導(dǎo)熱儀是什么，看這一篇文章就夠了。
發(fā)表時(shí)間：2023-09-03
導(dǎo)熱儀定義
導(dǎo)熱儀，也叫熱導(dǎo)儀，導(dǎo)熱系數(shù)儀，熱常數(shù)分析儀，是一種測量樣品（固體、液體或粉末）的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的函數(shù)關(guān)系的儀器。
導(dǎo)熱儀工作原理
導(dǎo)熱儀的工作原理是基于傅立葉導(dǎo)熱定律，即單位時(shí)間內(nèi)通過給定截面的熱量與該截面的面積和垂直于該截面方向的溫度梯度成正比。在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱條件下，熱量從高溫傳向低溫，因此可以使用熱傳導(dǎo)定律來測量材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
導(dǎo)熱儀組成部分
導(dǎo)熱儀通常由以下幾部分組成：
1. 測量系統(tǒng)：主要包括電流源、電壓表、熱電偶、熱流計(jì)和絕緣體。電流源提供電流給樣品，電壓表測量電流大小并反饋給控制系統(tǒng)。熱電偶測量樣品不同位置的溫差，熱流計(jì)測量樣品中的熱流，絕緣體防止熱流外漏或失去。測量系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測樣品的熱傳導(dǎo)性能，并反饋數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)。
2. 控制系統(tǒng)：主要由微處理器、AD轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)和軟件系統(tǒng)組成。微處理器控制整個(gè)測試過程，AD轉(zhuǎn)換器將測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，計(jì)算機(jī)和軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析和處理，最終呈現(xiàn)測試結(jié)果。
3. 樣品支架：用于放置樣品，并與測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)連接。
導(dǎo)熱儀的測試過程通常包括將樣品放置在支架上，通過電流源向樣品提供電流，測量樣品不同位置的溫度，并通過計(jì)算得出樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。
導(dǎo)熱儀特點(diǎn)
導(dǎo)熱儀的特點(diǎn)如下：
1. 快速并容易測量各種類型樣品的導(dǎo)熱系數(shù)(熱導(dǎo)率)。
2. 可以根據(jù)樣品和測量溫度的種類，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅?探頭)。
3. 液晶顯示屏幕，可以在測量中直接觀測升溫曲線。
4. 升溫曲線采用時(shí)間對(duì)數(shù)顯示，可以確認(rèn)測量值的線性。
5. 可以自動(dòng)判斷樣品適當(dāng)?shù)募訜犭娏髦?使用PD傳感器時(shí))。
6. 可以自動(dòng)判斷樣品溫度穩(wěn)定后，全自動(dòng)進(jìn)行測量。
導(dǎo)熱儀的應(yīng)用范圍包括金屬、非金屬、粉體、液體、薄膜、塊狀樣品等各類導(dǎo)熱系數(shù)需要被測量的物質(zhì)。使用的原理是熱線法，將一薄片材料加熱至高于其熱傳導(dǎo)系數(shù)的溫度，并同時(shí)測量其表面的熱流密度和溫度梯度，然后計(jì)算出熱導(dǎo)率。導(dǎo)熱儀還可以用于科研、生產(chǎn)工藝的優(yōu)化、產(chǎn)品開發(fā)
和質(zhì)量控制等。
導(dǎo)熱儀應(yīng)用領(lǐng)域
導(dǎo)熱儀的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括但不限于以下領(lǐng)域：
1. 材料科學(xué)和工程領(lǐng)域：導(dǎo)熱儀被廣泛應(yīng)用于評(píng)估材料的熱傳導(dǎo)性能。通過測量材料的熱導(dǎo)率、導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)，可以評(píng)估材料的熱隔離性能，以及在不同溫度和壓力條件下的熱穩(wěn)定性。這對(duì)于材料選擇、設(shè)計(jì)和應(yīng)用來說非常重要，例如在研發(fā)和優(yōu)化熱隔離材料、保溫材料、散熱材料等方面。
2. 建筑工程領(lǐng)域：導(dǎo)熱儀可用于評(píng)估建筑材料、墻體結(jié)構(gòu)和絕緣材料的熱傳導(dǎo)性能。通過測量材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻，可以評(píng)估建筑物的保溫能力和節(jié)能性能。這對(duì)于設(shè)計(jì)節(jié)能建筑、改善建筑物熱環(huán)境以及優(yōu)化絕緣材料等方面具有重要意義。
3. 電子元器件領(lǐng)域：導(dǎo)熱儀可用于評(píng)估電子元器件的熱傳導(dǎo)性能。這對(duì)于電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)、優(yōu)化散熱系統(tǒng)和提高設(shè)備性能等方面具有重要意義。
4. 能源行業(yè)：導(dǎo)熱儀也可應(yīng)用于評(píng)估太陽能電池板、燃料電池等能源設(shè)備的熱傳導(dǎo)性能。這對(duì)于優(yōu)化能源設(shè)備的熱管理，提高能源利用效率具有重要意義。
總之，導(dǎo)熱儀在各個(gè)領(lǐng)域都有其應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于科研、生產(chǎn)工藝的優(yōu)化、產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量控制等方面
都具有重要意義。
導(dǎo)熱儀工作方法
導(dǎo)熱儀的工作方法可以根據(jù)不同的儀器和測試要求而有所不同。其中，穩(wěn)態(tài)法是一種經(jīng)典的導(dǎo)熱系數(shù)測定方法，其原理是基于一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)模型。在穩(wěn)態(tài)法中，通常將樣品放置在兩個(gè)平板之間，并設(shè)置一定的溫度梯度。通過測量通過樣品的熱流密度、兩側(cè)溫差和樣品厚度，可以計(jì)算出樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。
除了穩(wěn)態(tài)法，還有非穩(wěn)態(tài)法、熱線法、激光閃射法等導(dǎo)熱系數(shù)測定方法。其中，非穩(wěn)態(tài)法是基于非穩(wěn)態(tài)
熱傳導(dǎo)模型，測量樣品在溫度上升或下降過程中的響應(yīng)，從而計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)。熱線法則是利用一根細(xì)長
的熱線在一定的速度下通過樣品，并測量熱線兩端的溫度差和樣品厚度，從而計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)。激光閃射法
則是利用激光對(duì)樣品表面進(jìn)行加熱，并測量樣品表面溫度隨時(shí)間的變化，從而計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)。
在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)測試要求、樣品類型和實(shí)驗(yàn)條件等因素選擇合適的導(dǎo)熱系數(shù)測定方法。不同的方法具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。
瞬態(tài)法導(dǎo)熱儀
瞬態(tài)法導(dǎo)熱儀采用瞬態(tài)平面熱源技術(shù)（TPS），可以用于各種不同類型、不同形態(tài)材料的熱傳導(dǎo)性能測試。
這種測試方法在研究材料時(shí)能夠快速準(zhǔn)確地測量導(dǎo)熱系數(shù)，為企業(yè)質(zhì)量監(jiān)控、材料生產(chǎn)以及實(shí)驗(yàn)室研究提供了極大的方便。瞬態(tài)平面熱源法是研究熱傳導(dǎo)性能方法中最新型的一種，它使測量技術(shù)達(dá)到了一個(gè)全新的水平。使用這種儀器進(jìn)行測試時(shí)，測試樣品不需要準(zhǔn)備，操作簡便，可以快速準(zhǔn)確地得到測試結(jié)果。同時(shí)，瞬態(tài)平面熱源法還可以用于多種不同類型材料的熱傳導(dǎo)性能測試，如塑料、金屬、陶瓷、玻璃等。
瞬態(tài)法導(dǎo)熱儀的主要技術(shù)參數(shù)包括測試范圍、測量溫度范圍、探頭直徑、精度、重復(fù)性誤差等。根據(jù)不同的測試需求，可以選擇不同的測試探頭和測試容器。這種儀器一般采用AC 220V的電源，整機(jī)功率小于500W。
現(xiàn)有的瞬態(tài)平面熱源(TPS)方法可以在一次測量中快速、準(zhǔn)確、無損地檢測大多數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)和比熱容。導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)是直接測定的，而比熱是通過前兩個(gè)結(jié)果計(jì)算得出。
TPS方法的一個(gè)關(guān)鍵是它是絕對(duì)的方法，不需要重復(fù)校準(zhǔn)或使用標(biāo)準(zhǔn)樣品。它是高度靈活的，只需要一到兩件樣品來測試，每件僅需要一個(gè)適用于Hot Disk雙螺旋傳感器的平面。利用Hot Disk導(dǎo)熱儀，樣品可以按原樣進(jìn)行測試，不需要固定的樣品幾何形狀，接觸劑或表面修改。
總之，瞬態(tài)法導(dǎo)熱儀是一種操作簡便、測試準(zhǔn)確、適用于多種不同類型材料的熱傳導(dǎo)性能測試的儀器。在質(zhì)量控制、材料生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)室研究等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
導(dǎo)熱儀如何選型
選擇合適的導(dǎo)熱儀需要考慮多個(gè)因素，包括測試范圍和精度、樣品尺寸和形態(tài)、測試模式、儀器品牌和預(yù)算等。
以下是一些選型注意事項(xiàng)：
1. 測試范圍和精度：根據(jù)需求選擇適合的測試范圍和精度。不同的導(dǎo)熱儀有不同的測試范圍和精度要求，需要根據(jù)所測材料的具體情況來選擇。
2. 樣品尺寸和形態(tài)：考慮到樣品形態(tài)及尺寸對(duì)測試結(jié)果可能產(chǎn)生影響，選擇適合自己實(shí)驗(yàn)樣品特點(diǎn)的導(dǎo)熱儀。例如，經(jīng)常需要測量薄膜材料，則需要選擇具有相應(yīng)夾具或配件以便在樣品上進(jìn)行測量。
3. 測試模式：導(dǎo)熱儀可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩種模式下的測試。穩(wěn)態(tài)模式下可以得到更準(zhǔn)確可靠的結(jié)果，而非穩(wěn)態(tài)模式則更適合快速測試大批次樣品。根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的測試模式。
4. 儀器品牌和售后服務(wù)：選擇有良好品牌形象和售后服務(wù)的導(dǎo)熱儀廠家或銷售商，確保在使用過程中出現(xiàn)問題時(shí)能夠及時(shí)得到解決。
5. 采購預(yù)算：根據(jù)采購預(yù)算，選擇適合的儀器品牌和類型。
綜上所述，選擇合適的導(dǎo)熱儀需要考慮多方面因素，建議根據(jù)實(shí)際需求和預(yù)算進(jìn)行綜合評(píng)估，以確保選擇的儀器滿足實(shí)驗(yàn)要求并具有可靠性。
導(dǎo)熱儀如何使用
導(dǎo)熱儀的使用方法如下：
1. 將探頭置于樣品之間，兩塊同一樣品覆蓋探頭。
2. 設(shè)置主機(jī)參數(shù)，進(jìn)行設(shè)定測量樣品熱傳導(dǎo)率的加熱器之適合電流值。
3. 將儀器通過USB鏈接線與電腦進(jìn)行鏈接。
4. 通過導(dǎo)熱儀測量軟件進(jìn)行測試。
具體操作過程可能因不同型號(hào)的導(dǎo)熱儀而有所不同，建議參考導(dǎo)熱儀的使用說明書進(jìn)行操作。
導(dǎo)熱系數(shù)單位：瓦每米開爾文，W/(m·K)
常見材料導(dǎo)熱系數(shù)（導(dǎo)熱率）
不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)有顯著的差異。例如，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)就比非金屬的高。一些常見材料的導(dǎo)熱系數(shù)如下：
* 銀的導(dǎo)熱系數(shù)為**429 W/m·K**
* 銅的導(dǎo)熱系數(shù)為**398 W/m·K**
* 金的導(dǎo)熱系數(shù)為**317 W/m·K**
* 鋁的導(dǎo)熱系數(shù)為**205 W/m·K**
* 鉑的導(dǎo)熱系數(shù)為**72 W/m·K**
* 鋼鐵的導(dǎo)熱系數(shù)為**80 W/m·K**
* 鉆石的導(dǎo)熱系數(shù)為**2000 W/m·K**
* 耐高溫陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)為**15 W/m·K**
* 石棉的導(dǎo)熱系數(shù)為**0.07 W/m·K**
* 礦渣棉的導(dǎo)熱系數(shù)為**0.05 W/m·K**
值得注意的是，這些數(shù)值都是基于特定溫度和物質(zhì)純度的。對(duì)于不同溫度和純度的材料，其導(dǎo)熱系數(shù)可能會(huì)有所不同。此外，對(duì)于復(fù)合材料，其導(dǎo)熱系數(shù)通常會(huì)介于構(gòu)成它的各個(gè)材料的導(dǎo)熱系數(shù)之間。
導(dǎo)熱儀常見故障
導(dǎo)熱儀在使用過程中可能會(huì)遇到一些常見故障，以下列出了一些常見的故障及原因：
1. 接線不良：請(qǐng)檢查所有接線是否牢固，尤其是連接熱電偶和電源的接線。
2. 熱電偶損壞：請(qǐng)更換熱電偶，并確保其與其他部件的接觸良好。
3. 電源問題：請(qǐng)檢查電源并確保它提供正確的電壓和電流。如果需要更換電源，請(qǐng)按照制造商的建議進(jìn)行操作。
4. 軟件故障：嘗試重新安裝軟件或聯(lián)系制造商獲取支持。
5. 測量環(huán)境問題：請(qǐng)確保測量環(huán)境穩(wěn)定，并且沒有干擾源，例如電磁場或振動(dòng)等。
6. 儀器老化：如果儀器老化，請(qǐng)考慮更新或更換儀器。
7. 在維護(hù)高溫?zé)釋?dǎo)儀時(shí)，請(qǐng)務(wù)必遵循制造商的建議和說明書，并遵守正確的操作程序。
以上是導(dǎo)熱儀常見的故障及可能的原因，了解這些故障及原因有助于更好地使用和維護(hù)導(dǎo)熱儀。
導(dǎo)熱儀日常保養(yǎng)注意事項(xiàng)
導(dǎo)熱儀的日常保養(yǎng)對(duì)于其正常運(yùn)行和使用壽命非常重要。以下是一些日常保養(yǎng)注意事項(xiàng)：
1. 清潔：使用完畢后，應(yīng)及時(shí)清潔導(dǎo)熱儀的表面和測量池等部件。
3. 避免潮濕環(huán)境：導(dǎo)熱儀應(yīng)避免在潮濕的環(huán)境中保存和使用，潮濕可能會(huì)導(dǎo)致儀器內(nèi)部部件腐蝕或損壞。
4. 避風(fēng)放置：在測量過程中，導(dǎo)熱儀應(yīng)放在避風(fēng)的地方，以避免室溫波動(dòng)過大影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
5. 不得自行拆卸改裝：使用者不得自行拆卸或改裝導(dǎo)熱儀，如需維修，應(yīng)由專業(yè)人員進(jìn)行。
6. 定期加熱：長時(shí)間不使用導(dǎo)熱儀時(shí)，應(yīng)每周加熱1小時(shí)，以保持儀器性能和防止部件老化。
7. 記錄使用情況：應(yīng)記錄導(dǎo)熱儀的使用情況，例如測量次數(shù)、維修記錄等，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問題。
以上是導(dǎo)熱儀日常保養(yǎng)的一些注意事項(xiàng)，遵循這些注意事項(xiàng)有助于確保導(dǎo)熱儀的正常運(yùn)行和使用壽命。
