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导热系数测量方法的选择 1 前言 在化工、建筑行业中，很多科研生产和应用过程都涉及到热量传递，导热系数(或热导率)常被用来衡量材料的导热性能和保温性能，是材料的一个重要参数。导热系数(λ) 是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为1K(或℃)，在1h内，通过1m2 面积传递的热量，单位为W/(m.K)，此处的K可用℃代替。λ值越小，材料的绝热性能越好。由于导热系数的大小取决于被测物的结构组成、平均温度、含水率、传热时间、两侧温差等诸多因素，一般要通过实验确定。料导热系数的测定方法现已发展了多种，它们有不同的适用领域、测量范围、精度、准确度和试样尺寸要求等，不同方法对同一样品的测量结果可能会有较大的差别，因此选择合适的测试方法是首要的。 目前导热系数的测定方法分为稳态法和非稳态法两大类，具有各自不同的测试原理。据此人们开发和建立了一些具体的数学模型，由此衍生出各种各样的测试方法和装置。 2 稳态法 稳态法是经典的保温材料的导热系数测定方法，至今仍受到广泛应用。其原理是利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡状态，根据傅里叶一维稳态热传导模型，由通过试样的热流密度、两侧温差和厚度，计算得到导热系数。原理简单清晰，精确度高，但测量时间较长，对环境条件要求较高。 2.1 热流计法 热流计法是一种比较法，是用校正过的热流传感器测量通过样品的热流，得到的是导热系数的绝对值。测量时，将厚度一定的样品插入于两个平板间，设置一定的温度梯度。使用校正过的热流传感器测量通过样品的热流，传感器在平板与样品之间和样品接触。测量样品厚度、温度梯度通过样品的热流便可计算导热系数。 Hot surface 热流法是目前国际上比较流行的测量方法。除固体材料，还可用于多孔纤维、聚合物基复合材料、高分子材料等的导热系数的测定。优点在于精度高 HC-074-200 HC-074-300/304/314 HC-074-600/630/637 缺点在于测量材料的导热系数范围比较窄，温度范围有限，只能测量低导热系数材料。工作原理和热流法相似热源位于同一材料的两块样品中间。使用两块样品是为了获得向上与向下方向对称的热流，并使加热器的能量被测试样品完全吸收。测量过程中，精确设定输入到热板上的能量。通过调整输入到辅助加热器上的能量，对热源与辅助板之间的测量温度和温度梯度进行调整。热板周围的保护加热器与样品的放置方式确保从热板到辅助加热器的热流是线性的、一维的。辅助加热器后是散热器，散热器和辅助加热器接触良好，确保热量的移除与改善控制。测量加到热板上的能量、温度梯度及两片样品的厚度，应用 Fourier方程便能够算出材料的导热系数。精确，是目前测量导热系数精度最高的方法·K）。此外，保护热板法使用得是绝对法——无需对测量单元进行标定。缺点，测量时间长，仪器价格高热线法是应用比较多的方法，是在样品（通常为大的块状样品）中插入一根热线。测试时，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上升。测量热线本身或平行于热线的一定距离上的温度随时间上升的关系。由于被测材料的导热性能决定这一关系，由此可得到材料的导热系数。这种方法测量时间比较短，所测量材料的导热系数范围一般是 0.1W/mK 到几十。优点是产品价格便宜，测量速度快，对样品尺寸要求不太严格。缺点是分析误差比较大一般为 5％~10％ 中国科学院 东方科学仪器进出口集团公司 北京五洲东方科技发展有限公司 2010-05-31 Beijing Oriental Science Technology Development Co. Ltd. - 1 - 北京总部 广州分公司 上海分公司 成都分公司 电 话：010-8238 8866 电 话：020-8738 7482 电 话：021-6437 9849 电 话：028-8509 7222 传 真：010-8238 8989 传 真：020-8738 7486 传 真：021-6467 5115 传 真：028-8509 1399