技术领域
[0001] 本发明涉及热物性测试技术领域，尤其是涉及一种热物性计算方法、热物性测试系统、电子设备及存储介质。
相关背景技术
[0002] 热物性是指材料的热物理性质，是表明材料的热现象的一种参数。目前针对热物性进行测试的技术，大多都是利用电流测试，测试结果误差较大。
具体实施方式
[0063] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0064] 在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0065] 在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0066] 本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0067] 目前针对微纳米线材热物性测试的技术，主要有悬空微器件法、T型法、衍生方法、闪光Raman法及3omega法等方法，这些方法均存在一定的适用范围，其中悬空微器件法只能用于测试微纳米线的热导率，不能得到热扩散率以及热容等参数；闪光Raman法虽然可以得到热扩散系数和热导率，但需借助昂贵的高精度Raman光谱仪；T型法及其衍生方法可以同时测试多个热物性参数，但其测试过程较为复杂，耗时较长，不适合工业应用；3omega法的问题在于其对样品的导电性有要求。
[0068] 基于上述，本发明提出一种热物性计算方法、热物性测试系统、电子设备及存储介质，不仅能够减小热物性参数的测试误差，提高测试结果的准确性，还可以计算热扩散率以及热容。
[0069] 第一方面，本发明实施例提供了一种热物性测试系统，包括：
[0070] 被测样品；
[0071] 参照物，参照物与被测样品接触连接；
[0072] 热电模块，热电模块用于给参照物加热；
[0073] 采集模块，采集模块用于采集参照物的温度变化信息和被测样品的温度变化信息；
[0074] 计算模块，计算模块用于获取采集模块采集的参照物的温度变化信息和被测样品的温度变化信息，还用于根据参照物的温度变化信息和被测样品的温度变化信息，计算被测样品的热物性参数。
[0075] 在一些实施例中，如图1所示，上述热物性测试系统包括第一热电模块100、第二热电模块200、参照物300、被测样品400、采集模块500和计算模块600。参照物300的两端分别固定到第一热电模块100、第二热电模块200上，外界的热源(图中未示出)通过第一热电模块100和第二热电模块200给参照物300加热。被测样品400与参照物300接触连接，P点为参照物300和被测样品400的搭接点。参照物300可以导热，将热能传递给被测样品400。采集模块500采集参照物的温度变化信息和被测样品的温度变化信息，发送给计算模块600。计算模块600根据参照物的温度变化信息和被测样品的温度变化信息，计算被测样品的热物性参数。相比于现有技术中利用电流测试热物性，利用温度计算热物性参数，由于温度是热物性最直接的表现形式，因此，能够减小热物性参数的测试误差，提高测试结果的准确性。
[0076] 在一些实施例中，第一热电模块100和第二热电模块200可以是电阻。当有电流通过时，电阻会产生热量，从而实现了将电流转化为热量。
[0077] 在一些实施例中，参照物300包括导热金属。例如，铂金丝、铜丝等。
[0078] 在一些实施例中，采集模块500可以是红外相机。红外相机实时采集被测样品上的温度随时间的变化。在一些实施例中，采集模块500还可以是热电偶。
[0079] 在一些实施例中，计算模块600可以是计算机，也可以是其他具有数据处理和数据计算能力的电子设备。
[0080] 在一些实施例中，热物性测试系统还包括：
[0081] 热沉，热沉分别与热电模块、被测样品接触连接。
[0082] 在一些实施例中，如图2所示，热沉包括第一热沉700、第二热沉800、第三热沉900。第一热沉700与第一热电模块100接触连接，第二热沉800与第二热电模块200接触连接，第三热沉900与被测样品400接触连接。
[0083] 在一些实施例中，热电模块和被测样品散发的热能被热沉吸收储存，因此可以避免空气被加热，影响测试的效果。将热电模块、被测样品与热沉接触连接，空气的温度保持恒定，能够提高热物性的测试精度，使测试结果更加准确。
[0084] 在一些实施例中，如图2所示，热物性测试系统还包括：
[0085] 真空腔1000；
[0086] 第一热电模块100、第二热电模块200、参照物300、被测样品400、第一热沉700、第二热沉800、第三热沉900均设置在真空腔1000内。
[0087] 在一些实施例中，真空腔1000能提供一个稳定的测试环境，减少空气对流对测试的影响。
[0088] 第二方面，本发明实施例提供了一种热物性计算方法，应用于第一方面所述的热物性测试系统。如图3所示，热物性计算方法包括：
[0089] 步骤S100：获取参照物的温度变化信息和被测样品的温度变化信息；
[0090] 步骤S200：根据参照物的温度变化信息和被测样品的温度变化信息计算被测样品的热物性参数。
[0091] 在一些实施例中，同时采集(可采用红外相机采集)参照物300和被测样品400的温度数据，发送到计算机，计算机对温度数据进行处理，绘制参照物300和被测样品400的温度变化信息，利用算法对温度变化信息中的数据进行处理，求解出被测样品400的热物性参数。相比于现有技术中利用电流测试热物性，利用温度计算热物性参数，由于温度是热物性最直接的表现形式，因此，能够减小热物性参数的测试误差，提高测试结果的准确性。
[0092] 在一些实施例中，热物性参数包括热导率、热容和热扩散系数。
[0093] 在一些实施例中，求解热导率需要先计算流入被测样品的热流。因此，如图4所示，步骤S200包括：
[0094] 步骤S210：根据参照物的温度变化信息计算流入被测样品的热流；
[0095] 步骤S220：根据流入被测样品的热流和被测样品的温度变化信息，计算被测样品的热导率。
[0096] 在一些实施例中，用下列多个公式来计算流入被测样品的热流：
[0097]
[0098] 公式(1)中，js为流入被测样品的热流，λT为参照物的热导率(已知)，T为参照物上某一点的温度(可测)，X为该点的位置，AT为参照物的横截面积(已知)，As为被测样品的横截面积(已知)，xj为参照物和被测样品的搭接点(即图1中的P点)，xj-为搭接点的左临近点，xj+为搭接点的右临近点。当外界提供的是不同频率的热源时，流入被测样品的热流可以用公式(2)表示：
[0099]
[0100] 其中j0为流入被测样品的热流幅值，ω为热源的频率，i表示复数(eiωt＝cosωt+isinωt)，t为时间。
[0101] 利用公式(1)和公式(2)即可求解出流入被测样品的热流幅值j0。
[0102] 在一些实施例中，如图5所示，为被测样品的温度随时间的变化曲线。曲线X1(实线)和曲线X2(虚线)分别代表被测样品的两个不同位置(记为位置X1和位置X2，位置X1作为参照点，来求解位置X2处的热物性参数)的温度变化信息。可以看出，温度变化信息都是正弦波形。
[0103] 利用下面的公式(3)来求解热导率：
[0104]
[0105] 公式(3)中，M(X)为X位置的温度振幅值，λ为热导率， 是正弦波形的频率，dt是两个正弦波形之间的相位差(参照图5)，L为位置X1和位置X2之间的距离，A1和A2分别为两个正弦波形的振幅(参照图5)。
[0106] 假设定义：
[0107]
[0108] 则有：
[0109]
[0110] 设置不同的热源频率，比如0.01Hz、0.02Hz、0.03Hz，会对应得到三组P和Q的值，将三组P和Q的值分别代入公式(4)，会得到三种频率下的三个Ω值。同时，在0.01Hz、0.02Hz、0.03Hz下，X位置的温度振幅值M(X)也会有三个值，将Ω的值和M(X)的值进行拟合，可以得到斜率，斜率值就是 热流幅值j0可由前面的公式(1)和公式(2)求出，这样即可求解出热导率λ。
[0111] 在一些实施例中，如图6所示，步骤S200还包括：
[0112] 步骤S230：根据被测样品的温度变化信息计算被测样品的热扩散系数。
[0113] 热扩散系数的计算公式如下：
[0114]
[0115] 公式(6)中，α为热扩散系数。
[0116] 在一些实施例中，如图7所示，步骤S200还包括：
[0117] 步骤S240：根据被测样品的热导率和被测样品的热扩散系数，计算被测样品的热容。
[0118] 热容的计算公式如下：
[0119]
[0120] 公式(7)中，Cv为热容。
[0121] 综上，结合公式(1)至公式(7)，本发明利用已知量(参照物的热导率)求未知量，可计算出被测样品的热物性参数：热导率λ、热容Cv和热扩散系数α。
[0122] 需要说明的是，上述求解出的热物性参数仅为被测样品上某一位置的热物性参数，因此，可以利用本发明的技术方案测试被测样品上任意位置的热物性参数，可以利用此优势对被测样品局部或整个被测样品的热物性进行深入研究。下面以三个具体地应用示例来说明。
[0123] 应用示例一
[0124] 测试被测样品上多个位置的温度变化，从而利用公式(6)求出每个位置的热扩散系数。以被测样品为纤维样品为例，可以求出热扩散系数在纤维方向上每个位置的分布，分布曲线图如图8所示。现有技术中，由于受测试点的限制，难以测试出多个位置的热扩散系数。但本发明的技术方案能够解决此问题，可以测试多个位置的热扩散系数，并通过图8的曲线分析热扩散系数的变化趋势。
[0125] 应用示例二
[0126] 给被测样品康铜提供不同频率的热源，采集相应的温度信息，再利用公式(5)对数据进行拟合，拟合的结果如图9所示。通过斜率以及热流振幅j0，可以求出其热导率为22.8W/(m·K)。
[0127] 应用示例三
[0128] 测量铜(Cu)、康铜合金(Ni-Cu)、聚乙烯醇和碳纳米管混合材料(PVA-CNT)上多个位置的温度变化，从而利用公式(6)求出每个位置的热扩散系数。测量的结果如图10所示。图10(a)显示的是Cu的测量结果，图10(b)显示的是Ni-Cu和PVA-CNT的测量结果。
[0129] 其中，实线α表示的是整个材料上热扩率系数的平均值，虚线 表示的是材料上局部的热扩散系数。由于Cu是均质材料，Cu的各部分热物性均相同，因此，如图10(a)所示，整个材料上的热扩率系数的平均值和局部的热扩散系数二者相差不大。但是Ni-Cu和PVA-CNT是非均质材料，Ni-Cu和PVA-CNT各部分的热物性会存在明显差异，因此，如图10(b)所示，整个材料上的热扩率系数的平均值和局部的热扩散系数二者相差较大。
[0130] 第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：
[0131] 至少一个处理器，以及，
[0132] 与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0133] 存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行如第二方面所述的热物性计算方法。
[0134] 第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如第二方面所述的热物性计算方法。
[0135] 上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
[0136] 在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
[0137] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0138] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0139] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
