導熱系數的測量方法
點(diǎn)擊次數：7498 更新時(shí)間：2022-06-15
導熱系數
測量方法
導熱系數測試方法，分為穩態(tài)法和瞬態(tài)法（又稱(chēng)為非穩態(tài)法）兩類(lèi)；
穩態(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?lè )?、熱盤(pán)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(shí)，其導熱系數會(huì )差異很大；而不同狀態(tài)時(shí)導熱系數的測量也會(huì )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)內更容易發(fā)生自然對流，溫度場(chǎng)會(huì )很快發(fā)生變化，需要采集的速度相當快（如1秒），以避開(kāi)自然對流的影響，所以對于儀器的要求會(huì )更高。
穩態(tài)法
穩態(tài)法是指當待測試樣上溫度分布達到穩定后，即試樣內溫度分布是不隨時(shí)間變化的穩定的溫度場(chǎng)時(shí)，通過(guò)測定流過(guò)試樣的熱量和溫度梯度等參數來(lái)計算材料的導熱系數的方法。它是利用穩定傳熱過(guò)程中，傳熱速率等于散熱速率的平衡條件來(lái)測量導熱系數。
穩態(tài)法具有原理清晰、模型簡(jiǎn)單、可準確直接地獲得熱導率值等優(yōu)點(diǎn)，并適于較寬溫區的測量；缺點(diǎn)是實(shí)驗條件苛刻、測量時(shí)間較長(cháng)；穩態(tài)法中，為了獲得準確的熱流，需要嚴格保證測試系統的絕熱條件，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(gè)受熱面溫度場(chǎng)的均勻一致，對樣品表面的平整度要求較高。
穩態(tài)法主要用于測量固體材料的導熱系數，而要把它用于研究濕材料會(huì )遇到很大困難，因為試樣會(huì )由于長(cháng)時(shí)間保證一定的溫度場(chǎng)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(zhù)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），傳統的方法獲得的參數并不能準確反映材料的性質(zhì)，傳統的模型也不能準確反映所要研究的過(guò)程，因此瞬態(tài)法開(kāi)始廣受關(guān)注。
瞬態(tài)法是指實(shí)驗測量過(guò)程中試樣溫度隨時(shí)間變化，通過(guò)測量試樣內某些點(diǎn)溫度變化的情況以及其他一些需要的參數，從而確定試樣導熱系數的方法，其分析的出發(fā)點(diǎn)是非穩態(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(pán)法、熱帶法、探針?lè )ê蜏史€態(tài)法屬于直接測量，閃光法、運動(dòng)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(guò)已知的比熱，密度間接求解導熱系數的方法，由于這類(lèi)方法需要用到材料的比熱和密度值，因而導熱系數的測量準確度受到這兩個(gè)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?lè )▽?shí)質(zhì)上是一種更為實(shí)用的線(xiàn)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。由于測試速度快，試件制作要求低，使用儀器簡(jiǎn)單，特別適合現場(chǎng)測量。
瞬態(tài)法的優(yōu)勢在于速度快、可以獲得跟傳統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(shí)間的變化關(guān)系也比較困難。但是近幾十年來(lái)，隨著(zhù)測量技術(shù)的進(jìn)步，瞬態(tài)法由于測量時(shí)間短、性高和對環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)而得到了大力的發(fā)展。
2005 年，由英國國家物理實(shí)驗室（National Physical Laboratory）發(fā)起，聯(lián)合歐洲多個(gè)國家物性研究實(shí)驗室，聯(lián)合制定了關(guān)于瞬態(tài)法測量導熱系數的標準-Standard forContact Transient Methods of Measurement of Thermophysical Properties。
