高温平板导热系数测定仪中温差代表被测材料两个传热面上温度的差值。
导热系数仪是一种基于傅立叶导热定律而进行材料导热系数测量的仪器,在导热过程中,单位时间内通过给定截面的热量,与该截面的面积和垂直于该截面方向的温度梯度成正比。
常见导热系数的测量方法
导热系数的测量方法主要分为两类:稳态法和瞬态法。
稳态法中,通过热源对样品加热,使加热和散热过程达到平衡状态,形成稳定的温度场。
利用温度梯度和单位面积上的传热速率,结合傅里叶定律计算样品的导热系数。
而瞬态法中,试样温度分布随时间变化,通过监测表面温度变化速率确定热扩散系数,进而得到导热系数。
热扩散系数是高温区热量传递至低温区速率的快慢,数值上为导热系数与体积热容之比。
傅里叶定律描述了材料内热流密度与温度梯度成正比的关系。
基于此定律,导热系数稳态测量方法包括热板法、防护热板法、热流计法和防护热流计法。
这些方法适用于低导热性材料的测量,而瞬态法中的热线法、热带法、激光闪射法和瞬态板式热源法适用于高导热材料及高温测试。
热板法将试样置于热板与冷板之间,通过计算热板与冷板间平均温差,结合厚度与热流量,得到导热系数。
防护热板法通过增加防护层减少侧边热损失。
热流计法则测量热流量,结合厚度与上下表面温度,计算导热系数。
稳态测试方法的优点包括:测量简单、快速,适用于低导热系数材料。
但缺点有:测试效率低,测试时间长,对绝热条件和样品尺寸要求高,不适用于粉末、液体和气体试样,且仅适用于各向同性材料。
相比之下,瞬态法在稳定热源条件下测量样品温度对时间的响应,无需达到热平衡,测试时间短,测量精度高,适用于广范围温度和量程,且对接触热阻影响小。
热线法通过金属线作为加热热源和温度传感器,其升温速率与材料导热性相关,计算公式为:热线法的优点在于消除边界热损失,获得数据更可靠。
缺点包括:在低压气体和高温测试条件下精度较低,不适合薄膜试样。
热带法采用金属片作为加热热源和温度传感器,厚度越薄,热阻越小,测量结果更准确。
适用于松散材料和非导电固体,但加热功率过高会影响内部温度场分布,造成误差。
激光闪射法利用激光束作为加热热源,通过非线性拟合温度与时间曲线,计算材料热扩散系数和导热系数。
优点有:计算简单、试样尺寸要求不高、测试时间短、测量范围广。
但仅适用于各向同性材料,测量热扩散系数小的材料时误差偏大。
瞬态板式热源法(TPS)改进了测试方法,采用薄膜式传感器,减少了样品大小和接触热阻,提高了测试速度和精度。
其优点包括:无需破坏样品,无需预处理,适用于多孔类和透明材料,探头与样品间热阻不影响结果,可直接测量温升,同时获得导热率、热扩散系数和体积热容参数。
可测量固体、粉末、液体、气体、薄膜和各向异性材料,具有单向和双向测量选择,提高了精确度。
Hot Disk探头采用金属镍箔作为电阻式温度传感器和加热热源,具有高响应灵敏度,适用于30K至1000K温度范围内的材料导热系数测量。
镍在350℃至400℃间会经历相变,需谨慎测试,以免对探头造成不可逆性伤害。
金属镍可用于30K至450K的测试,使用聚酰亚胺薄膜;400K至1000K的测试需使用特制云母绝缘盘。
目前,测量温度范围超过1000K的新传感器绝缘材料尚处于研发阶段。
聚四氟乙烯绝缘防护层的探头用于测试腐蚀或高粘度材料。
怎样检测铝合金的高温导热率?
铝合金热传导系数测试使用激光闪射法.激光散射技术是指用激光作光源,在入射光方向以外,借检测散射光强度、频移及其角度依赖等而得到粒子重量、尺寸、分布及聚集态结构等信息的方法的统称,有着广阔的用途.就检测纳米材料而言,主要涉及频移及其角度依赖性的检测,这种散射技术又称动态光散射、准弹性光散射及光子相关光谱,分别以测定参数的性质、能量转移的大小及测定方法的原理而得名.样品尺寸:圆柱的片状:直径12.7mm±0.1mm或25.4mm±0.1mm,厚度:0.5mm~4mm。
测试标准:ASTM E1461测试项目:导热系数、热扩散系数、比热容导热系数范围:0.1~2000W/m·K测试温度:RT to 1000°C测试类别:金属、合金、塑料、陶瓷、橡胶、多层复合材料、粉末、纤维(需压片)、各向异性材料等特殊样品的导热性能,导热系数最高可以测2000W/mk。