導(dǎo)熱儀概述導(dǎo)熱系數(shù)是指單位時(shí)間內(nèi)在單位溫度梯度下沿?zé)崃鞣较蛲ㄟ^材料單位面積傳遞的熱量,單位為瓦每米開爾文[w/(m·k)] 。
導(dǎo)熱儀,又稱為熱導(dǎo)儀、導(dǎo)熱系數(shù)測定儀,是一種測量樣品(固體、液體或粉末)的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的函數(shù)關(guān)系的儀器。
工作原理導(dǎo)熱率,又稱為熱導(dǎo)率、導(dǎo)熱系數(shù),定義為單位溫度梯度在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)單位導(dǎo)熱面所傳遞的熱量。表示物體傳導(dǎo)熱量的能力。其導(dǎo)出式來源于傅立葉定律:
q=ka△t/d
r=△t/q
式中:q:熱量w
k:熱導(dǎo)率w/m.k
a:接觸面積
d:熱量傳遞距離
△t:溫度差
r:熱阻值
根據(jù)導(dǎo)熱機(jī)理不同,導(dǎo)熱系數(shù)測量方法分為穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法(也叫做非穩(wěn)態(tài)法)兩大類。
1、穩(wěn)態(tài)法
穩(wěn)態(tài)法是經(jīng)典的保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)測定方法,至今仍受到廣泛應(yīng)用。其原理是利用穩(wěn)定傳熱過程中,傳熱速率等于散熱速率的平衡狀態(tài),根據(jù)傅里葉一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)模型,由通過試樣的熱流密度、兩側(cè)溫差和厚度,計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)。原理簡單清晰,精確度高,但測量時(shí)間較長,對樣品和環(huán)境條件要求較高。
(1)熱流法
將厚度一定的方形樣品(例如長寬各30cm,厚10cm)插入于兩個(gè)平板間,設(shè)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。測量樣品厚度、溫度梯度與通過樣品的熱流便可計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)。
(2)保護(hù)熱流法導(dǎo)熱儀
其測量原理幾乎與普通的熱流法導(dǎo)熱儀相同。不同之處是測量單元被保護(hù)加熱器所包圍,因此測量溫度范圍和導(dǎo)熱系數(shù)范圍更寬。
(3)保護(hù)熱板法導(dǎo)熱儀
熱板法或保護(hù)熱板法導(dǎo)熱儀的工作原理和使用熱板與冷板的熱流法導(dǎo)熱儀相似。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?qū)ΨQ的熱流,并使加熱器的能量被測試樣品*吸收。測量過程中,精確設(shè)定輸入到熱板上的能量。通過調(diào)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(jìn)行調(diào)整。熱板周圍的保護(hù)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(yīng)用fourier方程便能夠算出材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
2、動態(tài)(瞬時(shí))測量法
動態(tài)測量法是近幾十年內(nèi)開發(fā)的導(dǎo)熱系數(shù)測量方法,用于研究中、高導(dǎo)熱系數(shù)材料,或在高溫度條件下進(jìn)行測量。動態(tài)法的特點(diǎn)是精確性高、測量范圍寬(高能達(dá)到2000℃)、樣品制備簡單。
(1)熱線法:
熱線法是在樣品(通常為大的塊狀樣品)中插入一根熱線。測試時(shí),在熱線上施加一個(gè)恒定的加熱功率,使其溫度上升。測量熱線本身或與熱線相隔一定距離的平板的溫度隨時(shí)間上升的關(guān)系。
測量熱線的溫升有多種方法。其中交叉線法是用焊接在熱線上的熱電偶直接測量熱線的溫升。平行線法是測量與熱線隔著一定距離的一定位置上的溫升。熱阻法是利用熱線(多為鉑絲)電阻與溫度之間的關(guān)系測量熱線本身的溫升。一般來說,交叉線法適用于導(dǎo)熱系數(shù)低于2w/m·k的樣品,熱阻法與平行線法適用于導(dǎo)熱系數(shù)更高的材料,其測量上線分別為15 w/m·k與20w/m·k。
(2)激光閃射法:
激光閃射法直接測量材料的熱擴(kuò)散性能。在已知樣品比熱與密度的情況下,便可以得到樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。
應(yīng)用激光閃射法時(shí),樣品在爐體中被加熱到所需的測試溫度。隨后,由激光器產(chǎn)生的一束短促激光脈沖對樣品的前表面進(jìn)行加熱。熱量在樣品中擴(kuò)散,使樣品背部的溫度上升。用紅外探測器測量溫度隨時(shí)間上升的關(guān)系。 根據(jù)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的數(shù)學(xué)模型,即可確定試樣的熱擴(kuò)散率。
應(yīng)用
導(dǎo)熱系數(shù)是一種重要的物理量。導(dǎo)熱儀主要用于金屬與合金、鉆石、陶瓷、石墨與碳纖維、填充塑料、高分子材料等的測試
而我公司所生產(chǎn)的dr3030智能導(dǎo)熱系數(shù)測定儀15-2可以廣泛用于耐熱和保溫材料的生產(chǎn)企業(yè)、相關(guān)質(zhì)量檢驗(yàn)部門和單位、高等院校以及科研院所。