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分享一下早期热导率测试的方法
点击次数:1904 发布时间:2019-10-30
   分享一下早期热导率测试的方法

  早的热导率测试使用静态方法,它的普遍特点是操作人员在已知样品的壁厚上建立温度梯度,并控制从一边传递到另一边的热量。常用的热流是一维的,但有时也会使用其它的形式。在测量中常用的变量是Guarded Hot Plate(GHP)。

  GHP是指防止热量通过边界从系统散发出去的一种设置,例如在样品周围设置热障。在这些方法中,热量在样品中传递的计算模型都比较简单。该方法也是ASTM、ISO等机构发布的标准测量方法的基础。有了标准的指导,理论上可以在实验室建立自己的GHP,但人们一般还是购买现成的设备。

  这些方法存在以下一些缺点:

  1、为了使散发到环境中热量达到小,要求样品的尺寸很大。因为样品的面积越大,其周边的影响就会越小。

  2、由于该方法一般用于绝热材料,这些材料的热扩散系数很低,要在样品的壁厚上建立温度梯度必须花费很长的时间。

  3、温度梯度通常较大,有时达到50-60 oC,热导率的测量结果多只能是该温度范围内的平均值,测量结果不能反映样品中存在的相变或发生的反应。

  4、静态法存在的大问题是热电偶与样品表面的接触电阻对传热性能的影响,其中的差异所引起的误差尚无法进行补偿,该误差往往会造成材料的绝热性能测量值过高。

  当温度很高、样品是良导热体或样品表面比较粗糙时,接触电阻产生的问题更为严重。所以当热导率高于2W/mK 时,GHT就不能作为热导率的标准测量方法。

  那么除了早期的静态法之外如今出现了几种另外几种方法,下面让我们一起来看看吧。

  1、瞬态法

  与静态法不同,瞬态法在测量时发出一个信号从而在样品中产生热量,同时测量温度对时间的响应。我们可以分别测量热扩散系数、热导率,也可以对它们进行同时测量。激光发射法是测量热扩散系数有名也是常用的瞬态方法。它一般不能对聚合物等热扩散系数较小的材料进行测量,在此我们不做详细说明,只作简要的介绍。该方法适用于测量各向同性材料、固体材料,也可以对如金属这样的良导热体进行测量;测量可以在高温下进行,而且测量迅速。由于该方法只能得出热扩散系数,因此要计算热导率,还必须从其它的测量中获得热容值。误差在两次测量中的传播会降低测量的度。

  2、热线法

  用于测量聚合物和液体传热性能的瞬态法是基于热线法的基础开发出来的。热线法的测量设备比较简单,只要将规定直径和长度的金属线的两端用连接器连接起来,并使之与样品接触,然后在导线中通入电流产生热量。导线温度的变化取决于样品的冷却效率。根据样品温度随时间的变化计算热导率,该方法不需要太多的硬件。简单的设计使之成为测量液体热导率的理想工具。但在测量固体热导率时碰到一些困难,问题同样出在接触电阻上。由于液体可以轻易地将导线润湿,而要使固体与导线保持良好的接触则非常难。

  3、热带法

  热带法也是在瞬态法基础上开发出来,只是将金属线压成扁平的金属带,提高与样品表面的接触。由于带状物有一定的面积,因此可以用来同时测量热扩散系数和热导率。热带法与热线法的工作原理一样,都是将电流通过金属产生热量,样品的性质决定了热量传递到样品中的方式。金属带只能用于测量绝缘的样品。要得到较好的测量结果,样品表面的粗糙度应当非常小。许多商业测试方法都基于热带法和热带理论,也就是把金属带置于基体上,另一面与样品接触。终的响应只有一半来自样品,另一半来自已知热导率的基体,从而降低了测量的灵敏度。

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