導熱系數(shù)的測量方法
點擊次數(shù)：8669 更新時間：2022-06-15
導熱系數(shù)
測量方法
導熱系數(shù)測試方法，分為穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法（又稱為非穩(wěn)態(tài)法）兩類；
穩(wěn)態(tài)法有：平板法、護板法、熱流計法、熱箱法等
瞬態(tài)法有：法、探針法、熱盤法、熱帶法、激光法等
各種測試方法，有其自身的適用范圍。由于物質(zhì)具有固、液、氣三種狀態(tài)，不同狀態(tài)時，其導熱系數(shù)會差異很大；而不同狀態(tài)時導熱系數(shù)的測量也會有很大的不同；相比于固體、液體和氣體的測量更加困難，因為流體狀態(tài)物質(zhì)內(nèi)更容易發(fā)生自然對流，溫度場會很快發(fā)生變化，需要采集的速度相當快（如1秒），以避開自然對流的影響，所以對于儀器的要求會更高。
穩(wěn)態(tài)法
穩(wěn)態(tài)法是指當待測試樣上溫度分布達到穩(wěn)定后，即試樣內(nèi)溫度分布是不隨時間變化的穩(wěn)定的溫度場時，通過測定流過試樣的熱量和溫度梯度等參數(shù)來計算材料的導熱系數(shù)的方法。它是利用穩(wěn)定傳熱過程中，傳熱速率等于散熱速率的平衡條件來測量導熱系數(shù)。
穩(wěn)態(tài)法具有原理清晰、模型簡單、可準確直接地獲得熱導率值等優(yōu)點，并適于較寬溫區(qū)的測量；缺點是實驗條件苛刻、測量時間較長；穩(wěn)態(tài)法中，為了獲得準確的熱流，需要嚴格保證測試系統(tǒng)的絕熱條件，附設補償加熱器并增加保溫措施，以減小漏熱損失；為了獲得準確的溫度，需要布置多根熱電偶；為了保證一維導熱，通常對樣品的尺寸要求較大，而且為了保證整個受熱面溫度場的均勻一致，對樣品表面的平整度要求較高。
穩(wěn)態(tài)法主要用于測量固體材料的導熱系數(shù)，而要把它用于研究濕材料會遇到很大困難，因為試樣會由于長時間保證一定的溫度場而引起含濕量的變化，這將導致測量結果不正確。
瞬態(tài)法
隨著新材料的發(fā)展，對測試速度的要求大大提高，而且因為新材料的多樣性（多層，多孔），傳統(tǒng)的方法獲得的參數(shù)并不能準確反映材料的性質(zhì)，傳統(tǒng)的模型也不能準確反映所要研究的過程，因此瞬態(tài)法開始廣受關注。
瞬態(tài)法是指實驗測量過程中試樣溫度隨時間變化，通過測量試樣內(nèi)某些點溫度變化的情況以及其他一些需要的參數(shù)，從而確定試樣導熱系數(shù)的方法，其分析的出發(fā)點是非穩(wěn)態(tài)導熱微分方程。
瞬態(tài)法可分為周期熱流法和瞬態(tài)熱流法，而瞬態(tài)熱流法中的瞬態(tài)法、熱盤法、熱帶法、探針法和準穩(wěn)態(tài)法屬于直接測量，閃光法、運動熱源法和比較法等方法屬于間接測量，其直接獲得的是試樣的熱擴散率，通過已知的比熱，密度間接求解導熱系數(shù)的方法，由于這類方法需要用到材料的比熱和密度值，因而導熱系數(shù)的測量準確度受到這兩個物理量準確度的限制。瞬態(tài)法是目前應用范圍廣的測量方法，可以測量氣體、液體、固體等物質(zhì)，測量準確度高。探針法實質(zhì)上是一種更為實用的線熱源法，主要用于測量食品、生物組織、土壤和其他松散材料的導熱系數(shù)。由于測試速度快，試件制作要求低，使用儀器簡單，特別適合現(xiàn)場測量。
瞬態(tài)法的優(yōu)勢在于速度快、可以獲得跟傳統(tǒng)法相當或者更好的測試精度，而且對試樣的要求低（通常需要很少量的樣品）；但從理論上看，瞬態(tài)法的導熱微分方程比較復雜，邊界條件難以準確確定，而且獲得準確的溫度隨時間的變化關系也比較困難。但是近幾十年來，隨著測量技術的進步，瞬態(tài)法由于測量時間短、性高和對環(huán)境要求低等優(yōu)點而得到了大力的發(fā)展。
2005 年，由英國國家物理實驗室（National Physical Laboratory）發(fā)起，聯(lián)合歐洲多個國家物性研究實驗室，聯(lián)合制定了關于瞬態(tài)法測量導熱系數(shù)的標準-Standard forContact Transient Methods of Measurement of Thermophysical Properties。
