幾種常見的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法

發(fā)布日期：2023-09-21      瀏覽次數(shù)：2723

           前言

      導(dǎo)熱系數(shù)：物體傳導(dǎo)熱量的能力，又稱為熱導(dǎo)率，是材料的熱物性參數(shù)之一，也是固體最重要的熱物性參數(shù)合作。定義為在穩(wěn)定傳熱條件下最為突出，1米厚的材料影響，兩側(cè)表面的溫差為1攝氏度（K堅持好，℃）取得明顯成效，在1秒鐘內(nèi)（1s）重要意義，通過(guò)1平方米傳遞的熱量交流等，單位為瓦/米·度 （W/(m·K)，此處為K可用℃代替）規劃。導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定方法現(xiàn)已發(fā)展了多種提高，它們有不同的適用領(lǐng)域、測(cè)量范圍進入當下、精度紮實、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)有較大的差別新體系，因此選擇合適的測(cè)試方法是首要考慮的投入力度。 

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)定方法不難發現，至今仍受到廣泛應(yīng)用貢獻法治。其原理是利用穩(wěn)定傳熱過(guò)程中，傳熱速率等于散熱速率的平衡狀態(tài)發展需要，根據(jù)傅里葉一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)模型攻堅克難，由通過(guò)試樣的熱流密度、兩側(cè)溫差和厚度顯示，計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)雙向互動。原理簡(jiǎn)單清晰，精確度高創新能力，但測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)新品技，對(duì)環(huán)境條件要求較高範圍。穩(wěn)態(tài)法適合在中等溫度下測(cè)量的導(dǎo)熱系數(shù)材料求得平衡。適用于巖土、塑料空間廣闊、橡膠至關重要、玻璃、絕熱保溫材料等低導(dǎo)熱系數(shù)材料服務品質。  

      目前常用的穩(wěn)態(tài)法有：熱流法的發生、保護(hù)熱流法和保護(hù)熱板法。這些都是穩(wěn)態(tài)法，其實(shí)原理相似新的動力，只是針對(duì)不同的保溫材料的過程中，又制定了一些標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)測(cè)試結(jié)果是很接近的像一棵樹。（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過程中，是用校正過(guò)的熱流傳感器測(cè)量通過(guò)樣品的熱流，得到的是導(dǎo)熱系數(shù)的絕對(duì)值能運用。測(cè)量時(shí)達到，將厚度均勻的樣品插入于兩個(gè)平板間，設(shè)置一定的溫度梯度不可缺少。使用校正過(guò)的熱流傳感器測(cè)量通過(guò)樣品的熱流蓬勃發展，傳感器在平板與樣品之間和樣品接觸。測(cè)量樣品的厚度積極回應、上下板間的溫度梯度及通過(guò)樣品的熱流便可計(jì)算試樣的導(dǎo)熱系數(shù)重要性。






                                             （熱流法測(cè)量原理）


 




（1）保護(hù)熱流法


     對(duì)于較大的、需要較高量程的樣品平臺建設，可以使用保護(hù)熱流法導(dǎo)熱儀服務機製。其測(cè)試原理幾乎和普通的熱流法導(dǎo)熱儀相同。不同之處是測(cè)量單元被保護(hù)加熱器所包圍使用，因此測(cè)試溫度范圍和導(dǎo)熱系數(shù)范圍更寬大幅拓展。

 






（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。熱源位于同一材料的兩塊樣品中間更加堅強。使用兩塊樣品是為了獲得向上與向下方向?qū)ΨQ的熱流與時俱進，并使加熱器的能量被測(cè)試樣品吸收。測(cè)量過(guò)程中初步建立，精確設(shè)定輸入到熱板上的能量綜合運用。通過(guò)調(diào)整輸入到輔助加熱器上的能量，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)整的方法。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實事求是、一維的。輔助加熱器后是散熱器落到實處，散熱器和輔助加熱器接觸良好服務水平，確保熱量的移除與改善控制。測(cè)量加到熱板上的能量技術創新、溫度梯度及兩片樣品的厚度處理方法，應(yīng)用Fourier方程便能夠算出材料的導(dǎo)熱系數(shù)。






     相對(duì)熱板法持續向好，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）習慣。此外發展基礎，保護(hù)熱板法使用的是絕對(duì)法——無(wú)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)量方法建強保護，用于研究中同期、高導(dǎo)熱系數(shù)材料，或在高溫度條件下進(jìn)行測(cè)量使命責任。瞬態(tài)法的特點(diǎn)是測(cè)量速度快科普活動、測(cè)量范圍寬(最高能達(dá)到2000℃)、樣品制備簡(jiǎn)單強化意識。

 

     工作原理：提供樣品——固定功率的熱源長期間，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)現場、熱擴(kuò)散系數(shù)和熱容高端化。

 

      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。適用于金屬我有所應、石墨烯提單產、合金、陶瓷至關重要、粉末發展空間、纖維等同質(zhì)均勻的材料。

 

     目前常用的瞬態(tài)法有：熱線法有所應、激光閃射法和瞬變平面熱源法足了準備。

 

（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）中插入一根熱線著力提升。測(cè)試時(shí)深刻內涵，在熱線上施加一個(gè)恒定的加熱功率，使其溫度上升融合。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)系深入闡釋。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)完成的事情。這種方法測(cè)量時(shí)間比較短物聯與互聯，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)格便宜改造層面，測(cè)量速度快供給，對(duì)樣品尺寸要求不太嚴(yán)格。缺點(diǎn)是分析誤差比較大新體系，一般為5%~10%等地。

 

（2）激光閃射法

      又稱激光擴(kuò)散法或閃光擴(kuò)散法最為顯著。應(yīng)用激光閃射法時(shí)尤為突出，樣品在爐體中被加熱到所需的測(cè)試溫度規定。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)行加熱空間載體。熱量在樣品中擴(kuò)散高質量，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)系重要組成部分，然后結(jié)合樣品本身的比熱和密度等參數(shù)來(lái)計(jì)算材料的導(dǎo)熱性能流程。其特點(diǎn)是所需樣品尺寸小，樣品形狀和樣品的材質(zhì)不受限制勃勃生機，同時(shí)可以測(cè)量熱擴(kuò)散速率等參數(shù)助力各業，但重復(fù)性和準(zhǔn)確性比較差，人為因素影響明顯提供有力支撐。






     激光閃射法的特點(diǎn)：測(cè)量范圍很寬(0.1~2000W/mK)應用，測(cè)量溫度廣(-110~2000℃)，但測(cè)得的是材料的熱擴(kuò)散系數(shù)品率，還需要知道試樣的比熱和密度相貫通，才能通過(guò)計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)，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)值積極影響，只適用于各向同性自動化方案、均質(zhì)、不透光的材料越來越重要。（此外線上線下，激光閃射法還能夠用比較法直接測(cè)試樣品的比熱，但是推薦使用差示掃描量熱儀醒悟，該方法的比熱測(cè)量精確度更高過程中。）

 

（3）瞬變平面熱源法

      瞬變平面熱源法是在試件上貼上探頭，通過(guò)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)能運用，適用廣泛達到，快捷，但精確度不一定高不可缺少。

 

     瞬態(tài)平面熱源法的原理是基于無(wú)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)蓬勃發展。利用熱阻性材料做成一個(gè)平面的探頭，同時(shí)作為熱源和溫度傳感器提高鍛煉。在測(cè)試過(guò)程中發展邏輯，探頭被放置于中間進(jìn)行測(cè)試。電流通過(guò)時(shí)有所提升，產(chǎn)生一定的溫度上升聽得進，產(chǎn)生的熱量同時(shí)向探頭兩側(cè)的樣品進(jìn)行擴(kuò)散，熱擴(kuò)散的速度依賴于材料的熱傳導(dǎo)特性先進水平。通過(guò)記錄溫度與探頭的響應(yīng)間便利性，由數(shù)學(xué)模型可以直接得到導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散率全面展示。其特點(diǎn)是測(cè)試方法簡(jiǎn)單，測(cè)試速度快深刻認識。TPS測(cè)試符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)核心技術。









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(lái)越大主動性。導(dǎo)熱系數(shù)創造性，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)道路。由于導(dǎo)熱性能有許多種測(cè)量方法規模設備，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)量方法指導。