Устройство для определения тепло-пРОВОдНОСТи МАТЕРиАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к технике исследования или анализа материгшов путем измерения теплопроводности и может быть использовано, в частности в электронике для отбраковки рги аторов полупроводниковых приборов. Известно устройство для определения коэффициента теплопроводности материалов, содержащее два блока из высокотеплопроводного материала для подвода и отвода тегша от образца. Блоки приведены в контакт с разноименными спаями термоэлектрической .батареи, выполняющими роль геиератоРОВ и стоков тепла l. Недостатком этого устройства явля то, что оно не дает возможности Евыявлять на радиаторах участки с заниженной теплопроводностью (наличие таких участков приводит к локальным перегревам электроншах приборов). Кроме того, устройства-аналога обеспечивают точность измерения в 10 30% при условии, что торцы теплопров дов сильно сжимают радиатор, обеспв чивая тепловой контакт. Механическое сжатие недопустимо, если ра сщатсф хрупкий (например из окиси берилия). Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее нагреватель, тепломер и дифференциальные термопары. Оно снабжено двумя-блоками из изоляционного термостойкого материала с вмонтированными в них дифференциальными термопарами, соединенными последовательно, горячие спаи которых образуют контактны поверхности, прикыкающие с обеих сторон к исследуемому образцу, например пленке 2. Однако несмотря на высокую чувсгвительность устройства, обусловленную набором большого числа термопар, оно не обеспечивает определение неоднородных по теплопроводности участков из-за того, что измеряетсятемпература, усредненная по плсздади образца. Кроме того, устройство дает большую сшибку при измерении теплопроводности хрупких изделий. Радиаторы,, например при MaccoiBOM производстве, не плоскопараллельные. В связи с тем, что они изготовлены из высокотеплопроводных материалов, неплотное прилегание радиатора к одному из блоков дает сшибку в измерении теплопроводности в 50-100% уже при щели в 10 15 мк. Поэтому устройство пригодно для испытания тех объектов, которые

могут легко деформироваться под давлением блоков (например полимерные пленки).

Цель изобретения - повышение точности определения неоднородных по теплопроводности участков образцов.

Указанная цель достигается тем, что торцы нагревателя и холодильника сйабжены пазами, параллельными направлению теплового потока по сеткам, внутри нагревателя и холодильника расположено по одному коаксиальному трубопроводу жидкого теплоносителя, по оси трубопровода пропущен шток с конической насадкой на конце, термопары растянуты подобно струнам перпендикулярно направлению теплового потока на. сканирукицем устройстве, а плоские kaшIлляpы, образованные удаленными друг от друга и от торцов плоскими поверхностями радиатора и эталона, заполнены жидким теплоносителем.

Пазы торцов нагревателя и холодильника предотвращают уравнивание температуры соседних участков образца за счет радиальной теплопроводности, следствием этого является увеличение разрешающей способности устройства к обнаружению неоднородных участков радиатора.

Наличие коаксиального трубопровода со штоком с конической насадкой на конце позволяет уравнивать температуру центральных и периферийных областей торцов путем передвижения штока вдоль оси трубопровода (необходимое условие обнаружения неоднородных участков - плоский температурный фронт).

Растяжка термопар на сканирующем устройстве позволяет сканировать спаями в щелевых капиллярах и определять термоградиент в различных участках радиатора.

Заполнение щелевых капилляров жидким теплоносителем уменьшает теплосопротивление щелевых капилляров, в сканируют спаи термопар (за счёт этого возрастает чувствительность устройства к нахождению неодйородных участков).

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид вразрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

/Устройство содержит нагреватель 1,4хрлодильник 2, торцы 3 и 4 холодильника и нагревателя соответственно, радиатор, эталон (не показаны), спаи 5 дифференциальных термопар, распяла 6 торцов, коаксиальный трубопровод 7, линию 8 тока жидкого теплоносителя, шток 9, коническую насадку 10, термопары 11, сканирующее устройство 12 и плоские капилляры 13.

Устройство работает следующим образом.

Через трубопровод 7 нагнетается жидкий теплоносител ь. Теплоноситель омывает: торец 4 с внутренней стороны и выходит из нагревателя 1 (линии тока показаны стрелками 8). Аналогич«но устроен холодильник 2. По нему j циркулирует теплоноситель с меньшей температурой, чем нагревателе 1. Первоначально на месте радиатора устанавливают второй эталон (не показано). Спаи 5 термопар 11 колеблются вдоль диаметра эталона с помощью сканирующего устройства 12. Передвигая штоки в нагревателе и холодильнике, уравнивают температуры центральных и периферийных областей на

5 каждом торце. Затем верхний эталон заменяют исследуекым радиаторсш. С помощью сканирующего устройства и термопар последовательно измеряют градиент температуры на эталоне и ра0 диаторе во всех участках. Сравнивая градиенты температур на радиаторе и эталоне, находят теплопроводность радиатора в различных его участках. Устройство позволяет определять

Е теплопроводность хрупких радиаторов и находить неоднородные по теплопроводности участки.

Формула изобретения

Устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее нагреватель и холодильник, между T uat«i которых расположены цилиндрические образец, например радиатор полупроводникового прибора и эталон со спаями диффере1щиальных термопар на их плоских поверхностях, отличающееся тем, что, с целью

повьваения точности определения неодиародаах по теплопроводности участков, торцы нагревателя и холодильника снабжены пазами, паргишельными направлению теплового потока по сеткам, внутри нагревателя и холодильника расположено по одному коаксиальному трубопроводу жидкого теплоносителя, по оси трубопровода пропущен: шток с конической насадкой на конце, термопары растянуты перпендикулярно направлению теплового потока на сканирующем устройстве, а плоские капилляры, образованные удаленными друг от друга и от торцов плоскими поверхностями радиатора и эталона, запол5. йены жидким теплоносителем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 0 463048, кл. G 01 N 25/18, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР 274419, кл. G 01 N 25/18, 1970 (прототип).