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導熱系數(shù)測定儀測試標準、參數(shù)設置、工作原理、實驗方法

更新時間:2025-05-13      點擊次數(shù):376

導熱系數(shù)測定儀測試標準

導熱系數(shù)測定儀的測試標準根據(jù)測量原理和應用場景分為穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法兩大類,常用標準包括:

穩(wěn)態(tài)法相關標準

國家標準:GB/T 10294《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關特性的測定 防護熱板法》、GB/T 10295《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關特性的測定 熱流計法》。

國際標準:ISO 8302《熱絕緣 穩(wěn)態(tài)熱阻和相關特性的測定 防護熱板法》、ASTM C177《用防護熱板裝置測定穩(wěn)態(tài)熱通量和熱傳輸特性的標準試驗方法》。

非穩(wěn)態(tài)法相關標準

國家標準:GB/T 22588《閃光法測量熱擴散系數(shù)或?qū)嵯禂?shù)》、GB/T 11205《松散和粒狀材料熱導系數(shù)的測定 熱線法》。

國際標準:ASTM E1461《用激光閃射法測定熱擴散率的標準試驗方法》、ISO 22007-2《塑料 熱傳導性和熱擴散率的測定 第 2 部分:熱線法》。

導熱系數(shù)測定儀參數(shù)設置

根據(jù)儀器類型(穩(wěn)態(tài)法或非穩(wěn)態(tài)法),核心參數(shù)設置有所不同:

1. 穩(wěn)態(tài)法測定儀(以防護熱板法為例)

溫度控制參數(shù):熱板溫度(模擬高溫環(huán)境)、冷板溫度(模擬低溫環(huán)境),控溫精度通常需達到 ±0.1℃以內(nèi)。

試樣參數(shù):試樣厚度(需均勻,避免邊緣熱損失)、面積(與熱板 / 冷板接觸面積一致)、密度(用于后續(xù)導熱系數(shù)計算)。

數(shù)據(jù)采集參數(shù):穩(wěn)定時間(確保溫度場達到穩(wěn)態(tài),一般需數(shù)小時)、熱流密度(通過熱流傳感器測量通過試樣的熱流量)。

2. 非穩(wěn)態(tài)法測定儀(以熱線法為例)

加熱參數(shù):熱線功率(恒定功率或脈沖式加熱)、加熱時間(短時間內(nèi)施加穩(wěn)定熱流)。

時間參數(shù):溫度采集頻率(高頻采集以捕捉溫度隨時間的變化曲線)、測試周期(通常數(shù)分鐘內(nèi)完成)。

傳感器參數(shù):熱線材料(如鉑絲,需具備高電阻溫度系數(shù))、測溫精度(熱電偶或熱電阻,精度 ±0.01℃)。

導熱系數(shù)測定儀工作原理

1. 穩(wěn)態(tài)法(以防護熱板法為例)

基于傅里葉熱傳導定律(Q=?kAdΔT),通過在試樣兩側建立穩(wěn)定的溫度差(熱板與冷板),當熱流達到穩(wěn)態(tài)時,測量通過試樣的熱流量 Q,結合試樣面積 A、厚度 d 和溫度差 ΔT,計算導熱系數(shù) k=AΔTQd。

核心特點:適用于導熱系數(shù)較低的材料(如保溫材料),測量結果穩(wěn)定,但耗時較長。

2. 非穩(wěn)態(tài)法(以激光閃射法為例)

通過向試樣表面施加瞬時熱脈沖(如激光),測量試樣背面溫度隨時間的變化曲線,結合熱擴散系數(shù) α 和比熱容 c、密度 ρ,計算導熱系數(shù) k=αρc。

核心特點:適用于導熱系數(shù)較高的材料(如金屬、陶瓷),測量速度快(數(shù)秒至數(shù)分鐘),但需預先已知比熱容參數(shù)。

導熱系數(shù)測定儀實驗方法

1. 穩(wěn)態(tài)法實驗步驟(以熱流計法為例)

試樣準備:將材料加工為平整、無缺陷的片狀(尺寸與儀器適配,厚度≥10mm),表面清潔以確保與熱流計、冷熱板緊密接觸。

儀器校準:使用已知導熱系數(shù)的標準試樣(如標準石棉板)校準熱流計和溫度傳感器,確保測量精度。

安裝試樣:將試樣放置于熱流計與冷板之間,調(diào)整壓力使接觸均勻,避免邊緣熱損失(可使用防護環(huán)結構)。

參數(shù)設置:設定熱板溫度(如 50℃)、冷板溫度(如 25℃),啟動控溫系統(tǒng),待溫度場穩(wěn)定(溫度波動≤0.1℃持續(xù) 30 分鐘)。

數(shù)據(jù)采集:記錄熱流計輸出信號、冷熱板溫度、試樣厚度及面積,通過公式計算導熱系數(shù)(取多次測量平均值)。

2. 非穩(wěn)態(tài)法實驗步驟(以熱線法為例)

試樣準備:將熱線(如直徑 0.1mm 鉑絲)均勻埋入試樣中(適用于松散或塊狀材料),或直接放置于試樣表面(適用于薄膜材料)。

初始參數(shù)設置:輸入試樣密度、預估比熱容(若已知),設定加熱功率(如 10W/m)和加熱時間(如 60 秒)。

啟動測試:施加恒定電流加熱熱線,同步采集熱線溫度隨時間的變化曲線(前幾秒溫度快速上升,隨后進入線性增長階段)。

數(shù)據(jù)處理:根據(jù)熱線溫升曲線的斜率,結合熱線幾何尺寸和材料物性參數(shù),通過非穩(wěn)態(tài)熱傳導方程計算導熱系數(shù)。

注意事項

試樣的均勻性和表面接觸狀態(tài)直接影響測量精度,需避免氣泡、裂紋或雜質(zhì)。

穩(wěn)態(tài)法需嚴格控制環(huán)境溫度,避免外部熱擾動;非穩(wěn)態(tài)法對傳感器響應速度要求較高,需定期校準測溫元件。

不同標準適用于不同材料類型(如固體、液體、松散顆粒),需根據(jù)待測材料選擇合適的儀器和方法。




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