幾種常見的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法

           前言

      導(dǎo)熱系數(shù)：物體傳導(dǎo)熱量的能力更加廣闊，又稱為熱導(dǎo)率，是材料的熱物性參數(shù)之一開拓創新，也是固體最重要的熱物性參數(shù)。定義為在穩(wěn)定傳熱條件下，1米厚的材料面向，兩側(cè)表面的溫差為1攝氏度（K充足，℃）勃勃生機，在1秒鐘內(nèi)（1s）關規定，通過1平方米傳遞的熱量更多的合作機會，單位為瓦/米·度 （W/(m·K)，此處為K可用℃代替）指導。導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定方法現(xiàn)已發(fā)展了多種方便，它們有不同的適用領(lǐng)域明顯、測(cè)量范圍更好、精度基石之一、準(zhǔn)確度和試樣尺寸要求等，不同方法對(duì)同一樣品的測(cè)量結(jié)果可能會(huì)有較大的差別安全鏈，因此選擇合適的測(cè)試方法是首要考慮的行業分類。 

目前導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定方法分為穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法（也叫非穩(wěn)態(tài)法）兩大類。

 穩(wěn)態(tài)法

      穩(wěn)態(tài)法是經(jīng)典的保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定方法增持能力，至今仍受到廣泛應(yīng)用應用領域。其原理是利用穩(wěn)定傳熱過程中，傳熱速率等于散熱速率的平衡狀態(tài)提高鍛煉，根據(jù)傅里葉一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)模型統籌推進，由通過試樣的熱流密度、兩側(cè)溫差和厚度關註度，計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)。原理簡(jiǎn)單清晰，精確度高穩中求進，但測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)橫向協同，對(duì)環(huán)境條件要求較高。穩(wěn)態(tài)法適合在中等溫度下測(cè)量的導(dǎo)熱系數(shù)材料再獲。適用于巖土穩定性、塑料、橡膠敢於挑戰、玻璃資源優勢、絕熱保溫材料等低導(dǎo)熱系數(shù)材料。  

      目前常用的穩(wěn)態(tài)法有：熱流法過程中、保護(hù)熱流法和保護(hù)熱板法振奮起來。這些都是穩(wěn)態(tài)法，其實(shí)原理相似大數據，只是針對(duì)不同的保溫材料前景，又制定了一些標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)測(cè)試結(jié)果是很接近的。（下面就一起看看穩(wěn)態(tài)法中的經(jīng)典——熱流法）

 

 熱流法

      熱流法是一種比較法長效機製，是用校正過的熱流傳感器測(cè)量通過樣品的熱流，得到的是導(dǎo)熱系數(shù)的絕對(duì)值重要部署。測(cè)量時(shí)等地，將厚度均勻的樣品插入于兩個(gè)平板間，設(shè)置一定的溫度梯度數字技術。使用校正過的熱流傳感器測(cè)量通過樣品的熱流共享應用，傳感器在平板與樣品之間和樣品接觸工具。測(cè)量樣品的厚度、上下板間的溫度梯度及通過樣品的熱流便可計(jì)算試樣的導(dǎo)熱系數(shù)情況較常見。






                                             （熱流法測(cè)量原理）


 




（1）保護(hù)熱流法


     對(duì)于較大的市場開拓、需要較高量程的樣品，可以使用保護(hù)熱流法導(dǎo)熱儀喜愛。其測(cè)試原理幾乎和普通的熱流法導(dǎo)熱儀相同環境。不同之處是測(cè)量單元被保護(hù)加熱器所包圍，因此測(cè)試溫度范圍和導(dǎo)熱系數(shù)范圍更寬保障。

 






（2）保護(hù)熱板法

      熱板法或保護(hù)熱板法導(dǎo)熱儀的工作原理和使用熱板與冷板的熱流法導(dǎo)熱儀相似引領。熱源位于同一材料的兩塊樣品中間。使用兩塊樣品是為了獲得向上與向下方向?qū)ΨQ的熱流更加廣闊，并使加熱器的能量被測(cè)試樣品吸收優化服務策略。測(cè)量過程中，精確設(shè)定輸入到熱板上的能量示範。通過調(diào)整輸入到輔助加熱器上的能量技術節能，對(duì)熱源與輔助板之間的測(cè)量溫度和溫度梯度進(jìn)行調(diào)整。熱板周圍的保護(hù)加熱器與樣品的放置方式確保從熱板到輔助加熱器的熱流是線性的新格局、一維的作用。輔助加熱器后是散熱器，散熱器和輔助加熱器接觸良好特點，確保熱量的移除與改善控制。測(cè)量加到熱板上的能量、溫度梯度及兩片樣品的厚度製度保障，應(yīng)用Fourier方程便能夠算出材料的導(dǎo)熱系數(shù)聯動。






     相對(duì)熱板法，保護(hù)熱板法的優(yōu)點(diǎn)是溫度范圍更廣（-180℃至650℃）與量程更廣（最高2W/m·K）顯示。此外技術特點，保護(hù)熱板法使用的是絕對(duì)法——無需對(duì)測(cè)量單元進(jìn)行標(biāo)定。

 

 

瞬態(tài)法（非穩(wěn)態(tài)法）

     瞬態(tài)法是最近幾十年內(nèi)開發(fā)的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量方法共同努力，用于研究中保持競爭優勢、高導(dǎo)熱系數(shù)材料，或在高溫度條件下進(jìn)行測(cè)量發展邏輯。瞬態(tài)法的特點(diǎn)是測(cè)量速度快方案、測(cè)量范圍寬(最高能達(dá)到2000℃)、樣品制備簡(jiǎn)單發展機遇。

 

     工作原理：提供樣品——固定功率的熱源創新延展，記錄樣品本身溫度隨時(shí)間的變化情形，由時(shí)間與溫度變化的關(guān)系求得樣品的熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)和熱容長效機製。

 

      瞬態(tài)法適合于測(cè)量高導(dǎo)熱系數(shù)材料或在高溫條件下的測(cè)量強化意識。適用于金屬、石墨烯深入、合金合理需求、陶瓷、粉末有效保障、纖維等同質(zhì)均勻的材料激發創作。

 

     目前常用的瞬態(tài)法有：熱線法、激光閃射法和瞬變平面熱源法稍有不慎。

 

（1）熱線法

 






（熱線法測(cè)量原理）

 

      熱線法是應(yīng)用比較多的方法，是在樣品（通常為大的塊狀樣品）中插入一根熱線。測(cè)試時(shí)全面協議，在熱線上施加一個(gè)恒定的加熱功率，使其溫度上升堅持先行。測(cè)量熱線本身或平行于熱線的一定距離上的溫度隨時(shí)間上升的關(guān)系講實踐。由于被測(cè)材料的導(dǎo)熱性能決定這一關(guān)系，由此可得到材料的導(dǎo)熱系數(shù)具體而言。這種方法測(cè)量時(shí)間比較短最為顯著，所測(cè)量材料的導(dǎo)熱系數(shù)范圍一般是0.1W/mK 到幾十。優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品價(jià)格便宜奮戰不懈，測(cè)量速度快生產能力，對(duì)樣品尺寸要求不太嚴(yán)格。缺點(diǎn)是分析誤差比較大規定，一般為5%~10%可持續。

 

（2）激光閃射法

      又稱激光擴(kuò)散法或閃光擴(kuò)散法。應(yīng)用激光閃射法時(shí)示範推廣，樣品在爐體中被加熱到所需的測(cè)試溫度情況。隨后，由激光器產(chǎn)生的一束短促激光脈沖對(duì)樣品的前表面進(jìn)行加熱大大縮短。熱量在樣品中擴(kuò)散堅持好，使樣品背部的溫度上升。用紅外探測(cè)器測(cè)量溫度隨時(shí)間上升的關(guān)系高質量，然后結(jié)合樣品本身的比熱和密度等參數(shù)來計(jì)算材料的導(dǎo)熱性能構建。其特點(diǎn)是所需樣品尺寸小，樣品形狀和樣品的材質(zhì)不受限制積極參與，同時(shí)可以測(cè)量熱擴(kuò)散速率等參數(shù)優勢領先，但重復(fù)性和準(zhǔn)確性比較差，人為因素影響明顯。






     激光閃射法的特點(diǎn)：測(cè)量范圍很寬(0.1~2000W/mK)新技術，測(cè)量溫度廣(-110~2000℃)培養，但測(cè)得的是材料的熱擴(kuò)散系數(shù)，還需要知道試樣的比熱和密度基礎上，才能通過計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)安全鏈，而測(cè)定熱態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)還需要膨脹系數(shù)的數(shù)值，只適用于各向同性預下達、均質(zhì)增持能力、不透光的材料。（此外創新為先，激光閃射法還能夠用比較法直接測(cè)試樣品的比熱提高鍛煉，但是推薦使用差示掃描量熱儀，該方法的比熱測(cè)量精確度更高行業內卷。）

 

（3）瞬變平面熱源法

      瞬變平面熱源法是在試件上貼上探頭進行培訓，通過多元函數(shù)對(duì)試樣表面溫度的響應(yīng)進(jìn)行擬合后便可計(jì)算出材料的導(dǎo)熱系數(shù)，適用廣泛凝聚力量，快捷關鍵技術，但精確度不一定高。

 

     瞬態(tài)平面熱源法的原理是基于無限大介質(zhì)中階躍加熱的圓盤形熱源產(chǎn)生的瞬態(tài)溫度響應(yīng)。利用熱阻性材料做成一個(gè)平面的探頭有所提升，同時(shí)作為熱源和溫度傳感器。在測(cè)試過程中參與能力，探頭被放置于中間進(jìn)行測(cè)試法治力量。電流通過時(shí)，產(chǎn)生一定的溫度上升註入了新的力量，產(chǎn)生的熱量同時(shí)向探頭兩側(cè)的樣品進(jìn)行擴(kuò)散表現，熱擴(kuò)散的速度依賴于材料的熱傳導(dǎo)特性。通過記錄溫度與探頭的響應(yīng)間說服力，由數(shù)學(xué)模型可以直接得到導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散率的積極性。其特點(diǎn)是測(cè)試方法簡(jiǎn)單，測(cè)試速度快深刻變革。TPS測(cè)試符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)高效。









結(jié)論

     隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，導(dǎo)熱高分子材料的市場(chǎng)越來越大至關重要。導(dǎo)熱系數(shù)質量，對(duì)于材料的應(yīng)用十分重要，因此必須精確測(cè)量這些性質(zhì)表示。由于導(dǎo)熱性能有許多種測(cè)量方法數字技術，事先必須考慮到材料導(dǎo)熱系數(shù)的大致范圍以及使用溫度的大致范圍，以選用正確的測(cè)量方法。