專利名稱：精確測量低溫下多物相導熱系數的可視化裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多物相導熱系數的測得裝置，特別涉及一種使用非加熱方法測得導熱系數的裝置，并且能對玻璃化過程進行實時觀察的測得裝置。
背景技術：
目前，在常溫環境下的離體生物細胞、組織以及器官無法長期存活而保持其生理特性不變目前，為使生物材料或產品長期保持原有的生理結構和機能，低溫保存已被公認為最有效的方法。在凍結和復溫過程中，因相變、滲透壓、熱應力、機械作用等因素引起的蛋白質變性、脂類氧化、能量代謝紊亂和細胞體積變化等細胞損傷不容忽視。如何選擇最佳的降溫速率、復溫速率以及通過添加合適的低溫保護劑來規避細胞損傷，是提高保存質量的關鍵。玻璃化保存時提高生物體存活率的一種有效的保存方式。玻璃化受低溫保護劑濃 度和降溫速率兩種因素所制約，所以低溫保護劑的導熱系數研究成為了重點。目前最為公認的流體導熱系數測量方法為熱線法，若使用熱線法測量低溫保護劑，熱線的加熱導致熱線周圍的玻璃體發生相變，導致測量誤差。中國專利200920071383，公開一種納米低溫保護劑導熱系數測量的可視化裝置，已提出通過熱平板比較法測量納米低溫保護劑在玻璃化過程的導熱系數，避免了使用加熱測量導熱系數的傳統方法，利用比較法測得樣品導熱系數，可是卻忽略了低溫保護劑在降溫過程中得狀態變化，若降溫速率過慢時，低溫保護劑結晶，可能脹裂雙層真空玻璃管，若降溫速率足夠快，低溫保護劑玻璃化，體積變小，則貼在雙層玻璃管的貼片式熱電偶所測溫度不是低溫保護劑的溫度，影響測量精度。
發明內容本實用新型是要解決加熱過程中玻璃態容易液化，凍結過程中由溫度梯度會導致的試樣溫度不均勻，測量過程中易將雙層玻璃管脹裂，及熱電偶所測溫度為雙層玻璃管溫度等技術問題，而提供一種精確測量低溫下多物相導熱系數的可視化裝置。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種精確測量低溫下多物相導熱系數的可視化裝置，包括石英盒，冷源銅塊，熱源銅塊，硼硅玻璃，其特點是冷源銅塊和熱源銅塊對稱布置，冷源銅塊和熱源銅塊中間放置石英盒和硼硅玻璃，且硼硅玻璃靠近熱源銅塊一側構成測試臺，冷源銅塊和熱源銅塊內分別設有冷源通道和熱源通道，冷源銅塊上開有冷源進、出口，熱源銅塊上開有恒溫水進、出口，石英盒內部兩側面和硼硅玻璃兩側分別放置貼片式熱電偶。冷源銅塊和熱源銅塊外面分別包有冷源銅塊保溫層和熱源銅塊保溫層。冷源銅塊和熱源銅塊上分別設有用以固定石英盒和硼硅玻璃的方形凹槽。冷源銅塊保溫層和熱源銅塊保溫層外加有用以固定冷熱源銅塊的松緊圈。石英盒上部安裝攝像頭，用于記錄試樣的降溫過程中的狀態變化。本實用新型的有益效果在于該裝置由溫度恒定的高低溫兩塊銅塊組成，石英盒豎直放，在低溫下即使樣品玻璃化或結晶，也不會將石英盒脹裂，貼片式熱電偶所測溫度為樣品溫度，測量精確。松緊圈的設計使得冷熱源溫度分布均勻，減小空氣熱阻，且使得裝置模型更接近一維導熱模型。該裝置結構簡單、密封性好、操作和觀察舒適。能準確測量玻璃體的導熱系數，并且還能測量其他液體，懸浮液、固體以及玻璃體試樣在常溫及低溫下的導熱系數。同時攝像記錄試樣低溫下的狀態變化。
圖I是本實用新型的結構主視圖；圖2是圖I的俯視圖；圖3是本實用新型的剖視圖。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。 如圖I至圖3所示，本實用新型的精確測量低溫下多物相導熱系數的可視化裝置，包括石英盒2、冷源出口 3、冷源銅塊4、冷源銅塊保溫層5、松緊圈7、螺栓8、熱源銅塊保溫層10、熱源銅塊11、貼片式熱電偶12、硼硅玻璃13、攝像頭14等。測試臺由對稱布置的冷源銅塊4和熱源銅塊11以及一個石英盒2及硼硅玻璃13組成。冷源銅塊4和熱源銅塊11內分別設有很薄的空腔冷源(_120°C)通道16和熱源(20°C)通道17，一個冷源銅塊4上開有冷源進口 6和冷源出口 3，另一熱源銅塊11上開有恒溫水進口 9和恒溫水出口 1，冷源銅塊4和熱源銅塊11上分別設有方形凹槽15，用以固定石英盒2和硼硅玻璃13。硼硅玻璃13靠近熱源銅塊11 一側，硼硅玻璃13可以根據不同的降溫速率選擇成不同厚度的硼硅玻璃13。待測樣品放在石英盒2內靠近冷源銅塊4這偵U。兩個銅塊之間的最大溫差可控制在140°C，冷卻速率為f500°C每分鐘。貼片式熱電偶12分別放置在石英盒2內部兩側面、石英盒2與硼硅玻璃13結合處、硼硅玻璃與熱源銅塊11結合處，用以確保硼硅玻璃13兩側面和樣品兩側面的溫差。(I)石英盒2 :用以放置待測樣品，石英熱膨脹系數小，在溫度變化過程中，體積變化小，測量準確。石英盒2豎直放，在低溫下即使樣品玻璃化或結晶，也不會將石英盒2脹裂，測量固體樣品時，樣品尺寸制作成石英盒大小，將其與石英盒2替換。石英盒2即可作為絕熱材料，又可以對視窗，對納米材料的玻璃化過程進行觀察。(2)冷源銅塊4和熱源銅塊11 :二者對稱的放置在石英盒2和硼硅玻璃13的兩側，兩個銅塊內部分別設很薄的空腔用作冷源通道16和熱源通道17，其中，冷源銅塊4上開有冷源進、出口 6，3，熱源銅塊11上開有恒溫水進、出口 9，I，且下進上出的方式，冷熱源溫度場均勻，且在兩個銅塊上開有放置石英玻璃和硼硅玻璃的方形凹槽。(3)硼硅玻璃13 :為標準的方形，尺寸與石英盒2的內部尺寸相同，硼硅玻璃13的厚度可根據不同的需要更換不同厚度的硼娃玻璃，硼娃玻璃的可選厚度為5mm-10mm。(4)貼片式熱電偶12 :兩根貼在石英盒2內部兩側，另二根貼在硼硅玻璃13兩側，用以確定硼硅玻璃13兩個表面和玻璃體兩個表面之間的溫差。(5)松緊圈7 :在冷源銅塊保溫層5和熱源銅塊保溫層10外加松緊圈，用以固定冷熱源銅塊4，減小空氣熱阻，且不影響冷熱源溫度場，使得裝置模型更接近一維導熱模型。(6)攝像頭14 :在石英盒2上部安裝攝像頭14，記錄試樣的降溫過程中的狀態變化。本裝置將石英盒2豎直放，當低溫保護劑體積變化時，也不會將石英盒2脹裂，貼片式熱電偶12測量的溫度為低溫保護劑的溫度。松緊圈7的設計使得冷熱源溫度分布均勻，裝置模型更接近一維導熱，測量精確。同時上方設計的攝像頭14可記錄樣品在玻璃化過程中的形態變化。本實用新型使用時氮氣容器中的高壓氮氣經過液氮冷卻后，在壓力作用下由冷源進口 6進入冷源通道16，使冷源銅塊4溫度降至-120°C (溫度可以通過貼片式熱電偶12標定)，換熱后冷源經冷源出口 3排出，恒溫水浴的溫水(20°C)通過泵循環由恒溫水進口9進入熱源通道17，使熱源銅塊11的溫度穩定在20°C (溫度可以通過貼片式熱電偶12標定)，換熱后溫水經恒溫水出口 I回到恒溫水浴箱。由于冷源銅塊4和熱源銅塊11的溫度是由流經冷源通道16和熱源通道17的流體控制的，所以可以改變流體的流量來控制銅塊的溫度，以達到不同的降溫速率。硼硅玻璃13的厚度可更換范圍為5 10毫米，冷源銅塊4和熱源銅塊11之間的溫差可變范圍1(T140°C，冷卻速度可以精確控制，且在1 500°C /分鐘內調節。本實用新型是用來測量樣品在常溫固相到低溫玻璃化過程中導熱系數的裝置，同時它還可以測量其他樣品(包括液體，懸浮液以及固體)從常溫到低溫下的導熱系數，裝置包括兩個開有很薄空腔的方形銅塊，透明的石英盒和標準厚度的硼硅玻璃。在保溫層外側加松緊圈，用于固定銅塊，確保銅塊溫度分布均勻，使裝置模型更接近一維導熱，測量測量精確，銅塊的表面有方形凹槽，用以固定石英盒和硼硅玻璃。銅塊的兩側有流體進出口。石英盒用來放置待測樣品(測量固體樣品時需使用石英盒)硼硅玻璃的厚度可根據需要更換。上部攝像頭可攝像記錄樣品玻璃化過程。通過調節冷源流量和硼硅玻璃的厚度，可以精確控制硼硅玻璃表面和樣品兩側表面的溫度，從而得到樣品玻璃化過程中導熱系數的變化情況。
權利要求1.一種精確測量低溫下多物相導熱系數的可視化裝置，包括石英盒(2)，冷源銅塊(4)，熱源銅塊(11)，硼硅玻璃(13)，其特征在干所述冷源銅塊(4)和熱源銅塊(11)對稱布置，冷源銅塊(4)和熱源銅塊(11)中間放置石英盒(2)和硼硅玻璃(13)，且硼硅玻璃(13)靠近熱源銅塊(11) ー側構成測試臺，所述冷源銅塊(4)和熱源銅塊(11)內分別設有冷源通道(16)和熱源通道(17)，冷源銅塊(4)上開有冷源進、出口(6，3)，熱源銅塊(11)上開有恒溫水進、出口(9，1)，石英盒(2)內部兩側面和硼硅玻璃(13)兩側分別放置貼片式熱電偶(12)。
2.根據權利要求I所述的精確測量低溫下多物相導熱系數的可視化裝置，其特征在于所述冷源銅塊(4)和熱源銅塊(11)外面分別包有冷源銅塊保溫層(5)和熱源銅塊保溫層(10)。
3.根據權利要求I所述的精確測量低溫下多物相導熱系數的可視化裝置，其特征在干所述冷源銅塊(4)和熱源銅塊(11)上分別設有用以固定石英盒(2)和硼硅玻璃(13)的方形凹槽(15)。
4.根據權利要求I所述的精確測量低溫下多物相導熱系數的可視化裝置，其特征在干所述石英盒(2)上部安裝攝像頭(14)，用于記錄試樣的降溫過程中的狀態變化。
5.根據權利要求2所述的精確測量低溫下多物相導熱系數的可視化裝置，其特征在于所述冷源銅塊保溫層(5)和熱源銅塊保溫層(10)外加有用以固定冷熱源銅塊的松緊圈(7)。
專利摘要本實用新型涉及一種精確測量低溫下多物相導熱系數的可視化裝置，包括石英盒，冷源銅塊，熱源銅塊，硼硅玻璃，冷源銅塊和熱源銅塊對稱布置，冷源銅塊和熱源銅塊中間放置石英盒和硼硅玻璃，且硼硅玻璃靠近熱源銅塊一側構成測試臺，冷源銅塊和熱源銅塊內分別設有冷源通道和熱源通道，冷源銅塊上開有冷源進、出口，熱源銅塊上開有恒溫水進、出口，石英盒內部兩側面和硼硅玻璃兩側分別放置貼片式熱電偶。該裝置結構簡單、密封性好、操作和觀察舒適。能準確測量玻璃體的導熱系數，并且還能測量其他液體，懸浮液、固體以及玻璃體試樣在常溫及低溫下的導熱系數。同時攝像記錄試樣低溫下的狀態變化。
文檔編號G01N25/20GK202562869SQ201220195888
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月4日 優先權日2012年5月4日
發明者唐臨利, 劉寶林, 劉連軍, 郝保同, 李琳, 康盈 申請人:上海理工大學