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分享一下早期熱導(dǎo)率測試的方法
點擊次數(shù):3015 更新時間:2019-10-30
   分享一下早期熱導(dǎo)率測試的方法

  早的熱導(dǎo)率測試使用靜態(tài)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(tǒng)散發(fā)出去的一種設(shè)置,例如在樣品周圍設(shè)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(jī)構(gòu)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)測量方法的基礎(chǔ)。有了標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo),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(xiàn)成的設(shè)備。

  這些方法存在以下一些缺點:

  1、為了使散發(fā)到環(huán)境中熱量達(dá)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(kuò)散系數(shù)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(dá)到50-60 oC,熱導(dǎo)率的測量結(jié)果多只能是該溫度范圍內(nèi)的平均值,測量結(jié)果不能反映樣品中存在的相變或發(fā)生的反應(yīng)。

  4、靜態(tài)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(jìn)行補(bǔ)償,該誤差往往會造成材料的絕熱性能測量值過高。

  當(dāng)溫度很高、樣品是良導(dǎo)熱體或樣品表面比較粗糙時,接觸電阻產(chǎn)生的問題更為嚴(yán)重。所以當(dāng)熱導(dǎo)率高于2W/mK 時,GHT就不能作為熱導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)測量方法。

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

  1、瞬態(tài)法

  與靜態(tài)法不同,瞬態(tài)法在測量時發(fā)出一個信號從而在樣品中產(chǎn)生熱量,同時測量溫度對時間的響應(yīng)。我們可以分別測量熱擴(kuò)散系數(shù)、熱導(dǎo)率,也可以對它們進(jìn)行同時測量。激光發(fā)射法是測量熱擴(kuò)散系數(shù)有名也是常用的瞬態(tài)方法。它一般不能對聚合物等熱擴(kuò)散系數(shù)較小的材料進(jìn)行測量,在此我們不做詳細(xì)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(dǎo)熱體進(jìn)行測量;測量可以在高溫下進(jìn)行,而且測量迅速。由于該方法只能得出熱擴(kuò)散系數(shù),因此要計算熱導(dǎo)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(tài)法是基于熱線法的基礎(chǔ)開發(fā)出來的。熱線法的測量設(shè)備比較簡單,只要將規(guī)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(dǎo)線中通入電流產(chǎn)生熱量。導(dǎo)線溫度的變化取決于樣品的冷卻效率。根據(jù)樣品溫度隨時間的變化計算熱導(dǎo)率,該方法不需要太多的硬件。簡單的設(shè)計使之成為測量液體熱導(dǎo)率的理想工具。但在測量固體熱導(dǎo)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(dǎo)線潤濕,而要使固體與導(dǎo)線保持良好的接觸則非常難。

  3、熱帶法

  熱帶法也是在瞬態(tài)法基礎(chǔ)上開發(fā)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(kuò)散系數(shù)和熱導(dǎo)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(chǎn)生熱量,樣品的性質(zhì)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(jié)果,樣品表面的粗糙度應(yīng)當(dāng)非常小。許多商業(yè)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(yīng)只有一半來自樣品,另一半來自已知熱導(dǎo)率的基體,從而降低了測量的靈敏度。

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