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分享一下早期熱導率測試的方法
點擊次數:3515 更新時間:2019-10-30
   分享一下早期熱導率測試的方法

  早的熱導率測試使用靜態方法,它的普遍特點是操作人員在已知樣品的壁厚上建立溫度梯度,並控製從(cong) 一邊傳(chuan) 遞到另一邊的熱量。常用的熱流是一維的,但有時也會(hui) 使用其它的形式。在測量中常用的變量是Guarded Hot Plate(GHP)。

  GHP是指防止熱量通過邊界從(cong) 係統散發出去的一種設置,例如在樣品周圍設置熱障。在這些方法中,熱量在樣品中傳(chuan) 遞的計算模型都比較簡單。該方法也是ASTM、ISO等機構發布的標準測量方法的基礎。有了標準的指導,理論上可以在實驗室建立自己的GHP,但人們(men) 一般還是購買(mai) 現成的設備。

  這些方法存在以下一些缺點:

  1、為(wei) 了使散發到環境中熱量達到小,要求樣品的尺寸很大。因為(wei) 樣品的麵積越大,其周邊的影響就會(hui) 越小。

  2、由於(yu) 該方法一般用於(yu) 絕熱材料,這些材料的熱擴散係數很低,要在樣品的壁厚上建立溫度梯度必須花費很長的時間。

  3、溫度梯度通常較大,有時達到50-60 oC,熱導率的測量結果多隻能是該溫度範圍內(nei) 的平均值,測量結果不能反映樣品中存在的相變或發生的反應。

  4、靜態法存在的大問題是熱電偶與(yu) 樣品表麵的接觸電阻對傳(chuan) 熱性能的影響,其中的差異所引起的誤差尚無法進行補償(chang) ,該誤差往往會(hui) 造成材料的絕熱性能測量值過高。

  當溫度很高、樣品是良導熱體(ti) 或樣品表麵比較粗糙時,接觸電阻產(chan) 生的問題更為(wei) 嚴(yan) 重。所以當熱導率高於(yu) 2W/mK 時,GHT就不能作為(wei) 熱導率的標準測量方法。

  那麽(me) 除了早期的靜態法之外如今出現了幾種另外幾種方法,下麵讓我們(men) 一起來看看吧。

  1、瞬態法

  與(yu) 靜態法不同,瞬態法在測量時發出一個(ge) 信號從(cong) 而在樣品中產(chan) 生熱量,同時測量溫度對時間的響應。我們(men) 可以分別測量熱擴散係數、熱導率,也可以對它們(men) 進行同時測量。激光發射法是測量熱擴散係數有名也是常用的瞬態方法。它一般不能對聚合物等熱擴散係數較小的材料進行測量,在此我們(men) 不做詳細說明,隻作簡要的介紹。該方法適用於(yu) 測量各向同性材料、固體(ti) 材料,也可以對如金屬這樣的良導熱體(ti) 進行測量;測量可以在高溫下進行,而且測量迅速。由於(yu) 該方法隻能得出熱擴散係數,因此要計算熱導率,還必須從(cong) 其它的測量中獲得熱容值。誤差在兩(liang) 次測量中的傳(chuan) 播會(hui) 降低測量的度。

  2、熱線法

  用於(yu) 測量聚合物和液體(ti) 傳(chuan) 熱性能的瞬態法是基於(yu) 熱線法的基礎開發出來的。熱線法的測量設備比較簡單,隻要將規定直徑和長度的金屬線的兩(liang) 端用連接器連接起來,並使之與(yu) 樣品接觸,然後在導線中通入電流產(chan) 生熱量。導線溫度的變化取決(jue) 於(yu) 樣品的冷卻效率。根據樣品溫度隨時間的變化計算熱導率,該方法不需要太多的硬件。簡單的設計使之成為(wei) 測量液體(ti) 熱導率的理想工具。但在測量固體(ti) 熱導率時碰到一些困難,問題同樣出在接觸電阻上。由於(yu) 液體(ti) 可以輕易地將導線潤濕,而要使固體(ti) 與(yu) 導線保持良好的接觸則非常難。

  3、熱帶法

  熱帶法也是在瞬態法基礎上開發出來,隻是將金屬線壓成扁平的金屬帶,提高與(yu) 樣品表麵的接觸。由於(yu) 帶狀物有一定的麵積,因此可以用來同時測量熱擴散係數和熱導率。熱帶法與(yu) 熱線法的工作原理一樣,都是將電流通過金屬產(chan) 生熱量,樣品的性質決(jue) 定了熱量傳(chuan) 遞到樣品中的方式。金屬帶隻能用於(yu) 測量絕緣的樣品。要得到較好的測量結果,樣品表麵的粗糙度應當非常小。許多商業(ye) 測試方法都基於(yu) 熱帶法和熱帶理論,也就是把金屬帶置於(yu) 基體(ti) 上,另一麵與(yu) 樣品接觸。終的響應隻有一半來自樣品,另一半來自已知熱導率的基體(ti) ,從(cong) 而降低了測量的靈敏度。