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穩態法測定導熱系數
  • 發布日期:2010-08-18      瀏覽次數:4911
    •      導熱系數常被用來衡量材料的導熱性能和保溫性能,是材料的一個重要參數。導熱系數(λ) 是指在穩定傳熱條件下,1m 厚的材料,兩側表面的溫差為1K(℃),在1h內,通過1m2 面積傳遞的熱量,單位為W/(m.K),此處的K可用代替。λ值越小,材料的絕熱性能越好。由于導熱系數的大小取決于被測物的結構組成、平均溫度、含水率、傳熱時間、兩側溫差等諸多因素,一般要通過實驗確定。導熱系數的測定方法現已發展了多種,它們有不同的適用領域、測量范圍、精度、準確度和試樣尺寸要求等,不同方法對同一樣品的測量結果可能會有較大的差別,因此選擇合適的測試方法是首要的。

         穩態法是經典的保溫材料的導熱系數測定方法,至今仍受到廣泛應用。其原理是利用穩定傳熱過程中,傳熱速率等于散熱速率的平衡狀態,根據傅里葉一維穩態熱傳導模型,由通過試樣的熱流密度、兩側溫差和厚度,計算得到導熱系數。原理簡單清晰,度高,但測量時間較長,對環境條件要求較高。
      熱流計法
      熱流計法是一種比較法,是用校正過的熱流傳感器測量通過樣品的熱流,得到的是導熱系數的值。測量時,將厚度一定的樣品插入于兩個平板間,設置一定的溫度梯度。使用校正過的熱流傳感器測量通過樣品的熱流,傳感器在平板與樣品之間和樣品接觸。測量樣品的厚度、上下板間的溫度梯度及通過樣品的熱流便可計算導熱系數。


      熱流法是目前國際上比較流行的測量方法。除固體材料,還可用于多孔纖維、聚合物基復合材料、高分子材料等的導熱系數的測定。優點在于精度高。導熱系數測試儀適用于材料的研發、質量控制等精密測量。  

      缺點在于測量材料的導熱系數范圍比較窄,溫度范圍有限,只能測量低導熱系數材料和絕熱保溫材料。
      護熱平板法
          護熱平板法其工作原理和熱流法相似,是目前公認的準確度zui高的方法,可用于基準樣品的標定和其他儀器的校準,實驗裝置多采用雙試件結構。熱源位于同一材料的兩塊樣品中間。使用兩塊樣品是為了獲得向上與向下方向對稱的熱流,并使加熱器的能量被測試樣品完全吸收。測量過程中,設定輸入到熱板上的能量。通過調整輸入到輔助加熱器上的能量,對熱源與輔助板之間的測量溫度和溫度梯度進行調整。熱板周圍的保護加熱器與樣品的放置方式確保從熱板到輔助加熱器的熱流是線性的、一維的。輔助加熱器后是散熱器,散熱器和輔助加熱器接觸良好,確保熱量的移除與改善控制。測量加到熱板上的能量、溫度梯度及兩片樣品的厚度,應用 Fourier方程便能夠算出材料的導熱系數。



      相比熱流法,護熱板法更,是目前測量導熱系數精度zui高的方法。優點是溫度范圍寬(-180~700℃)與量程廣(zui高可達2W/m•K)。此外,保護熱板法使用得是法——無需對測量單元進行標定。缺點就是,測量時間長,儀器價格昂高,并且不能研究濕材料的熱傳導性能,不能用于薄膜、涂層等厚度小的樣品。

          穩態法適合在中等溫度下測量的導熱系數材料,其中護熱平板法度zui高,但是測量速度慢、過程較復雜、價格昂貴,熱流計法則快速、,但是測量范圍較窄。

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