平板熱流計導熱儀在絕熱材料導熱系數(shù)測量中應用

目前，絕熱材料導熱系數(shù)的測量主要使用護熱平板法和平板熱流計法兩種方法，分別對應國標：GB/T10294-1988《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定 防護熱板法》；GB/T10295-1988《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定（熱流計法）》。國內(nèi)普遍使用護熱平板法，而國外發(fā)達國家主要使用平板熱流計法，其主要原因是國內(nèi)不能生產(chǎn)高精度、高分辨、快響應的熱流傳感器。平板熱流計法導熱儀結(jié)構(gòu)簡單、測試時間短、分辯高。超低導熱檢測更顯示其優(yōu)勢。

• 熱流傳感器原理：

熱流傳感器由銅箔、已知導熱系數(shù)材料、銅箔三層組成，如下圖所示。在兩銅箔面內(nèi)裝有熱電偶堆，測量兩銅箔面溫差。如熱流通過傳感器時，通過測量毫伏值可知熱流量，公式如下：

導熱系數(shù)公式：λ=（Q×H）/（△T×S）

                  λ——導熱系數(shù)

                  Q——熱流量

                  △T——冷熱測量面溫差

                  S——傳熱面積

因溫差與熱電偶堆輸出毫伏值成線性關(guān)系：

△T =K×V

             V——熱電偶堆輸出毫伏值

            △T——冷熱測量面溫差

             K——系數(shù)

所以熱流值與熱電偶堆輸出毫伏值關(guān)系：

Q=（（λ×S×K）/ H）×V

（（λ×S×K）/ H為己知項，作為校正系數(shù)，所以熱流值與熱電偶堆輸出毫伏值成線性關(guān)系，通過檢測毫伏值可知熱流值。在銅箔面內(nèi)還可加裝熱電偶，測量銅箔面的溫度，用于測量傳感器與試樣材料接觸面的溫度。

• 平板熱流計法導熱儀結(jié)構(gòu)：

平板熱流計法有雙熱流計法和單熱流計法，下圖為單熱流計法。熱板、冷板溫度可控，熱流傳感器安裝在熱板或冷板上，被測試樣夾在中間。設定熱板、冷板溫度，使冷熱板間有一穩(wěn)定溫差，熱量從熱板通過試樣向冷板傳遞。如下公式計算導熱系數(shù)。

導熱系數(shù)公式：λ=（Q×H）/（△T×S）

                 λ——-試樣導熱系數(shù)

                 Q——熱流量

                △T——冷熱測量面溫差

                 S——傳熱面積

• DRPL-Ⅱ?qū)嵯禂?shù)測試儀簡介：

（1）簡介

該儀器采用上流行的熱流計檢測導熱系數(shù)和熱阻方法，配計算機實現(xiàn)全自動檢測，自動生成實驗報告。本儀器主要針對絕熱、低導熱材料測試而設計，在低導熱測試上具有很高的分辯率和精度。

該儀器基于穩(wěn)態(tài)平板法測試原理，在熱面加入穩(wěn)定的熱面溫度，熱量通過試樣傳遞到冷面，測量傳遞的熱流，再根據(jù)試樣的厚度和傳熱面積可計算導熱系數(shù)和熱阻。此測試方法簡便，快捷，重復性好。非常適用于材料傳熱方面的研究和開發(fā)?？捎糜谒芰?、橡膠、絕熱材料、保溫材料等測試，廣泛應用在大專院校、科研院所、質(zhì)檢、廠礦。

該儀器參考標準：ASTM C518-04用熱流計法測定穩(wěn)態(tài)熱通量和熱傳遞特性的試驗方法；GB/T10295-88絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定（熱流計法）。

（1）主要技術(shù)參數(shù)

1、導熱系數(shù)范圍：0.002-2W/MK，度小于5％，

2、熱面溫度：采用高數(shù)度數(shù)顯表測溫，0.2級精度，分辯率0.01℃。

3、冷面溫度：采用高數(shù)度數(shù)顯表測溫，0.2級精度，分辯率  0.01℃。

4、熱面溫控：室溫-99.99℃，采用高數(shù)度程控數(shù)顯表測溫，0.2級精度，分辯率0.01℃，平板加熱器，雙向可控硅控制。（或者：室溫-150.0℃，分辯率0.1℃）

5、冷面溫控：采用恒溫水槽控溫，5-99.99℃，波動小于0.05度，恒溫水槽測溫分辨0.01℃?；虿捎冒雽w制冷，-20℃-室溫，分辯率0.01℃。

6、采用計算機自動測試系統(tǒng)。

7、熱流傳感器采用法國進口HFS型傳感器，測量面200×200（MM），厚度0.4MM，分辯率0.01W/M²Uv，顯示表采用高精度數(shù)顯毫伏表，分辯0.1UV。

8、真空環(huán)境系統(tǒng)，防露和保證測試環(huán)境不受外界影響。

9、冷熱板傳熱面積：200×200（mm）。

10、冷熱板可調(diào)節(jié)間距：0-50（mm）。

該儀器在廣東英德一家研究生產(chǎn)氣凝膠絕熱材料的使用中，顯示出很高的精度、重復性和分瓣率。對導熱系數(shù)0.003W/MK、0.011 W/MK、0.02 W/MK材料進行檢測，與送日本檢測結(jié)果相符。該儀器與護熱平板法導熱儀相比，測試時間短、取樣小、分辯率高、造價低。

• 結(jié)束語

1. 絕熱材料導熱系數(shù)檢測，平板熱流計法比護熱平板法更有優(yōu)勢。
2. 國內(nèi)要加強熱流傳感器的研究開發(fā)，不要依賴進口。
3. 國內(nèi)要加緊導熱系數(shù)標準板的研制，改變無標準板可用的局面。
4. 希望研究、開發(fā)、生產(chǎn)絕熱材料的單位重視導熱系數(shù)的檢測，為節(jié)約能源做出更大的貢獻。