穩(wěn)態(tài)熱流法導(dǎo)熱系數(shù)檢測(cè) 廣州導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試  

導(dǎo)熱系數(shù)的表征有多種方法，熱流法、熱線法、瞬態(tài)平面熱板法等。

導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試主要有穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法。

最早出現(xiàn)的是穩(wěn)態(tài)法。常見的穩(wěn)態(tài)法有熱流計(jì)法和防護(hù)熱板法。熱流計(jì)法，將熱流傳感器放置于樣品和冷板間，測(cè)量通過樣品的熱流，進(jìn)而測(cè)試樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。防護(hù)熱板法[1]的測(cè)試和熱流法類似，測(cè)試時(shí)將兩塊樣品交替放置于冷板和熱板之間，熱量從中心板傳遞到內(nèi)防護(hù)板，垂直穿過試樣到達(dá)冷板，此時(shí)外防護(hù)板溫度顯示冷板和熱板的平均溫度，降低了樣品邊緣熱交換，形成一維垂直熱流，進(jìn)而測(cè)試得到導(dǎo)熱系數(shù)。

穩(wěn)態(tài)法的測(cè)試特點(diǎn)[3]是保持被測(cè)物質(zhì)溫度梯度不變，形成穩(wěn)態(tài)傳熱，通過傅立葉定律得到被測(cè)物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)。剛開始穩(wěn)態(tài)法主要用于測(cè)試導(dǎo)熱系數(shù)低的物質(zhì)，隨著高導(dǎo)熱材料的需求越來越大，高導(dǎo)熱材料很難保持溫度梯度不變，穩(wěn)態(tài)法不能滿足高導(dǎo)熱物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試，加上穩(wěn)態(tài)法中穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)達(dá)到的時(shí)間長、穩(wěn)態(tài)法測(cè)試效率低，對(duì)被測(cè)物質(zhì)的尺寸較為嚴(yán)格，非穩(wěn)態(tài)法便產(chǎn)生了。

非穩(wěn)態(tài)法又稱為瞬態(tài)法，主要包括熱線法、熱帶法、瞬態(tài)平面熱板法、激光閃射法等。

1960年代最早出現(xiàn)了熱線法。熱線法控制樣品溫度的將恒定功率的線狀導(dǎo)電體放置于兩塊樣品的平面間，通過測(cè)量兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的溫度變化來計(jì)算樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。熱線法主要用于測(cè)試蓬松物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，如粉末。對(duì)于液體和固體的導(dǎo)熱系數(shù)，熱線法測(cè)試誤差較大，接觸熱阻的影響較大。

圖4 熱線法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試原理及電路鏈接示意圖[2]

在熱線法的基礎(chǔ)上，1970年代發(fā)展了熱帶法。熱帶法測(cè)試原理和熱線法測(cè)試原理相同，不同的是將線狀的熱源改變成了帶狀的熱源，從而增加熱源和物質(zhì)的接觸，降低接觸熱阻的影響。

1980年代，激光閃射法也開始發(fā)展。激光閃射法主要依靠激光源或閃光氙燈瞬間發(fā)射脈沖光束作為熱源，照在樣品表面，利用紅外檢測(cè)器檢測(cè)熱信號(hào)，從而分析得到熱擴(kuò)散系數(shù)。激光導(dǎo)熱法直接得到的是熱擴(kuò)散系數(shù)，后期通過擴(kuò)散系數(shù)和密度、比熱計(jì)算可以得到導(dǎo)熱系數(shù)。

圖5 激光法測(cè)試熱擴(kuò)散系數(shù)原理示意圖

同期，經(jīng)過熱線法和熱帶法的發(fā)展，形成了一種新的測(cè)試方法，瞬態(tài)平面熱板法，也稱作瞬態(tài)平面熱源法和Hotdisk法。

瞬態(tài)平面熱源法不同于熱線法和熱帶法，將直熱源變成彎曲的熱源，形成平面熱源，小空間里獲得大的接觸面積，采用數(shù)學(xué)模型模擬傳熱過程。Hotdisk熱常數(shù)分析儀就是基于瞬態(tài)平面熱源法研制而成。