導熱系數(shù)測試儀采用瞬態(tài)熱線法,含交叉線法和平行線法,主要測量固態(tài)和粉狀材料在不同溫度下導熱系數(shù)、導溫系數(shù)(熱擴散系數(shù))和比熱容。具有度、分辨率、復現(xiàn)性等點。由計算機控制行自動測量。廣泛適用于研究院校、質(zhì)檢、廠礦等對材料的導熱系數(shù)測量。
本儀器是在我廠原HDRX2基礎上重新行開發(fā),提了測量度和重現(xiàn)性,結構更加合理,使用更方便。型號分類:HDRX3A主要采用交叉熱線法(也可用平行線法測量5w/mk以下的材料);HDRX3B采用平行線法,測量小于25w/mk的材料。
儀器參考標準:GB/5990-86《定形隔熱耐火制品導熱系數(shù)試驗方法(熱線法)》;GB/T17106-1997《耐火材料導熱系數(shù)實驗方法(平行線法)》;GB 11205-89《橡膠熱導率的測定(瞬態(tài)熱絲法)》; GB/T10297-1998《非金屬固體材料導熱系數(shù)的測定(熱線法)》等。
瞬態(tài)熱線法測量原理
瞬態(tài)熱線法的理論基礎是無限大介質(zhì)中的徑向維非穩(wěn)態(tài)導熱。設有根半徑為ro的無限長金屬線源豎直地插入液體中,線源的熱導率無限大,熱容量近似為零,液體和線源在初始時刻處于熱平衡,設平衡溫度為To,當突然給線源加恒定的熱q時,熱量從線源傳遞給被測材料。
Carslaw和Jaeger基于材料對無限小、長熱線源恒定熱的溫度響應給出了熱線法計算材料導熱系數(shù)數(shù)學解:
(1)
式中θ為探頭溫升,T為t時刻探頭溫度,T0為探頭初始溫度,q為加熱率,λ為樣品導熱系數(shù),α為樣品熱擴散系數(shù),r為測試徑向位置,Ei為數(shù)積分函數(shù),其表達式為:
(2)
其中μ=r2/4αt,當r2/4αt << 1時,可用其前兩項表示,從而得到:
(3)
其中歐拉常數(shù)C=0.57726。對上式兩端取微分可得到樣品導熱系數(shù):
(4)
以上推導忽略了探頭的尺寸和熱容等影響因素,實際測量中,由于探頭具有定體積和熱容,因此在探頭開始加熱時,樣品溫升會有個時間滯后,在對數(shù)時間—溫升曲線圖上表現(xiàn)為非線性段,這個時間取決于探針尺寸和結構,之后入線性段,后曲線將趨于平穩(wěn)。本儀器采用用篩選數(shù)據(jù)法取線性段上的數(shù)據(jù)行線性擬合,從而得到導熱系數(shù)值。當材料的導熱系數(shù)已計算出,也就能計算出熱擴散系數(shù)。
比熱容通過如下公式計算:
C=λ/(a*p)
a:熱擴散率,單位m2/s
λ:導熱系數(shù),單位W/(m·K)
p:密度,單位g/m3
C:比熱容,單位KJ/(kg·K)