瞬態平面熱源法導熱系數測試儀/固態導熱系數測試儀/固態導熱系數儀   * 型號HAD-DRE-2C

一、概述

HAD-DRE-2C導熱系數測試儀采用瞬態平面熱源法，主要測量固體、粉末、膠狀、各向異性材料等的蓄熱系數、導熱系數、導溫系數（熱擴散系數）和比熱。本儀器基于TPS瞬態平面熱源，用Hot Disk作為探頭的導熱系數測定儀。Hot Disk法的優點有：

(1)直接測量熱傳播，可以節約大量的時間；

(2)不會和靜態法一樣受到接觸熱阻的影響；

(3)無須特別的樣品制備，只需相對平整的樣品表面。

二、 主要指標

1、導熱系數測定范圍：0.01—100W/mk。

2、測量時間：1-600秒。

3、準確度：優于5％

4、溫度范圍：標準測量：室溫，可選配試樣溫度控制器如：-20℃～120℃，費用另計。

5、樣本尺寸：大于15mm高，大于直徑45mm相對平整的樣品表面。

6、電源：220V，功率：200W。

三、瞬態平面熱源法測量原理

瞬態平面熱源法(Transient Plane Source Method，TPS)是在法的基礎上發展起來的，該方法也被稱為“Gustafsson”探頭法或Hot Disk法，TPS探頭可以看成由金屬絲(一般采用金屬鎳)彎成的同心圓環，并在圓環的兩面覆蓋有抗腐蝕性和機械性能良好的聚合物保護層。在本方法中，探頭是由導電金屬鎳經刻蝕處理后形成的連續雙螺旋結構的薄片，外層為附有一層保護層，它令探頭具有一定的機械強度，同時保持探頭與樣品之間的電絕緣性。探頭通常被放存兩片樣品中間進行測試。探頭的溫升是時間的函數。探頭既是溫度傳感器又作為加熱源(自加熱傳感器)。然后利用對應的模型和邊界條件對響應進行分析。

在測試過程中，電流通過鎳絲時會產生的熱量，熱量會同時向探頭兩側的樣品進行擴散。熱量在材料中擴散的速率依賴于材料的熱擴散系數和導熱系數等熱特性。通過記錄溫度與探頭的響應時間，材料的這些特性可以被計算出來。由于Hot Disk探頭既是熱源又是溫度傳感器，因而本方法非?？旖莺捅憷?，同時也相當精確。

其物理模型與法相似， Carslaw和Jaeger基于材料對一無限小、長源恒定熱流的溫度響應給出了法計算材料導熱系數數學解：

  （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為加熱功率，λ為樣品導熱系數，α為樣品熱擴散系數，r為測試徑向位置，E_i為指數積分函數，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C=0.57726。對上式兩端取微分可得到樣品導熱系數：

                           （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，由于探頭具有一定體積和熱容，因此在探頭開始加熱時，樣品溫升會有個時間滯后，在對數時間—溫升曲線圖上表現為一非線性段，這個時間取決于探針尺寸和結構，之后進入線性段，zui后曲線將趨于平穩。本儀器采用用篩選數據法取線性段上的數據進行線性擬合，從而得到導熱系數值。當材料的導熱系數已計算出，也就能計算出熱擴散系數。

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，單位W／(m·K)

p：密度，單位g／m³

C：比熱容，單位KJ／(kg·K)

四、儀器安裝調試

1、將儀器安置在平穩堅固的工作臺上，連接好電源線。

2、連接好傳感器線和儀器與計算機的通信線。

3、計算機系統Microsoft  XP系統，在計算機中安裝Microsoft office Excel2003和Microsoft office Access2003，再安裝DRH導熱系數測試軟件，如需打印報表還要安裝打印機。

4、如計算機沒有2個9針COM口，需配RS232轉USB線或RS232板卡，并安裝相應驅動。

5、打開儀器電源開關，啟動計算機，運行DRE導熱系數測試軟件。如通信端口設置正確，自動進入測試軟件主界面。否則彈出通信端口設置界面，分別選擇恒流源和電壓表通信端口地址，按“測試”鍵，如文本框中讀到與儀器相對應數據，請按“停止”鍵。如果恒流源和電壓表的數據都能讀入計算機，請按“進入測試界面”鍵進人測試軟件主界面。否則需檢查通訊線路和通訊端口設置是否正確。

6、單擊菜單“參數設置-探頭參數”，彈出用戶驗證界面，輸入用戶名和密碼（儀器用戶名：xt，密碼：808），進入探頭參數設置界面，請輸入探頭參數，確認退出。

五、儀器操作

（一）、測試樣品準備

1、對各向同性大樣本材料，樣本的形狀可以是圓柱形，方形或者長方形。沒有加工成特定的形狀，只要樣本與傳感器的接觸平面足夠光滑平整。

2、樣本的厚度要求與其材料的屬性有關。因為TPS過程中熱量的擴散與樣本材料的熱特性相關，保證熱波在熱流方向在測量的時間內進入樣本的厚度不大于樣本自身的厚度。

3、樣本尺寸選擇的標準是盡可能的減少外表面對測量結果的影響。樣本的大小應該滿足這樣的要求：從探頭的雙螺旋的任何部分到樣本外表的任何部分的距離大于雙螺旋線的平均直徑。對導熱系數大的材料，其試樣尺寸要更大。

4、樣本與傳感器接觸的表面應當是平整、光滑的，樣本應夾住Hot Disk探頭的兩側表面。

5、粉狀、膠狀試樣需多少體積符合上述2、3、條要求。

      （二）、控制參數設置

             1、單擊菜單“參數設置-控制參數”，彈出控制參數設置界面。

           2、計算開始點是人為的去掉時間對數-溫升曲線前面一段線性不好的曲線，其    數值是將實驗數據采集的個數前多少個數據去掉，實驗數據采集的個數可根據測試時間和采樣間隔計算出來，一般可去掉10%的數據。測試時間一般2分鐘，導熱系數高的材料和易產生對流的材料測試時間就要短。采樣間隔一100ms能滿足要求。調零電流設置一般不大于2ma,避免在實驗前大電流對探頭提前加熱，影響后面測量結果。測試電流設置一般使溫升不超過3℃。

      （三）、將探頭置于試樣中，等溫度穩定均勻（按“調零輸出”鍵，從電壓表讀數是否穩定可判斷試樣溫度是否穩定）后，按“調零輸出”鍵，調“調零”電位器，使電壓表讀數在零附近。

      （四）、按“開始測試”鍵，儀器進入自動測試狀態，完成后自動顯示測量結果。

      （五）、如需保存結果，按菜單“保存結果”，彈出保存結果界面，按“確認”后，結果保存。如需保存曲線圖，單擊菜單“試驗曲線-保存曲線”，把圖形保存在選定的位置。

     （六）、按菜單“生成報告”，彈出輸入實驗信息界面，輸入相關信息后按“確認”鍵，Excel文件型的報告自動生成，如報告需保存，請另存。其操作與Excel一樣。

六、注意事項

1、儀器測試前，需進行約30分鐘預熱。

2、儀器附近不能有大的電干擾，試樣在環境溫度相對穩定的無風環境下測試。

3、探頭置于試樣中后，約20分鐘溫度穩定期，使試樣和探頭溫度達到一個穩定平衡狀態，才能進行測試。同一試樣重復測試，需30分鐘以上的時間間隔。如試樣在溫度控制器中測試，有充足的時間，使試樣溫度均勻穩定，否則影響測試結果?？傊嚇雍吞筋^溫度均勻穩定后才能進行測試。

4、測試過程中，當時間對數-溫升曲線出現如下狀況時，可能存在的原因如下：

   a、曲線不光滑，可能是試樣與探頭接觸不好。

   b、曲線后段翹尾，可能試樣尺寸偏小。

c、曲線后段走平，可能測試電流偏小。

七、儀器成套

1、測試主機                                 1臺

2、探頭                                     1個

3、通訊套件                                 1套

渦街流量傳感器/流量傳感器      型號:LP-LUGB-21

我們引進國外研制成功LP-LUGB-21型應力式渦街流量傳感器，它采用壓電晶體作檢測傳感器，可靠性大為提高，具有從低溫-40℃到高溫+350℃的寬廣的工作溫度范圍。它與LSD型電腦流量積算儀或LCD型可編程流量演算儀配套使用，可以測量蒸汽、空氣、一般氣體及液體的體積流量和質量流量，是目前一種理想的流量儀表。 
工作特點：
檢測元件不接觸被測介質，因此性能穩定，可靠性高。 
沒有可動部件，構造簡單而牢固，長期運行可靠，使用壽命長。 
測量范圍廣，量程比達1:10。 
精度高。 
輸出脈沖信號，便于同計算機等數字系統配套使用。 
安裝、維護方便。 
LP-LUGB-21渦街流量傳感器 
 產品指標 
測量介質：蒸汽(飽和蒸汽和過熱蒸汽)、空氣、一般氣體和液體。 
測量可能范圍：雷諾數為8000～7000000。 
正常工作范圍：雷諾數為20000～7000000。 
精度：液體 指示值的±1.0％；
　　　氣體 指示值的±1.0％；
　　　蒸體 指示值的±1.5％。 
重復性：指示值的±0.3％。 
輸出信號：三線制電壓脈沖
　　　　　低電平：O～lV；
　　　　　高電平：大干4V
　　　　　占空比：約50％。 
電源電壓：+12VDC，小負載電阻10ΚΩ，大負載電容0.22μF。 
介質溫度：普通型-40～+250℃；
　　　　　高溫型+100～+350℃。 
工作壓力：O～2 5MPa。 
壓力損失：△P=1.1×r×V2(式中△P：壓力損失Pa；V：流速m/s；r；流體重度kgf/m3)。 
傳感器材質：碳鋼：不銹鋼(1Crl8Ni9Ti)。 
規格(管道內徑)：25、32、40、50、65、80、100、125、150、200、250、300㎜。
⒔電路放大器環境條件：濕度：-40～+50℃；濕度：≤85％RH?！?/p>