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瞬態(tài)平面熱源法導(dǎo)熱儀

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更新時間：2022-07-12 13:38:09瀏覽次數(shù)：508次

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瞬態(tài)平面熱源法導(dǎo)熱儀--變溫變真空多試樣一.簡介瞬態(tài)平面熱源法作為一種的導(dǎo)熱系數(shù)測量方法，在理論上可以達(dá)到很高測量精度

詳細(xì)介紹

瞬態(tài)平面熱源法導(dǎo)熱儀--變溫變真空多試樣

一. 簡介

瞬態(tài)平面熱源法作為一種的導(dǎo)熱系數(shù)測量方法，在理論上可以達(dá)到很高測量精度。在被測試樣尺寸和其它要素滿足測試方法規(guī)定的邊界條件時，熱導(dǎo)率的測量范圍理論上可以沒有限制。因此，對于均質(zhì)材料，采用瞬態(tài)平面熱源法不失為一種操作簡便和測量精度高的有效方法，在溫度不高的范圍內(nèi)（-196℃~200℃），這種方法可以作為一種標(biāo)準(zhǔn)方法來使用，并與其它導(dǎo)熱系數(shù)測試方法一起形成有效的補充和相互比對，甚至可以用于校準(zhǔn)其它測試方法。

瞬態(tài)平面熱源法已具有國際標(biāo)準(zhǔn)測試方法，即ISO 22007-2:2008 Plastics-Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity-Part 2: Transient plane heat source (Hot Disk) method。

依陽公司生產(chǎn)的瞬態(tài)平面熱源法導(dǎo)熱系數(shù)測試系統(tǒng)，是一種多功能測試設(shè)備，具有測試塊狀和分體材料以及薄膜材料的功能，同時還配備了真空腔裝置、循環(huán)油浴溫度控制系統(tǒng)、氣體壓強控制系統(tǒng)和多通道掃描開關(guān)裝置，從而實現(xiàn)了在不同溫度和氣氛壓力下對多個試樣同時進(jìn)行測量。

二. 特點

（1）變溫測試

采用冷熱循環(huán)油浴增壓泵流出的硅油作為加熱介質(zhì)流經(jīng)裝載有試樣的真空腔體壁，真空腔體放置在厚實的隔熱材料套中，使得被測試樣可以精確的按照循環(huán)油浴溫度進(jìn)行恒溫控制，充分利用了循環(huán)油浴±0.05℃的高精度溫度控制功能，保證了試樣溫度的均勻性和穩(wěn)定性。并且，可以通過計算機控制循環(huán)油浴的設(shè)定溫度來自動實現(xiàn)不同溫度下的試樣熱導(dǎo)率測量。試樣溫度變化范圍取決于恒溫油浴的溫度變化范圍，一般溫度變化范圍為-40℃至250℃。同時還可以配備低溫制冷機系統(tǒng)，從而實現(xiàn)溫度達(dá)到液氦溫度區(qū)間的材料導(dǎo)熱系數(shù)測試。

（2）變氣壓測試

工程材料，特別是孔隙率較大的低密度材料，它們所處的氣氛壓強會嚴(yán)重影響材料的熱導(dǎo)率。同時，空氣中的水份也會使得材料的熱導(dǎo)率發(fā)生改變。所以，為了準(zhǔn)確測量材料的導(dǎo)熱系數(shù)，所有導(dǎo)熱系數(shù)測試方法都對被測試樣的氣氛環(huán)境有嚴(yán)格規(guī)定，通常要求是一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的高燥空氣環(huán)境。另外，在宇航空間用工程材料中，距離地球表面不同高度時氣氛壓強的不同也會導(dǎo)致材料不同的導(dǎo)熱系數(shù)。

為了規(guī)范測試氣氛環(huán)境和模擬出準(zhǔn)確的所需氣氛壓強，導(dǎo)熱系數(shù)測試系統(tǒng)配備了依陽公司獨自研發(fā)的具有人工智能的高精度氣氛壓強控制系統(tǒng)，使得放置試樣的真空腔內(nèi)的氣壓精確恒定在所需的氣壓設(shè)定點上，實現(xiàn)了不同氣體成分在不同氣壓下的實驗環(huán)境模擬。試樣環(huán)境氣氛可以是空氣和其他任何氣體，氣壓控制范圍為3Pa至1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，氣壓的波動率全量程范圍內(nèi)都小于±1%。

（3）多試樣同時測量

瞬態(tài)平面熱源法作為一種非穩(wěn)態(tài)法，在理論上有很快的測試時間，但這里所謂的測試時間是指純粹的通電測試時間，并不包括達(dá)到測試模型邊界條件要求（被測試樣溫度均勻）所需要的時間。被測試樣導(dǎo)熱系數(shù)越小，試樣達(dá)到溫度均勻所需要的時間越長。一般規(guī)定，兩次測試的間隔時間至少是測量時間的36倍。如果測量低導(dǎo)熱材料（熱導(dǎo)率約為0.03 的隔熱材料），通常的測試時間為180秒以上，那么重復(fù)性測試的時間間隔至少要108分鐘。這就意味一個完整的測試過程至少需要近2個小時，而大部分時間是在等待試樣溫度達(dá)到穩(wěn)定，這還不包括變溫過程中溫度控制時的恒溫時間。由此可見，在測量較低熱導(dǎo)率材料過程中，整個測試過程和測試效率并不是很高，與其它穩(wěn)態(tài)法旗鼓相當(dāng)。

為了進(jìn)一步提高瞬態(tài)平面熱源法的測試效率，我們增加了一個程序控制的多通道掃描開關(guān)，即采用多探頭多試樣同時測量技術(shù)，充分利用試樣溫度穩(wěn)定這段等待時間，既保證了每個獨立試樣的有效測試時間間隔，又能限度提高樣品測試數(shù)量，提高測試效率。

（4）試樣多樣化安裝

為了滿足固體、粉體和膏狀等不同形式材料的導(dǎo)熱系數(shù)測量，瞬態(tài)平面熱源法熱導(dǎo)率測試系統(tǒng)配備了專門設(shè)計的試樣容器。

（5）各向異性導(dǎo)熱系數(shù)測量

為了適用于多層材料、纖維增強塑料等各向異性樣品的熱傳導(dǎo)性能的測試，瞬態(tài)平面熱源法導(dǎo)熱系數(shù)測試系統(tǒng)配備了專門設(shè)計的測試軟件，可進(jìn)行厚度和面內(nèi)方向的導(dǎo)熱系數(shù)測量。

（6）薄膜材料導(dǎo)熱系數(shù)測量

瞬態(tài)平面熱源法導(dǎo)熱系數(shù)測試系統(tǒng)還可用于單層薄膜樣品如織物、高聚物薄膜、陶瓷薄膜、纖維材料、紙和陶瓷上的濺射金屬涂層等材料的導(dǎo)熱系數(shù)測試。樣品厚度范圍為0.01～2 mm，導(dǎo)熱系數(shù)測試范圍0.005～10 W/mK

三. 技術(shù)指標(biāo)

（1）溫度變化范圍：-269℃～250℃（依據(jù)所用溫度環(huán)境裝置）。

（2）氣壓控制范圍：3Pa～個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，氣體可以是空氣、氮氣等，波動率小于±1%。

（3）通道數(shù)：4線制連接，共8個通道。手動切換和計算機程控切換，最多可同時測量8組試樣。

（4）試樣形式和尺寸：試樣尺寸為50mm×50mm×40mm。

（5）試樣形式：固體、粉體、膏狀物、薄板和薄膜等。

（6）導(dǎo)熱系數(shù)測量范圍：0.005～500W/mK。

（7）導(dǎo)熱系數(shù)測量精度：優(yōu)于±5%。

（8）導(dǎo)熱系數(shù)測量重復(fù)性：優(yōu)于±7%。

（9）薄板試樣測試：薄板厚度范圍0.1～10mm，導(dǎo)熱系數(shù)測量范圍為10～500 W/mK。

（10）薄膜試樣測試：薄膜厚度范圍為0.01～2 mm，導(dǎo)熱系數(shù)測試范圍0.005～10 W/mK。

四. 應(yīng)用

（1）瞬態(tài)平面熱源法薄板試樣測試方法

對于薄板或薄片狀材料，瞬態(tài)平面熱源法中有專門的測試模型用于導(dǎo)熱系數(shù)測量，所測試的導(dǎo)熱系數(shù)是試樣整體的導(dǎo)熱系數(shù)，而不是面內(nèi)方向的導(dǎo)熱系數(shù)。如下圖所示，測量時先選擇兩塊厚度一致的樣品，精確測量樣品厚度后，將兩塊薄板樣品分別放置于探頭的兩邊，然后用兩塊相同材質(zhì)的絕熱隔熱材料壓緊，使探頭與樣品之間沒有空隙，以保證探頭產(chǎn)生的所有熱量均為樣品所吸收。

薄板樣品的直徑或邊長一般應(yīng)大于50mm。每片樣品的厚度可以從0.2mm至8mm不等，這取決于探頭半徑。薄板試樣測試方法與塊狀試樣測試方法有些類似，主要的區(qū)別有兩點：

被測薄板試樣的外側(cè)要用絕緣低導(dǎo)熱材料壓緊，使得試樣四周的熱損失與探測器加熱量相比非常小。

在試樣中的熱流傳遞主要在薄板試樣面內(nèi)方向上進(jìn)行，所以瞬態(tài)平面熱源法薄板測試模型假設(shè)試樣是無限大平板熱傳遞模型。