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導(dǎo)熱系數(shù)測量方法及區(qū)別

目錄:媒體報道星級:3星級人氣:-發(fā)表時間:2017-04-21 16:38:00
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 導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法很多,根據(jù)不同的測量對象和測量范圍有各種適用的方法,在產(chǎn)品測量實踐的過程中主要可以分為穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法兩大類,兩種測量方法針對不同類型的產(chǎn)品具有各自不同的測試原理和優(yōu)勢。

1、動態(tài)法

動態(tài)法是最近幾十年內(nèi)新開發(fā)的測量方法,用于研究高導(dǎo)熱系數(shù)材料或在高溫度條件下進(jìn)行測量。

其工作原理是:提供樣品一固定功率的熱源,記錄樣品本身溫度隨時間的變化情形,由時間與溫度變化的關(guān)系求得樣品的熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)和熱容。適合于測量高導(dǎo)熱系數(shù)材料或在高溫條件下的測量。適用于金屬、石墨烯、合金、陶瓷、粉末、纖維等同質(zhì)均勻的材料。

(1)激光閃射法

激光閃射法的測量范圍很寬,激光閃光法測量材料導(dǎo)熱系數(shù)的原理是根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)K與熱擴(kuò)散系數(shù)a、比熱容cp和體積密度ρ三者之間的關(guān)系:

首先測出試樣的體積密度ρ, 然后分別或者同時測量出材料的熱擴(kuò)散系數(shù)a和比熱容cp , 則可計算出材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

測試類別:銅箔、鐵片、鋁片、石墨烯、合金、塑料、陶瓷、橡膠、多層復(fù)合材料、粉末、纖維(需壓片)等各向同性、均質(zhì)、不透光的材料。

 

(2)瞬態(tài)熱線法

瞬態(tài)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)中放入一根熱線。測試時,在熱線上施加一個恒定的加熱功率,使其溫度上升。測量熱線本身或平行于熱線的一定距離上的溫度隨時間上升的關(guān)系。由于被測材料的導(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)。這種方法測量時間比較短,所測量材料的導(dǎo)熱系數(shù)范圍一般是 0.1W/mK 到幾十之間。

現(xiàn)在研究較多的是瞬態(tài)熱線法,因為理論上來講,熱線法是固體、液體、氣體的導(dǎo)熱系數(shù)都是可以測量的,是現(xiàn)在國際導(dǎo)熱系數(shù)研究領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的最好的測試方法。但是真正能把熱線法做好也是很不容易的,需要特別專業(yè)的科研人員花很長時間研究,如果只是照著一些國內(nèi)或國際標(biāo)準(zhǔn)做出來的儀器,也是會有很多問題的。

導(dǎo)熱系數(shù)測量方法 

2、穩(wěn)態(tài)法

穩(wěn)態(tài)法是一種基準(zhǔn)方法,最開始是用于檢測其他方法精度的依據(jù)。但是實際上,穩(wěn)態(tài)法能準(zhǔn)確測量的影響因素太多,而且操作不方便,需要操作人員具有比較強(qiáng)的專業(yè)知識,所以現(xiàn)在連國外基本都不用穩(wěn)態(tài)法了,改而研究瞬態(tài)法。國內(nèi)市場上現(xiàn)有的儀器恐怕多少都會有些技術(shù)上的問題是沒有解決的,所以精度和穩(wěn)定性方面還會有些問題。但是穩(wěn)態(tài)法是經(jīng)典的保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)測定方法,至今仍受到廣泛應(yīng)用。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),根據(jù)傅里葉一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)模型,由通過試樣的熱流密度、兩側(cè)溫差和厚度,計算得到導(dǎo)熱系數(shù)。穩(wěn)態(tài)法適合在中等溫度下測量的導(dǎo)熱系數(shù)材料。適用于巖土、塑料、橡膠、玻璃、絕熱保溫材料等低導(dǎo)熱系數(shù)材料。

 

(1)熱流計法

熱流計法是一種比較法,是用校正過的熱流傳感器測量通過樣品的熱流,得到的是導(dǎo)熱系數(shù)的絕對值。測量時,將厚度一定的樣品**于兩個平板間,設(shè)置一定的溫度梯度。使用校正過的熱流傳感器測量通過樣品的熱流,傳感器在平板與樣品之間和樣品接觸。測量樣品的厚度、上下板間的溫度梯度及通過樣品的熱流便可計算試樣的導(dǎo)熱系數(shù)。熱流法測試材料的導(dǎo)熱系數(shù)范圍比較窄(0.015-5W/m·k),溫度范圍為熱板90℃,冷板0℃~70℃。

導(dǎo)熱系數(shù)方法

(2) 護(hù)熱平板法

護(hù)熱平板法其工作原理和熱流法相似。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,并使加熱器的能量被測試樣品完全吸收。測量過程中,精確設(shè)定輸入到熱板上的能量。通過調(diào)整輸入到輔助加熱器上的能量,對熱源與輔助板之間的測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、一維的。輔助加熱器后是散熱器,散熱器和輔助加熱器接觸良好,確保熱量的移除與改善控制。測量加到熱板上的能量、溫度梯度及兩片樣品的厚度,便能夠算出材料的導(dǎo)熱系數(shù)。護(hù)熱平板法是直接測量絕熱材料和建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)與熱阻,導(dǎo)熱系數(shù)范圍:0.0015~0.8 W/m·K,應(yīng)用領(lǐng)域包括:纖維板、礦棉、泡沫塑料、真空絕熱板、復(fù)合板,木材等材料。

 

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