【原创】瞬态法材料热物性测量简介

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2011/04/24

私聊

热分析仪

众所周知，固体材料的热导率、热扩散系数、比热等热物理性质，随着材料，材料的结构、密度、多孔性、导电性、含湿率和温度的不同而变化。有些材料还与方向有关。对应于不同的材料和不同的试验条件，测量值会有很大的差异。测量材料的热物理性质，在科学研究和工程应用上，具有至关重要的意义；热物性测量与力学测量、电学测量、光学测量等一样，是物性研究和应用的基本测量技术之一。
材料热物理性质可以用稳态法或瞬态法进行测量。目前，国内、外主要使用稳态法测量材料的热导率。有仪器采用瞬态法测量材料的热扩散系数、热导率和定压比热等热物理性质。所谓瞬态测量，是指在加热升温，或停止加热后的降温过程中，实现对材料热物理性质的测量。瞬态测量不要求恒温环境，测量系统也无需达到或保持热平衡状态。
瞬态法的理想模型为无限大介质中的一维非稳态导热问题，具体为无限大的热源在无限大介质中处于初始热平衡状态下受到瞬间加热脉冲而引起的热传导过程。瞬态法的测量时间极短。
目前多用的方法有：
热线法；
平面热源法：1恒流法，2脉冲法；
热针法；

热线法：很多仪器采用了热线法，具有代表性的是日本的一些仪器。但是热线法在后期的算法处理上损失的信息比较多，精度很低。
平面热源法：平面热源法，是指加热热源为一理想平面的片状物，用于对无限大均匀材料进行加热测量的方法。对平面热源的基本要求：一是厚度可以略而不计；二是在有效加热面积范围内，单位面积发出的热量不随时间变化，即热源的热流强度保持均匀、恒定；三是加热片有效加热面积与试件的横截面积相等。用平面热源法加热测量时，只要加热片足够大，就可以认为热流只在垂直于热源平面的方向上传导。
热针法：采用圆柱面热源的热针，是指将电加热元件、测温元件，集合在同一器件上，制成的针状探测器件。表面上和热线法很相似，但后期处理上相对热线法从理论上有很大的不同，精度大为提高。