材料熱導率、保溫時間后，450℃時7050擠壓鋁合金的熱導率約為170.6w·m-1·K-1，370℃5CrMnMo模具鋼的熱導率約為42.5w·m-1·K-1，保溫時間分別為130、130、130，然后進入制定工藝曲線的窗口，制訂好加熱爐11的升溫曲線、保溫曲線和降溫曲線，即溫度-時間曲線，首先輸入從常溫20℃升到680℃，升溫時間50分鐘，再在680℃下保溫500分鐘，得到加熱爐11的升溫和保溫工藝曲線，制定好工藝曲線后通過串口通信6將工藝曲線寫入溫控儀表5中，由溫控儀表5控制加熱爐11的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，溫控儀表5自動調整儀表的輸出功率給加熱爐11通電，由溫控儀表5控制改變加熱爐11的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，進入采集數據窗口，單擊采集按鈕采集各溫控儀表5的溫度信號進行采集并自動顯示各熱電偶4上的溫度值，在采集窗口中自動繪制各熱電偶4的溫度時間曲線，把采集過來的數據保存在工控機7中，采集完成后進入數據計算窗口，把保存下來的采集數據和數據初始化數據調用出來進行計算，計算方法如下首先根據試樣上熱電偶4的溫度值求出熱流，測出7050擠壓鋁合金和5CrMnMo模具鋼在680℃爐溫下，接觸面壓力為10KN，接觸面涂上玻璃潤滑劑，保溫130分鐘的情況下的8根熱電偶4的溫度分別為471.0℃、465.2℃、459.6℃、453.8℃、400.7℃、378.7℃、356.6℃、334.3℃，根據熱流計算公式Q=s·λ·ΔT1ΔL,]]>其中Q是熱流，s是試樣截面積，λ是試樣的導熱系數，ΔL是每個試樣上相臨兩個熱電偶4的距離，ΔT1是每個試樣上相臨兩根熱電偶4ΔL上的溫差，s＝π·202/4≈314.16mm2，5CrMnMo模具鋼在370℃下的導熱系數約為42.5w·m-1·K-1，因為第2試樣15上熱電偶4的溫差比第1試樣13上熱電偶4的溫差大，考慮熱電偶4本身的誤差問題，為了減少熱電偶4誤差的影響，以第2試樣15上的4根熱電偶4上的溫度值T5、T6、T7、T8來求Q，那么ΔT1=(400.7-378.7)+(378.7-356.6)+(356.6-334.3)3≈22.1K,]]>ΔL為10mm，Q=314.16·42.5·22.1·10-610·10-3=29507.48·10-3w,]]>根據接觸換熱系數的公式hc=Qs·ΔT2,]]>其中hc是界面接觸換熱系數，Q是熱流，s是試樣截面積，s＝π·202/4≈314.16mm2，ΔT2是接觸面上的溫差；ΔT1=dT1=(T1-T2)+(T2-T3)-(T3-T4)3=5.7K,]]>ΔT1=dT2=(T5-T6)+(T6-T7)-(T7-T8)3=22.1K,]]>那么第1試樣13的T-X圖的斜率為k1=dT1ΔL=0.57k·mm-1,]]>第2試樣15的T-X圖的斜率為k2=dT2ΔL=2.21k·mm-1,]]>離接觸面最近的熱電偶4與接觸面的距離為d，d的值為3mm，那么CT1＝T4-k1×d＝452.09K，CT2＝T5+k2×d＝407.33K，ΔT2＝CT1-CT2＝44.76K，根據求出來的ΔT2和熱流Q代入上式得到接觸換熱系數hc=29507.48·10-3314.16·10-6·44.76≈2.1kw·m-2·k-1,]]>然后進入模擬分析界面將計算出來的結果擬合出曲線來進行分析比較，了解在相同接觸面溫度下，不同接觸面壓力時接觸換熱系數隨壓力的變化是怎樣變化的，最后將分析結果保存，退出系統。
權利要求
1.一種測量固體界面接觸換熱系數裝置，其特征在于，將加熱棒(12)、第1試樣(13)、第2試樣(15)、冷卻棒(9)、定心鋼球(16)、壓力裝置(3)順序連接，加熱棒(12)置于上下通孔的加熱爐(11)中，加熱棒(12)的凹槽的上端面與加熱爐(11)的上表面相平，加熱爐(11)上電爐絲的正負線和溫控儀表(5)的負載輸出端的正負線相連，加熱爐(11)的溫度范圍為0～1400℃，冷卻棒(9)穿過與上支撐板(8)連接的直線軸承(1)，第1試樣(13)置于加熱棒(12)的凹槽上，第2試樣(15)置于第1試樣(13)上，第2試樣(15)的上端面置于冷卻棒(9)的下端面凹槽里，定心鋼球(16)置于冷卻棒(9)的上端球形凹面上，壓力變向節(2)下端面的球形凹槽置于定心鋼球(16)，第1試樣(13)和第2試樣(15)的直徑為φ10mm～φ25mm，高度為40～100mm，試樣材料范圍為所有的金屬固體材料，加熱棒(12)凹槽深2.8mm～3.2mm，冷卻棒(9)凹槽深2.8mm～3.2mm，將8根熱電偶(4)分別置于第1試樣(13)的四個孔中和第2試樣(15)的四個孔中，孔的深度為試樣直徑的一半，熱電偶(4)的直徑為φ1.0±0.003mm，第1試樣(13)和第2試樣(15)中靠近接觸面的孔與接觸面的距離為2.9mm～3.1mm，每個試樣上的孔間距都為9.5mm～10.5mm，孔的直徑為φ1.0mm～φ1.2mm，石棉保溫層(10)扣在試樣周圍，將試樣上8根熱電偶(4)上的正負兩根線分別和八塊溫控儀表(5)中的輸入端的正負極相連，將加熱爐熱電偶(18)上的正負兩根線和溫控儀表(5)中的輸入端的正負極相連，然后將各溫控儀表(5)的輸出端的正負兩根線并聯起來連接在RS232轉換器上的正負接口上，再將RS232轉換器和工控機(7)上的串口相連。
2.根據權利要求1所述的一種測量固體界面接觸換熱系數的裝置，其特征在于，壓力裝置(3)為杠桿結構，其中，壓力變向節(2)下端面的球形凹槽置于定心鋼球(16)上，壓力變向節(2)的支點和壓力裝置(3)的砝碼盤(17)支點的力臂比為1∶5。
3.根據權利要求1所述的一種測量固體界面接觸換熱系數的裝置，其特征在于，壓力裝置(3)為彈簧結構，其中，壓力裝置(3)上端的螺母(19)與螺桿導軌(22)旋轉連接，螺母(19)與壓力彈簧(20)頂端連接，壓力彈簧(20)下端與壓力板(21)連接，壓力板(21)下端的球形凹槽置于定心鋼球(16)上。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種測量固體界面接觸換熱系數裝置，其特征在于，第1試樣(13)和第2試樣(15)之間設置有薄片(14)，薄片(14)材料為所有金屬固體材料，薄片(14)疊加在第1試樣(13)的上面，第2試樣(15)置于疊加的薄片(14)上，薄片(14)的直徑為試樣的直徑，厚度為0.48-0.52mm。
5.根據權利要求4所述的一種測量固體界面接觸換熱系數裝置，其特征在于，兩種不同材料的薄片(14)的疊加是交替疊加的。
6.根據權利要求4所述的一種測量固體界面接觸換熱系數裝置，其特征在于，材料相同的薄片(14)的疊加是直接累加的。
7.使用權利要求1中所述的一種測量固體界面接觸換熱系數裝置進行測量固體界面接觸換熱系數的方法，其特征在于，熱流從加熱棒(12)傳給第1試樣(13)，再由第1試樣(13)傳給第2試樣(15)，再由第2試樣(15)傳給冷卻棒(9)，順序連接好加熱棒(12)、第1試樣(13)、第2試樣(15)、冷卻棒(9)、定心鋼球(16)、壓力裝置(3)后，壓力裝置(3)對試樣產生壓力，插好熱電偶(4)，在試樣周圍纏上石棉布以防止輻射對流，再在外面加上石棉保溫層(10)進行保溫，試樣材料為所有金屬固體材料，進入工控機(7)中的接觸換熱系數測量采集系統，首先進入數據初始化窗口，對試樣的測量項目進行初始化，然后輸入相應溫度下材料的熱導率、保溫時間，然后進入制訂工藝曲線的窗口，制訂加熱爐(11)的升溫曲線、保溫曲線和降溫曲線，即溫度—時間曲線，將工藝曲線通過串口通信(6)寫入溫控儀表(5)由溫控儀表(5)控制加熱爐(11)的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，然后，進入采集數據窗口，單擊運行按鈕讓與加熱爐熱電偶(18)相連的溫控儀表(5)開始執行程序，單擊采集按鈕對各溫控儀表(5)的溫度信號進行采集并自動顯示溫控儀表(5)上的溫度值，并自動通過畫圖程序在采集窗口中自動繪制各熱電偶(4)的溫度—時間曲線，單擊保存按鈕把采集過來的數據和畫出的曲線數據保存在工控機(7)中，溫控儀表(5)自動調整儀表的輸出功率給加熱爐(11)通電，溫控儀表(5)控制加熱爐(11)的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，加熱爐(11)對加熱棒(12)進行加熱，熱流從加熱棒(12)傳給第1試樣(13)，再由第1試樣(13)傳給第2試樣(15)，最后由第2試樣(15)傳給冷卻棒(9)，在試樣周圍采用石棉保溫層(10)進行保溫與隔熱防止熱流損失，測量采集完成后進入數據計算窗口，把保存下來的采集數據和數據初始化數據調用出來進行計算，計算方法如下首先根據試樣上熱電偶(4)的溫度值求出熱流，熱流計算公式為Q=s·λ·ΔT1ΔL,]]>其中Q是熱流，s是試樣截面積，λ是試樣的導熱系數，ΔL是試樣上相臨兩個熱電偶(4)的距離，ΔT1是其中一個試樣上相臨兩根熱電偶(4)ΔL上的溫差，ΔT1通過測出來熱電偶(4)上的溫度值計算出來，當試樣上8根熱電偶(4)的溫度值分別為T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8，ΔT1的值即可從第1試樣(13)上的4根熱電偶(4)求出也可從第2試樣(15)上的4根熱電偶(4)求出，取第1試樣(13)上的4根熱電偶(4)上的溫度值T1、T2、T3、T4來求Q，那么ΔT1=dT1=(T1-T2)+(T2-T3)-(T3-T4)3,]]>取第2試樣(15)上的4根熱電偶(4)上的溫度值T5、T6、T7、T8來求Q，那么ΔT1=dT2=(T5-T6)+(T6-T7)-(T7-T8)3,]]>然后根據接觸換熱系數計算公式hc=Qs·ΔT2,]]>其中hc是界面接觸換熱系數，Q是熱流，s是試樣截面積，ΔT2是接觸面上的溫差，ΔT2可用外延法求得，兩試樣在接觸界面處的溫度分別為CT1和CT2，它們間的差值即為溫差ΔT2，CT1=T4-dT1ΔL×d,]]>CT2=T5+dT2ΔL×d,]]>d為離接觸面最近的熱電偶(4)與接觸面的距離，ΔT2＝CT1-CT2，將ΔT2、Q代入接觸換熱系數計算公式求出hc，最后將計算結果保存，退出系統。
8.根據權利要求7所述的一種測量固體界面接觸換熱系數的方法，其特征在于，第1試樣(13)與第2試樣(15)的接觸面之間加入與各自試樣材料相同的薄片(14)，薄片(14)的表面狀態和試樣的表面狀態相同，試樣材料為所有金屬固體材料，順序連接好加熱棒(12)、第1試樣(13)、薄片(14)、第2試樣(15)、冷卻棒(9)、定心鋼球(16)、壓力裝置(3)后，插好熱電偶(4)，在試樣周圍纏上石棉布以防止輻射對流，再在外面加上石棉保溫層(10)進行保溫，進入工控機(7)中的接觸換熱系數測量采集系統，首先進入數據初始化窗口，對試樣的測量項目進行初始化，然后輸入相應溫度下材料的熱導率、保溫時間，然后進入制訂工藝曲線的窗口，制訂加熱爐(11)的升溫曲線、保溫曲線和降溫曲線，即溫度—時間曲線，將工藝曲線通過串口通信(6)寫入溫控儀表(5)由溫控儀表(5)控制加熱爐(11)的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，然后，進入采集數據窗口，單擊運行按鈕讓與加熱爐熱電偶(18)相連的溫控儀表(5)開始執行程序，單擊采集按鈕對各溫控儀表(5)的溫度信號進行采集并自動顯示溫控儀表(5)上的溫度值，并自動通過畫圖程序在采集窗口中自動繪制各熱電偶(4)的溫度—時間曲線，單擊保存按鈕把采集過來的數據和畫出的曲線數據保存在工控機(7)中，溫控儀表(5)自動調整儀表的輸出功率給加熱爐(11)通電，溫控儀表(5)控制加熱爐(11)的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，加熱爐(11)對加熱棒(12)進行加熱，熱流從加熱棒(12)傳給第1試樣(13)，再由第1試樣(13)傳給薄片(14)，再由薄片(14)傳給第2試樣(15)，再由第2試樣(15)傳給冷卻棒(9)，試樣和薄片(14)的材料范圍為所有的金屬固體材料，總的薄片(14)數量為偶數個，數量范圍為2～20個，當薄片(14)數為n個時，接觸換熱系數的計算方法為當試樣上8根熱電偶(4)的溫度值分別為T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8，首先根據試樣上熱電偶(4)的溫度值求出熱流，熱流計算公式為Q=s·λ·ΔT1ΔL,]]>其中Q是熱流，s是試樣截面積，λ是試樣的導熱系數，ΔL是試樣上相臨兩個熱電偶(4)的距離，ΔT1是其中一個試樣上相臨兩根熱電偶(4)ΔL上的溫差，ΔT1通過測出來熱電偶(4)上的溫度值計算出來，ΔT1的值即可從第1試樣(13)上的4根熱電偶(4)求出也可從第2試樣(15)上的4根熱電偶(4)求出，取第1試樣(13)上的4根熱電偶(4)上的溫度值T1、T2、T3、T4來求Q，那么ΔT1=dT1=(T1-T2)+(T2-T3)-(T3-T4)3,]]>取第2試樣(15)上的4根熱電偶(4)上的溫度值T5、T6、T7、T8來求Q，那么ΔT1=dT2=(T5-T6)+(T6-T7)-(T7-T8)3,]]>然后根據接觸換熱系數計算公式hc=Qs·ΔT2,]]>其中hc是界面接觸換熱系數，Q是熱流，s是試樣截面積，ΔT2是接觸面上的溫差，ΔT2可用外延法求得，兩試樣在接觸界面處的溫度分別為CT1和CT2，它們間的差值即為溫差ΔT2，CT1=T4-dT1ΔL×d,]]>CT2=T5+dT2ΔL×d,]]>d為離接觸面最近的熱電偶(4)與接觸面的距離，ΔT2＝[(CT1-CT2)-n×d×dT1/(2×ΔL)-n×d×dT2/(2×ΔL)]/(n+1)，將求出來的熱流Q和用外延法求出來的ΔT2代入接觸換熱計算公式得到接觸換熱系數hc，最后將計算結果保存，退出系統。
9.根據權利要求7所述的一種測量固體界面接觸換熱系數的方法，其特征在于，在第1試樣(13)和第2試樣(15)的接觸面上加中間介質，試樣的材料范圍為所有的金屬固體材料，接觸面加入中間介質計算接觸換熱系數的方法為熱流從加熱棒(12)傳給第1試樣(13)，再由第1試樣(13)傳給第2試樣(15)，再由第2試樣(15)傳給冷卻棒(9)，順序連接好加熱棒(12)、第1試樣(13)、第2試樣(15)、冷卻棒(9)、定心鋼球(16)、壓力裝置(3)后，壓力裝置(3)對試樣產生壓力，插好熱電偶(4)，在試樣周圍纏上石棉布以防止輻射對流，再在外面加上石棉保溫層(10)進行保溫，進入工控機(7)中的接觸換熱系數測量采集系統，首先進入數據初始化窗口，對試樣的測量項目進行初始化，然后輸入相應溫度下材料的熱導率、保溫時間，然后進入制訂工藝曲線的窗口，制訂加熱爐(11)的升溫曲線、保溫曲線和降溫曲線，即溫度—時間曲線，將工藝曲線通過串口通信(6)寫入溫控儀表(5)由溫控儀表(5)控制加熱爐(11)的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，然后，進入采集數據窗口，單擊運行按鈕讓與加熱爐熱電偶(18)相連的溫控儀表(5)開始執行程序，單擊采集按鈕對各溫控儀表(5)的溫度信號進行采集并自動顯示溫控儀表(5)上的溫度值，并自動通過畫圖程序在采集窗口中自動繪制各熱電偶(4)的溫度—時間曲線，單擊保存按鈕把采集過來的數據和畫出的曲線數據保存在工控機(7)中，溫控儀表(5)自動調整儀表的輸出功率給加熱爐(11)通電，溫控儀表(5)控制加熱爐(11)的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，加熱爐(11)對加熱棒(12)進行加熱，熱流從加熱棒(12)傳給第1試樣(13)，再由第1試樣(13)傳給第2試樣(15)，最后由第2試樣(15)傳給冷卻棒(9)，在試樣周圍采用石棉保溫層(10)進行保溫與隔熱防止熱流損失，測量采集完成后進入數據計算窗口，把保存下來的采集數據和數據初始化數據調用出來進行計算，計算方法如下首先根據試樣上熱電偶(4)的溫度值求出熱流，熱流計算公式為Q=s·λ·ΔT1ΔL,]]>其中Q是熱流，s是試樣截面積，λ是試樣的導熱系數，ΔL是試樣上相臨兩個熱電偶(4)的距離，ΔT1是其中一個試樣上相臨兩根熱電偶(4)ΔL上的溫差，ΔT1通過測出來熱電偶(4)上的溫度值計算出來，當試樣上8根熱電偶(4)的溫度值分別為T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8，ΔT1的值即可從第1試樣(13)上的4根熱電偶(4)求出也可從第2試樣(15)上的4根熱電偶(4)求出，取第1試樣(13)上的4根熱電偶(4)上的溫度值T1、T2、T3、T4來求Q，那么ΔT1=dT1=(T1-T2)+(T2-T3)-(T3-T4)3,]]>取第2試樣(15)上的4根熱電偶(4)上的溫度值T5、T6、T7、T8來求Q，那么ΔT1=dT2=(T5-T6)+(T6-T7)-(T7-T8)3,]]>然后將ΔT1和所選試樣的導熱系數代入熱流計算公式求出Q，根據接觸換熱系數計算公式hc=Qs·ΔT2,]]>其中hc是界面接觸換熱系數，Q是熱流，s是試樣截面積，ΔT2是接觸面上的溫差，ΔT2可用外延法求得，兩試樣在接觸界面處的溫度分別為CT1和CT2，它們間的差值即為溫差ΔT2，CT1=T4-dT1ΔL×d,]]>CT2=T5+dT2ΔL×d,]]>d為離接觸面最近的熱電偶(4)與接觸面的距離，ΔT2＝CT1-CT2，將ΔT2、Q代入接觸換熱系數計算公式求出hc，最后將計算結果保存，退出系統。
10.根據權利要求8所述的一種測量固體界面接觸換熱系數的方法，其特征在于，在第1試樣(13)和第2試樣(15)的接觸面上加中間介質，在第1試樣(13)與第2試樣(15)的接觸面之間加入各自相同材料的薄片(14)，各薄片(14)的接觸面之間也加上相同的中間介質，試樣和薄片(14)的材料范圍為所有的金屬固體材料，試樣和薄片(14)的材料范圍為所有的金屬固體材料，總的薄片(14)數量為偶數，數量范圍為2～20個，在薄片(14)上加入中間介質計算接觸換熱系數的方法為薄片(14)的表面狀態和試樣的表面狀態相同，順序連接好加熱棒(12)、第1試樣(13)、薄片(14)、第2試樣(15)、冷卻棒(9)、定心鋼球(16)、壓力裝置(3)，插好熱電偶(4)，在試樣周圍纏上石棉布以防止輻射對流，再在外面加上石棉保溫層(10)進行保溫，熱流從加熱棒(12)傳給第1試樣(13)，再由第1試樣(13)傳給薄片(14)，再由薄片(14)傳給第2試樣(15)，再由第2試樣(15)傳給冷卻棒(9)，當薄片(14)數為n個時，接觸換熱系數的計算方法為當試樣上8根熱電偶(4)的溫度值分別為T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8，首先根據試樣上熱電偶(4)的溫度值求出熱流，熱流計算公式為Q=s·λ·ΔT1ΔL,]]>其中Q是熱流，s是試樣截面積，λ是試樣的導熱系數，ΔL是試樣上相臨兩個熱電偶(4)的距離，ΔT1是其中一個試樣上相臨兩根熱電偶(4)ΔL上的溫差，ΔT1通過測出來熱電偶(4)上的溫度值計算出來，取第1試樣(13)上的4根熱電偶(4)上的溫度值T1、T2、T3、T4來求Q，那么ΔT1=dT1=(T1-T2)+(T2-T3)-(T3-T4)3,]]>當取第2試樣(15)上的4根熱電偶(4)上的溫度值T5、T6、T7、T8來求Q，那么ΔT1=dT2=(T5-T6)+(T6-T7)-(T7-T8)3,]]>然后根據接觸換熱系數計算公式hc=Qs·ΔT2,]]>其中hc是界面接觸換熱系數，Q是熱流，s是試樣截面積，ΔT2是接觸面上的溫差，ΔT2可用外延法求得，兩試樣在接觸界面處的溫度分別為CT1和CT2，它們間的差值即為溫差ΔT2，CT1=T4-dT1ΔL×d,]]>CT2=T5+dT2ΔL×d,]]>d為離接觸面最近的熱電偶(4)與接觸面的距離，ΔT2＝[(CT1-CT2)-n×d×dT1/(2×ΔL)-n×d×dT2/(2×ΔL)]/(n+1)，將求出來的熱流Q和用外延法求出來的ΔT2代入接觸換熱計算公式得到接觸換熱系數hc，最后將計算結果保存，退出系統。
11.根據權利要求9所述的一種測量固體界面接觸換熱系數的方法，其特征在于，測量的材料為7050擠壓鋁合金和5CrMnMo模具鋼，7050擠壓鋁合金為第1試樣(13)，5CrMnMo模具鋼為第2試樣(15)，測量在加熱爐(11)溫度為680℃，接觸面壓力為10KN時的接觸換熱系數，在第1試樣(13)和第2試樣(15)的接觸面上涂上玻璃潤滑劑，接觸換熱計算過程如下，試樣的直徑為Φ20，長度為50mm，順序連接好加熱棒(12)、第1試樣(13)、第2試樣(15)、冷卻棒(9)、定心鋼球(16)、壓力裝置(3)，插好熱電偶(4)，在試樣周圍纏上石棉布以防止輻射對流，再在外面加上石棉保溫層(10)進行保溫，確定熱電偶(4)和溫控儀表(5)的連線、工控機(7)和溫控儀表(5)的連線、和各溫控儀表(5)間的連線正確，打開各溫控儀表(5)的開關按鈕，進入工控機(7)中的接觸換熱系數測量采集系統，首先進入數據初始化窗口，對7050擠壓鋁合金和5CrMnMo模具鋼的測量項目進行初始化，首先輸入測量狀態，當爐溫恒為680℃時，測量壓力為10KN、20KN、30KN，保溫時間都為130分鐘，然后輸入材料熱導率、保溫時間后，450℃時7050擠壓鋁合金的熱導率約為170.6w·m-1·K-1，370℃時5CrMnMo模具鋼的熱導率約為42.5w·m-1·K-1，保溫時間分別為130、130、130，然后進入制定工藝曲線的窗口，制訂好加熱爐(11)的升溫曲線、保溫曲線和降溫曲線，即溫度-時間曲線，首先輸入從常溫20℃升到680℃，升溫時間50分鐘，再在680℃下保溫500分鐘，得到加熱爐(11)的升溫和保溫工藝曲線，制定好工藝曲線后通過串口通信(6)將工藝曲線寫入溫控儀表(5)中，由溫控儀表(5)控制加熱爐(11)的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，溫控儀表(5)自動調整儀表的輸出功率給加熱爐(11)通電，由溫控儀表(5)控制改變加熱爐(11)的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，進入采集數據窗口，單擊采集按鈕采集各溫控儀表(5)的溫度信號進行采集并自動顯示各熱電偶(4)上的溫度值，在采集窗口中自動繪制各熱電偶(4)的溫度時間曲線，把采集過來的數據保存在工控機(7)中，采集完成后進入數據計算窗口，把保存下來的采集數據和數據初始化數據調用出來進行計算，計算方法如下首先根據試樣上熱電偶(4)的溫度值求出熱流，測出7050擠壓鋁合金和5CrMnMo模具鋼在680℃爐溫下，接觸面壓力為10KN，接觸面涂上玻璃潤滑劑，保溫130分鐘的情況下的8根熱電偶(4)的溫度分別為471.0℃、465.2℃、459.6℃、453.8℃、400.7℃、378.7℃、356.6℃、334.3℃，根據熱流計算公式Q=s·λ·ΔT1ΔL,]]>其中Q是熱流，s是試樣截面積，λ是試樣的導熱系數，ΔL是每個試樣上相臨兩個熱電偶(4)的距離，ΔT1是每個試樣上相臨兩根熱電偶(4)ΔL上的溫差，s＝π·202/4≈314.16mm2，5CrMnMo模具鋼在370℃下的導熱系數約為42.5w·m-1·K-1，ΔT1=(400.7-378.7)+(378.7-356.6)+(356.6-334.3)3≈22.1K,]]>ΔL為10mm，Q=314.16·42.5·22.1·10-610·10-3=29507.48·10-3w,]]>根據接觸換熱系數的公式hc=Qs·ΔT2,]]>其中hc是界面接觸換熱系數，Q是熱流，s是試樣截面積，s＝π·202/4≈314.16mm2，ΔT2是接觸面上的溫差；ΔT2用外延法求得為ΔT2＝44.76K，根據求出來的ΔT2和熱流Q代入上式得到接觸換熱系數hc1=29507.48·10-3314.16·10-6·44.76≈2.1kw·m-2·k-1,]]>最后將分析結果保存，退出系統。
12.根據權利要求8所述的一種測量固體界面接觸換熱系數的方法，其特征在于，測量的材料為7050擠壓鋁合金和5CrMnMo模具鋼，7050擠壓鋁合金為第1試樣(13)，5CrMnMo模具鋼為第2試樣(15)，在它們的接觸面間有6片薄片(14)，它們的接觸換熱計算過程如下，試樣的直徑為Φ20，長度為50mm，順序連接好加熱棒(12)、第1試樣(13)、薄片(14)、第2試樣(15)、冷卻棒(9)、定心鋼球(16)、壓力裝置(3)，插好熱電偶(4)，在試樣周圍纏上石棉布以防止輻射對流，再在外面加上石棉保溫層(10)進行保溫，確定熱電偶(4)和溫控儀表(5)的連線、工控機(7)和溫控儀表(5)的連線、和各溫控儀表(5)間的連線正確，打開各溫控儀表(5)的開關按鈕，進入工控機(7)中的接觸換熱系數測量采集系統，首先進入數據初始化窗口，對7050擠壓鋁合金和5CrMnMo模具鋼的測量項目進行初始化，測量恒壓狀態下的接觸換熱系數，輸入狀態值接觸面壓力為1740N，加熱爐(11)溫度為300℃、400℃、500℃、600℃，時，300℃的保溫時間為130分鐘，其余溫度的保溫時間為100分鐘，然后輸入7050擠壓鋁合金和5CrMnMo模具鋼在相應溫度下的熱導率和保溫時間，7050擠壓鋁合金在300℃、400℃、500℃、600℃溫度下的熱導率約為176.5w·m-1·K-1、178.7w·m-1·K-1、180w·m-1·K-1、181.3w·m-1·K-1，5CrMnMo模具鋼在300℃、400℃、500℃、600℃溫度下的熱導率約為53.3w·m-1·K-1、48.7w·m-1·K-1、47w·m-1·K-1、43.2w·m-1·K-1，在300℃溫度下的保溫時間為130分鐘，在400℃、500℃、600℃溫度下的保溫時間都為100分鐘，單擊完成設置按鈕完成對測量的初始化，然后進入制訂工藝曲線的窗口，制訂加熱爐(11)的升溫曲線、保溫曲線和降溫曲線，即溫度-時間曲線，依次輸入從常溫20℃升到300℃，升溫時間30分鐘，在300℃保溫130分鐘，從300℃升到400℃，升溫時間20分鐘，400℃下保溫100分鐘，從400℃升到500℃，升溫時間20分鐘，500℃下保溫100分鐘，從500℃升到600℃，升溫時間20分鐘，600℃下保溫100分鐘，從而得到加熱爐(11)的爐溫從常溫升到600℃的升溫和保溫工藝曲線，制定好工藝曲線后將工藝曲線通過串口通信(6)寫入溫控儀表(5)中，由溫控儀表(5)控制加熱爐(11)的溫度隨著工藝曲線的變化而變化，以滿足測量的要求，然后，進入采集數據窗口，單擊運行按鈕讓與加熱爐熱電偶(18)相連的溫控儀表(5)開始執行程序，單擊采集按鈕對各溫控儀表(5)的溫度信號進行采集并自動顯示溫控儀表(5)上的溫度值，并自動通過畫圖程序在采集窗口中自動繪制各熱電偶(4)的溫度—時間曲線，單擊保存按鈕把采集過來的數據保存在工控機(7)中，加熱爐(11)對加熱棒(12)進行加熱，熱流從加熱棒(12)傳給第1試樣(13)，再由第1試樣(13)傳給薄片(14)，再由薄片(14)傳給第2試樣(15)，最后由第2試樣(15)傳給冷卻棒(9)，在試樣周圍采用石棉保溫層(10)進行保溫與隔熱防止熱流損失，測量采集完成后進入數據計算窗口，把保存下來的采集數據和數據初始化數據經過程序自動調用出來進行計算，首先根據試樣上熱電偶(4)的溫度值求出熱流，熱流計算公式為Q=s·λ·ΔT1ΔL]]>其中Q是熱流，s是試樣截面積，第1試樣(13)的材料7050擠壓鋁合金和第2試樣(15)的材料5CrMnMo模具鋼的直徑都為φ20mm所以s＝π·r2≈3.14159·102＝314.16mm2，λ是試樣的導熱系數，已從數據初始化時輸入，ΔL是試樣上相臨兩個熱電偶(4)的距離已知ΔL＝10mm，ΔT1是其中一個試樣上相臨兩根熱電偶(4)ΔL上的溫差，試樣的截面積是已經確定的，導熱系數是在數據初始化時已經輸入，且ΔT1可通過熱電偶(4)測出來，測得試樣上8根熱電偶(4)在加熱爐(11)溫度為300℃時的溫度值分別為166.70℃、164.50℃、162.21℃、160.13℃、149.65℃、141.11℃、132.71℃、124.07℃，第1試樣(13)7050擠壓鋁合金的熱電偶(4)上的溫度值溫度為166.70℃、164.50℃、162.21℃、160.13℃，第2試樣(15)5CrMnMo模具鋼熱電偶(4)上的溫度值為149.65℃、141.11℃、132.71℃、124.07℃，以第2試樣(15)上的4根熱電偶(4)上的溫度值T5、T6、T7、T8來求Q，ΔT1=dT2=(T5-T6)+(T6-T7)-(T7-T8)3=8.53K,]]>5CrMnMo模具鋼在溫度為140℃時的熱導率約為53.3w·m-1·K-1，那么Q=s·λΔT1ΔL=314.16×53.3×8.53×10-610·10-3=14283.25·10-3w,]]>根據接觸換熱系數計算公式hc=Qs·ΔT2,]]>其中hc是界面接觸換熱系數，Q是熱流，s是試樣截面積，ΔT2是接觸面上的溫差，第1試樣(13)和第2試樣(15)接觸界面處的溫度分別為CT1和CT2，它們間的差值即為溫差ΔT2，最后根據求出來的ΔT2和熱流Q代入上式得到接觸換熱系數hc，因為試樣上8根熱電偶(4)在加熱爐(11)溫度為300℃時的溫度值分別為166.70℃、164.50℃、162.21℃、160.13℃、149.65℃、141.11℃、132.71℃、124.07℃，第1試樣(13)7050擠壓鋁合金的4根熱電偶(4)溫度為166.70℃、164.50℃、162.21℃、160.13℃，第2試樣(15)5CrMnMo模具鋼的4根熱電偶(4)溫度為149.65℃、141.11℃、132.71℃、124.07℃，ΔT1=dT1=(T1-T2)+(T2-T3)-(T3-T4)3=2.19K,]]>ΔT1=dT2=(T5-T6)+(T6-T7)-(T7-T8)3=8.53K,]]>第1試樣(13)的T-X圖的斜率為k1=dT1ΔL=0.219k·mm-1,]]>第2試樣(15)的T-X圖的斜率為k2=dT2ΔL=0.853k·mm-1,]]>離接觸面最近的熱電偶(4)與接觸面的距離為d，d的值為3mm，CT1＝T4-k1×d＝159.47K，CT2＝T5+k2×d＝152.21K，第1試樣(13)和第2試樣(15)的接觸面之間有6片薄片(14)，薄片(14)的厚度為h，h＝0.5mm，ΔT2＝[(CT1-CT2)-n×h×k1/2-n×h×k2/2]/(n+1)＝0.81K，最后將求出來的熱流Q和用外延法求出來的ΔT2代入接觸換熱計算公式得到接觸換熱系數hc=Qs·ΔT2=14283.25×10-3314.16×10-6×0.81=56.13kw·m-2·k-1,]]>最后將結果保存，退出系統。
全文摘要
一種測量固體界面接觸換熱系數的方法和裝置屬于塑性加工研究領域。本發明將加熱棒12、第1試樣13、薄片14、第2試樣15、冷切棒9、定心鋼球16、壓力裝置3順序連接，在兩試樣的接觸面之間加入各自的薄片14，增加接觸面的個數，放大接觸面溫差。兩試樣上的熱電偶4與溫控儀表5的輸入端相連，將溫控儀表5的輸出端并聯起來經RS232轉換器與工控機7的相連。加熱爐11對加熱棒12進行加熱，在試樣周圍加石棉保溫層10進行保溫隔熱，工控機7通過溫控儀表5采集溫度信號，進行顯示和分析。本發明的效果是測量精度高，測量溫度范圍寬，能實時直觀的顯示、分析結果，適用于塑性加工研究領域。
文檔編號G01N25/18GK1877313SQ20061004712
公開日2006年12月13日 申請日期2006年6月30日 優先權日2006年6月30日
發明者張立文, 裴繼斌, 朱德才, 張國梁 申請人:大連理工大學