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          分享一下早期熱導率測試的方法
          點擊次數:2510 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,并控制從一邊傳遞到另一邊的熱量。常用的熱流是一維的,但有時也會使用其它的形式。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系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,但人們一般還是購買現成的設備。

            這些方法存在以下一些缺點:

            1、為了使散發到環境中熱量達到小,要求樣品的尺寸很大。因為樣品的面積越大,其周邊的影響就會越小。

            2、由于該方法一般用于絕熱材料,這些材料的熱擴散系數很低,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只能是該溫度范圍內的平均值,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樣品表面的接觸電阻對傳熱性能的影響,其中的差異所引起的誤差尚無法進行補償,該誤差往往會造成材料的絕熱性能測量值過高。

            當溫度很高、樣品是良導熱體或樣品表面比較粗糙時,接觸電阻產生的問題更為嚴重。所以當熱導率高于2W/mK 時,GHT就不能作為熱導率的標準測量方法。

            那么除了早期的靜態法之外如今出現了幾種另外幾種方法,下面讓我們一起來看看吧。

            1、瞬態法

            與靜態法不同,瞬態法在測量時發出一個信號從而在樣品中產生熱量,同時測量溫度對時間的響應。我們可以分別測量熱擴散系數、熱導率,也可以對它們進行同時測量。激光發射法是測量熱擴散系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系數較小的材料進行測量,在此我們不做詳細說明,只作簡要的介紹。該方法適用于測量各向同性材料、固體材料,也可以對如金屬這樣的良導熱體進行測量;測量可以在高溫下進行,而且測量迅速。由于該方法只能得出熱擴散系數,因此要計算熱導率,還必須從其它的測量中獲得熱容值。誤差在兩次測量中的傳播會降低測量的度。

            2、熱線法

            用于測量聚合物和液體傳熱性能的瞬態法是基于熱線法的基礎開發出來的。熱線法的測量設備比較簡單,只要將規定直徑和長度的金屬線的兩端用連接器連接起來,并使之與樣品接觸,然后在導線中通入電流產生熱量。導線溫度的變化取決于樣品的冷卻效率。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測量液體熱導率的理想工具。但在測量固體熱導率時碰到一些困難,問題同樣出在接觸電阻上。由于液體可以輕易地將導線潤濕,而要使固體與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,只是將金屬線壓成扁平的金屬帶,提高與樣品表面的接觸。由于帶狀物有一定的面積,因此可以用來同時測量熱擴散系數和熱導率。熱帶法與熱線法的工作原理一樣,都是將電流通過金屬產生熱量,樣品的性質決定了熱量傳遞到樣品中的方式。金屬帶只能用于測量絕緣的樣品。要得到較好的測量結果,樣品表面的粗糙度應當非常小。許多商業測試方法都基于熱帶法和熱帶理論,也就是把金屬帶置于基體上,另一面與樣品接觸。終的響應只有一半來自樣品,另一半來自已知熱導率的基體,從而降低了測量的靈敏度。

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