固体导热系数的测量

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2014/10/14,#,固体,导热系数的测量,2012031524,徐尧,从传,热机,理上分，包括,稳态,法和非,稳态,法；,稳态,法包括平板法、护板法、热流计法等；非稳态法又称为瞬态法，包括热线法、热盘法、激光法等。,是一种物性参数，表征的是材料导热性能的优劣，其,单位为,W/(mK),，,对于各项异性材料，各个方向的导热系数是不同的，常要用张量来表示。,傅里叶在研究了固体的热传定律后，建立了导热定律。他指出，当物体的内部有,温度梯度,存在时，热量将从高温处传向低温处。如果在物体内部取两个垂直于热传导方向，彼此,相距为,h,的,两个平面，其面积元,为,D,，,温度分别,为,T,1,和,T,2,，,则,有,热流计法,热流计,（,Heat Flow Calorimeter,Heat Flux Meter,）也称,热通量计,，,热流仪,，其全称是,热流密度计,。,热流计是热能转移过程的量化检测仪器，是用于测量热传递过程中热迁移量的大小、评价,热传递,性能的重要工具。既热流（密度）的大小表征热量转移的程度。换句话说，热流计是测量在不同物质间热量传递大小和方向的仪器,。,热流计构成,:,由,热流传感器,、显示仪表及联接导线组成。显示仪表可以是,数字电压表,，也可以是,数据记录仪,或,数据采集系统,。,热流计法是一种比较法，是用校正过的热流传感器测量通过样品的热流，得到的是导热系数的绝对值。,测量时，将厚度一定的样品插入于两个平板间，设置一定的温度梯度。使用校正过的热流传感器测量通过样品的热流，传感器在平板与样品之间和样品接触。测量样品的厚度、上下板间的温度梯度及通过样品的热流便可计算导热系数。,热流法是目前国际上比较流行的测量方法。除固体材料，还可用于多孔纤维、聚合物基复合材料、高分子材料等的导热系数的测定。优点在于精度高。日本,EKO,公司的,HC-074,系列导热系数测定仪其精度可优于,1%,，重复性,0.2%,，再现性,0.5%,，适用于材料的研发、质量控制等精密测量。缺点在于测量材料的导热系数范围比较窄，温度范围有限，只能测量低导热系数材料和绝热保温材料。,2,，护热平板法 护热平板法其工作原理和热流法相似，是目前公认的准确度最高的方法，可用于基准样品的标定和其他仪器的校准，实验装置多采用双试件结构。热源位于同一材料的两块样品中间。使用两块样品是为了获得向上与向下方向对称的热流，并使加热器的能量被测试样品完全吸收。测量过程中，精确设定输入到热板上的能量。通过调整输入到辅助加热器上的能量，对热源与辅助板之间的测量温度和温度梯度进行调整。热板周围的保护加热器与样品的放置方式确保从热板到辅助加热器的热流是线性的、一维的。辅助加热器后是散热器，散热器和辅助加热器接触良好，确保热量的移除与改善控制。测量加到热板上的能量、温度梯度及两片样品的厚度，应用,Fourier,方程便能够算出材料的导热系数。相比热流法，护热板法更精确，是目前测量导热系数精度最高的方法。优点是温度范围宽（,-180700,）与量程广（最高可达,2W/mK,）。此外，保护热板法使用得是绝对法,无需对测量单元进行标定。缺点就是，测量时间长，仪器价格昂高，并且不能研究湿材料的热传导性能，不能用于薄膜、涂层等厚度小的样品。,The end,