穩態(tài)熱流法導熱系數檢測 廣州導熱系數測試  

導熱系數的表征有多種方法，熱流法、熱線(xiàn)法、瞬態(tài)平面熱板法等。

導熱系數測試方法的演化

導熱系數的測試主要有穩態(tài)法和非穩態(tài)法。

最早出現的是穩態(tài)法。常見(jiàn)的穩態(tài)法有熱流計法和防護熱板法。熱流計法，將熱流傳感器放置于樣品和冷板間，測量通過(guò)樣品的熱流，進(jìn)而測試樣品的導熱系數。防護熱板法[1]的測試和熱流法類(lèi)似，測試時(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防護板，垂直穿過(guò)試樣到達冷板，此時(shí)外防護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)而測試得到導熱系數。

穩態(tài)法的測試特點(diǎn)[3]是保持被測物質(zhì)溫度梯度不變，形成穩態(tài)傳熱，通過(guò)傅立葉定律得到被測物質(zhì)的導熱系數。剛開(kāi)始穩態(tài)法主要用于測試導熱系數低的物質(zhì)，隨著(zhù)高導熱材料的需求越來(lái)越大，高導熱材料很難保持溫度梯度不變，穩態(tài)法不能滿(mǎn)足高導熱物質(zhì)導熱系數的測試，加上穩態(tài)法中穩態(tài)溫度場(chǎng)達到的時(shí)間長(cháng)、穩態(tài)法測試效率低，對被測物質(zhì)的尺寸較為嚴格，非穩態(tài)法便產(chǎn)生了。

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

1960年代最早出現了熱線(xiàn)法。熱線(xiàn)法控制樣品溫度的同時(shí)，將恒定功率的線(xiàn)狀導電體放置于兩塊樣品的平面間，通過(guò)測量?jì)蓚€(gè)時(shí)間點(diǎn)的溫度變化來(lái)計算樣品的導熱系數。熱線(xiàn)法主要用于測試蓬松物質(zhì)的導熱系數，如粉末。對于液體和固體的導熱系數，熱線(xiàn)法測試誤差較大，接觸熱阻的影響較大。

圖4 熱線(xiàn)法導熱系數測試原理及電路鏈接示意圖[2]

在熱線(xiàn)法的基礎上，1970年代發(fā)展了熱帶法。熱帶法測試原理和熱線(xiàn)法測試原理相同，不同的是將線(xiàn)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(kāi)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，利用紅外檢測器檢測熱信號，從而分析得到熱擴散系數。激光導熱法直接得到的是熱擴散系數，后期通過(guò)擴散系數和密度、比熱計算可以得到導熱系數。

圖5 激光法測試熱擴散系數原理示意圖

同期，經(jīng)過(guò)熱線(xiàn)法和熱帶法的發(fā)展，形成了一種新的測試方法，瞬態(tài)平面熱板法，也稱(chēng)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(xiàn)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，同時(shí)采用數學(xué)模型模擬傳熱過(guò)程。Hotdisk熱常數分析儀就是基于瞬態(tài)平面熱源法研制而成。

2.2 導熱系數測