准备购买导热系数标准板和精密温度计校准平板导热系数仪,但是看校准规范说把温度计放在导热板里,5个点,这怎么放啊,买什么样的温度计啊,有对校准导热系数测试仪校准懂得吗,教教我呗,求教啊!
[img=水量热计法高温平板导热仪升级改造解决方案,690,446]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210021605330949_5078_3221506_3.png!w690x446.jpg[/img][color=#990000]摘要:水流量平板法是目前常用的耐火材料导热系数测试方法,相应的导热仪具有测试温度高、大温差测量、结构合理简单、造价便宜和操作方便等突出优点,国内外用户众多,但存在的致命问题是测量低导热系数的隔热材料时误差巨大。针对水流量平板法导热仪,本文提出了一种改造升级方案,即采用一种高精度量热计技术代替现有的水量热计,彻底解决测量误差大的难题,在保留原有水流量平板法导热仪众多优势的前提下,实现导热系数测量精度大幅提高和测试时间大幅缩短,以满足各种高温隔热材料的低导热系数快速准确测量需求。[/color][color=#990000][/color][b]一、问题的提出[/b]对于导热系数小于0.03W/mK的隔热材料,其高温范围(1000℃以上)的导热系数准确测量一致都是没有很好解决的技术难题。但为了获得隔热材料的高温导热系数,并且出于测试设备的经济性考虑,很多国内外机构都选择了商业化的水流量平板法导热仪进行测试。水流量平板法导热仪是一种依据标准测试方法的导热系数测试设备,相关标准如下:(1)美国ASTM C201“耐火材料导热性的标准测试方法”。(2)英国BS 1902-505“耐火材料导热系数标准测试方法(平板/水量热计法)”。(3)冶金行业标准YB/T 4130-2005“耐火材料导热系数试验方法(水流量平板法)”。上述三个标准测试方法的基本原理完全一样,所采用的技术都是通过水量热计来测量流经样品厚度方向上的热流量。由于水量热计比较适用于较大的热流量测量,对于较小的热流量测量则存在巨大误差,因此这种测试方法比较适用于导热系数较高(大于0.1W/mK)的耐火材料。由于水流量平板法导热仪可以进行温度达1500℃以上的高温导热系数测试,因此很多客户采用这种导热仪进行高温隔热材料的测试评价,由于测量误差巨大使得导热系数测试结果往往非常小,严重误导了材料的研发、生产和性能评价。目前国内主流的商品化水量热计法导热系数测定仪有如图1所示的几种规格,测试温度可以从1200℃到1600℃。[align=center][img=01.国内常见的水流量平板法高温导热仪,690,274]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210021606396191_613_3221506_3.png!w690x274.jpg[/img][/align][align=center]图1 国内常见的几种水流量平板法高温导热仪[/align]尽管水流量平板法在高温导热系数测试中存在巨大误差,但随着量热分析技术的进步,可以对水流量平板法进行升级改造,可以通过提高量热计测量精度实现高精度的高温导热系数测量。选择水流量平板法导热仪进行技术改造,主要是因为水流量平板法导热仪具有以下便利特征:(1)水流量平板法导热仪的整体测试结构非常合理,高温加热加载在样品的顶面,水量热计位于被测样品的底面,从而在样品厚度方向上形成大温差,这非常符合隔热材料的实际使用工况,可以获得被测样品材料的等效导热系数。(2)样品顶面加热装置是一个独立的机构,可通过改变发热体材料实现不同的加热温度,由此可实现从1000℃至1500℃,甚至最高可达2000℃以上的高温,非常便于隔热材料高温导热系数的测量。(3)被测样品的装卸非常方便,并且可对不同尺寸的样品导热系数进行测试。(4)最重要的是水量热计位于测量装置的底部,更换水量热计比较方便,可以很容易的更换高精度量热计而不影响测量装置的整体结构。(5)水流量平板法导热仪的价格普遍很低,且国内用户众多。基于上述特点,针对水流量平板法导热仪,本文将提出一种改造升级方案,即采用一种高精度量热计技术代替现有的水量热计,彻底解决测量误差大的难题,在保留原有水流量平板法导热仪众多优势的前提下,实现导热系数测量精度大幅提高和测试时间大幅缩短,以满足各种高温隔热材料的低导热系数快速准确测量需求。[b]二、现有量热计热流测试技术分析[/b]在稳态法导热系数测试方法中,关键技术之一就是对流经样品的热流进行准确测量。热流测量的典型技术是量热计法,即基于量热计的比热容特性,通过测量量热计吸收或放出热量后的温度变化来确定所吸收或放出的热量多少。量热计在导热系数测试中有如下典型应用:(1)防护热板法:如图2(a)所示,防护热板法实际上是一种典型的绝热量热计法,热板作为样品热面温度的实施热源,其最终稳定温度就是完全吸收电加热功率后热板所升高的温度。因此,通过测量热板完全吸收的加热功率(即加载的电功率)就可以获得流经样品的热流。[align=center][img=02.量热计用于导热系数测试的两种测试方法示意图,690,243]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210021607339875_6761_3221506_3.png!w690x243.jpg[/img][/align][align=center]图2 量热计用于导热系数测试的两种测试方法示意图:(a)防护热板法;(b)水流量平板法[/align](2)水流量平板法:如图2(b)所示,与防护热板法类似,也用的是量热计法,只是量热计位于被测平板样品的冷面来测量流经样品的热流。量热介质则是流动的液体,通过测量量热介质的温升,可根据量热介质的比热容计算得到量热介质吸收的热量大小。从上述量热计在导热系数测量中的两个典型应用,可以做出以下分析:(1)防护热板法中采用的量热计技术,可以获得很高的导热系数测量精度。但由于需要使用护热技术使得量热计输出的热量只流经样品,即量热计周边处于一个高温动态等温绝热环境,而量热计自身还需处于高温状态,这使得量热计在高温下很难实现绝热防护和保证量热计尺寸的稳定性,因此防护热板法只能实现1000℃以下的导热系数准确测量。(2)水流量平板法是将量热计布置在被测样品的冷面,这样做的好处是样品冷面温度较低(特别是测试低导热系数隔热材料样品时),这样可以很容易实现较高样品热面温度。但带来的问题是如果样品冷面温度超过100℃,会使得水量热计中的流体产生沸腾蒸发而影响测量精度,如果通过增加水流速度避免流体沸腾蒸发,则会使得进出口之间的温差减小,也同样会带来另外的测量误差。同时水量热计四周较差的绝热防护措施而产生较大热损,会带来严重的测量误差。这些就是致使水流量平板法测量误差较大的主要原因,这些因素在高导热系数测量时还不明显,但在测量低导热系数时,测量误差所占比重则会很大,导热系数测量结果会明显偏低,甚至会有数量级水平的误差。(3)从上述两种量热计在导热系数测试的典型应用可以看出,两种量热计法测试都是在稳态状态下进行,每次导热系数测试都需要在样品冷热面温度和热流达到稳定状态。特别是对于高温范围的隔热材料测试,需要漫长时间进行多个温度点下的测量才能获得一条导热系数随温度变化曲线。从上述分析可以看出,尽管水流量平板法存在测量误差巨大的严重缺陷,但在高温导热系数测量中则有巨大的潜力。只要克服水量热计存在的问题,就可解决低导热系数高温测量难题,因此问题的关键就是如何采用新型的量热计技术来代替目前的水量热计。[b][color=#990000]三、高精度金属块量热计解决方案[/color][/b]我们从最基本的物体吸收热量与温升的关系出发,即材料的比热容定义:单位质量物体升高一度所吸收的热量,可以设计出以下导热系数动态测试方法:(1)如图3所示,将图2(b)所示的水流量平板法导热仪中的水流量计更换为一平板金属块作为量热计,量热计上方的其他结构保持不变。[align=center][img=03.金属块量热法高温导热系数动态测试设备结构示意图,500,313]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210021609596535_7755_3221506_3.png!w690x433.jpg[/img][/align][align=center]图3 金属块量热法高温导热仪结构示意图[/align](2)此金属块量热计采用高导热金属材料制成,用于吸收透过被测样品的热流量。采用高导热金属材料作为量热计是为了保证量热计温度能快速均匀,以满足测试模型中要求量热计始终处于等温的边界条件,同时具有耐高温能力,以能够进行高温下的导热系数测试。(3)由于金属块量热计的快速均温能力,那么通过量热计的温度变化就可以计算得到样品冷面的热流变化。(4)为了使金属块量热计所吸收的完全是透过被测样品的热量,最大限度减小量热计的热损失,借鉴了保护热板法的技术方案,即在金属块量热计四周增加了主动护热装置来实现绝热。(5)还继续采用原有水流量平板法导热仪的加热装置和温度测量装置,但加热装置的温度以线性方式进行变化,由此使得被测样品的冷热面以相同的升降温速率进行变化。通过上述测量得到的冷面热流变化,以及结合测量得到的冷热面温度和温度变化速率,可以得到整个温度变化过程中的导热系数变化曲线。综上所述,只需对水流量平板法导热仪中的水量热计进行更换,即可实现绝热材料高温导热系数的准确测量,同时采用了线性升温加热方式,大幅缩短了测试时间。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
有谁对导热系数仪了解的? 单位有意购买一台快速导热仪和一台平板导热仪?市场体格大约多少?有谁了解国内外都有那些品牌?用的住,准确度好?指导一下,谢谢。[em09511]
保温材料的导热系数测定1. 实验原理 平板式导热仪的工作原理:在一定厚度的具有平行表面的均匀板状试件中,建立理想状态下,以两个平行的均温平板为界的无限大平板的一维恒定热流,通过测量中心计量板达到稳态后的热量Q,按照热阻的计算公式,求得试件的导热系数λ。 任何物体的热量传递都有三种形式:热传导、热辐射、热对流。不同温度流体的各部分流体之间,由于发生相对运动产生热传递称为热对流。物质的微观粒子的运动以光的形式辐射能量,称成为辐射。 在温度不平衡条件下,物体内存在温差,热能分布不均匀,在物体内部没有宏观位移的情下,热量从高温向低温部分传递,不同温度物体的互相接触时,同样存在没有物质转移而存在热量传递现象,这种借助于物质微观粒子的无序运动的热传递现象称为热传导,又称为热扩散。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/11/201311251322_479096_2784284_3.jpg 根据传热学理论,垂直于无限大平板方向的热流量,沿厚度d方向与平板面侧的温度差、平板面积成正比,与平板厚度成反比(上图)。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/11/201311251334_479107_2784284_3.jpg 式中,Q—垂直于平板方向传递的热量,称为热流量;t1-t2 平板两面的温度差;d—平板厚度;S为平板面积。λ—为比例系数,称为导热系数。所以导热系数的方程如下所示: http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/11/201311251336_479108_2784284_3.jpg 上式就是导热系数的运算方程。如果用用功率P表示,P=kQ,k是系数,如果P单位为W(瓦),长度单位用m,温度单位用K(℃),则导热系数单位为W/(mK)。导热系数方程变为: http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/11/201311251336_479109_2784284_3.jpg式(3)就是绝对测量的导热系数方程。2. 实验仪器:DZDR-P 平板法导热仪 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/11/201311251324_479098_2784284_3.jpg3. 试样准备试样长×宽应为300×300mm,试样厚度在1mm-50mm。试样应覆盖中心量热器和内保护装置的整个表面。4. 实验步骤打开便携式空气压缩泵开关,将压力调节至0.4MPa,抽取1分钟后关闭。打开回流装置,提升测试槽上方的冷板,将样品放入其中,降下冷板,开始测试实验,冷板温度为30℃,热板温度为50℃。5. 实验结果 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/11/201311251325_479099_2784284_3.jpg该保温材料的导热系数为0.02676。
我们是典型的生产型企业,生产并销售建筑保温材料,选购了南京大展机电技术研究所的DZDR- P平板法导热仪。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/12/201312012120_480213_2835146_3.jpg 南京大展机电技术研究所的DZDR- P平板法导热仪,主要构成如下:气动总成:气缸(控制测试板使之上下运动,完成测试样品的装夹过程)。以气缸为动力的运动装置不会因为产生额外热量而影响仪器的测量精度。控制主机:32位ARM架构的微处理器为核心,24位A/D模数转换芯片。彩色液晶显示器,参数设定比较简便,一目了然,人机界面清新友善。 测试主机:采用单试件方式,测试时只需要一块试样。使用特别定制的新型耐高温绝热材料和多层复合结构。分段多点独立控制加热器和微型铂电阻传感器,以小区域精密温度控制来保证整个测试面的温度均衡。集成数据采集、线性补偿、智能算法的后台软件。用创新思维处理产品设计中的每一个细节,使导热仪成为新设计理念的集大成。 很多同行在选购仪器时都很迷茫,下面简单介绍一下我们在选购导热仪时注意的几点:1)主要技术指标: 改变试样厚度,测量条件不变,其导热系数测量值应基本一致。 在相同的平均温度(冷板和热板温度的平均值),如25℃,改变冷热板温差,如从冷板10℃、热板40℃变为冷板20℃、热板30℃,测出的导热系数值应基本一致。 环境温度在允许范围内波动,测试结果的重复性如何。 仪器的自动化程度及设计理念的先进性。[a
单位有台双平板导热系数仪,要求试件尺寸300*300*厚度现在有个200*200*厚度的材料,请问这台仪器仍可以使用不?
[table][tr][td][color=#ff0000]摘要:本文针对耐火隔热材料导热系数测试中的大温差和小温差这两类主流测试方法,明确了有效导热系数和真导热系数的定义,首次详细描述了这两个参数之间的关系、区别和详细转换方法,明确了这两类主流测试方法的适应范围,从而便于在耐火隔热材料性能评价中选择合适的测试方法,有利于对耐火隔热材料的隔热性能做出准确测试评价,从而保证对隔热材料及结构的正确选择和设计。[/color][/td][/tr][/table]关键词:耐火材料、隔热材料、有效导热系数、真导热系数、导热系数、大温差、测试方法[align=center][b][color=#3333ff]注:文中有大量公式,但不便在网页中进行完整显示。本文的PDF格式完整版本,已在本文的结尾处附上。[/color][/b][/align][b][color=#ff0000]1. 引言[/color][/b] 导热系数是评价和使用耐火隔热材料的关键参数,但在实际测试和应用中还存在许多困惑和误区。 耐火隔热材料在实际高温条件下使用时多为板材和管材,隔热材料大多处于一个受热面和背热面温度相差巨大的热环境中。而在材料样品导热系数具体测试中,有些是在模拟实际使用热环境的大温差条件下进行测量,而有些则是在很小温差、甚至没有温差的条件下进行测量,不同的测量导致所得到的结果相差很大,这给耐火隔热材料的性能评价和使用带来很大困扰。 由于技术上的局限性和测试及验证手段不足等原因,耐火隔热材料行业多年来一致对耐火隔热材料导热系数测试方法缺乏准确的理解,对哪种测试方法更能准确表征耐火隔热材料性能并不明确,由此造成测试方法混杂和乱用的现象,使得很多隔热结构设计人员在耐火隔热材料的性能评价和选材中不知该用哪种测试方法,经常会出现误导现象,甚至导致工程应用中出现漏热等重大事故。 为了满足耐火隔热材料在实际工程中的应用,加强对耐火隔热材料导热系数测试的准确了解,规范耐热隔热材料导热系数测试方法的选择,本文首次将耐火材料导热系数测试方法,按照测试过程中样品一维热流方向上的大温差和小温差进行分类,由此分别定义出有效导热系数和真导热系数。通过对这两种导热系数分析、计算和验证,展示出这两种导热系数的区别、相互关系以及可转化性,明确如何正确选择耐火隔热材料测试方法,明确如何正确描述和表达耐火隔热材料的隔热性能,由此实现耐火隔热材料测试评价和选材的规范性。[color=#ff0000][b]2. 耐火隔热材料导热系数主要测试方法和设备2.1. 测试方法[/b][/color] 材料导热系数测试方法主要分为稳态法和瞬态法,对于耐火隔热材料的导热系数测试而言也是如此。但由于耐火隔热材料一般都是在高温下使用,所以相应的测试方法也需要满足高温要求。由此,目前国内外也仅有限几种方法可用于耐火隔热材料高温条件下的导热系数测试,如图 2‑ 1所示。[align=center][img=,500,156]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802142042533218_8908_3384_3.png!w690x216.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图2‑ 1 耐火隔热材料高温导热系数测试方法分类[/color][/align] 采用以上测试方法进行耐火隔热材料的测试设备如下:[color=#ff0000][b]2.2. 测试设备2.2.1. 稳态热流计法高温导热系数测试仪器[/b][/color] 稳态热流计法高温导热系数测试仪器依据GB/ T 10295、ASTM C201和ASTM C518标准测试方法,是一种标准的稳态法导热系数测试设备。稳态热流计法高温导热系数测量原理如图 2‑ 2所示,当水平放置的被测平板状样品上下热面和冷面处在恒定温度时,在被测样品的中心区域和热流测量装置的中心区域会建立起类似于无限大平板中存在的一维稳态热流。通过测量热流密度、试样的热面和冷面温度以及试样厚度则可获得被测试样的导热系数。稳态热流计法高温导热系数测试仪器图 2‑ 3所示。[align=center][img=,690,389]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802142044227159_7689_3384_3.png!w690x389.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图2‑ 2 热流计法高温导热系数测量装置原理图[/color][/align][align=center][color=#ff0000][img=,690,535]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802142044416555_2241_3384_3.jpg!w690x535.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图2‑ 3 上海依阳公司热流计法高温导热仪[/color][/align] 与其它测试方法相比,稳态热流计法高温导热系数测试方法及其仪器最显著特点就是测试条件可以模拟耐火隔热材料在各种实际工程中的应用环境,稳态热流计法是目前唯一能模拟出实际工程隔热环境的测试方法,在被测样品上能够建立起工程实际应用中的隔热大温差,即温度样品冷面可以控制在室温~50℃以下,而样品热面温度则可以达到1500℃以上的高温。[b][color=#ff0000]2.2.2. 稳态保护热板法中温导热系数测试仪器[/color][/b] 稳态保护热板法导热系数测试仪器依据GB/T 10294和ASTM C177标准测试方法,是一种标准的稳态法导热系数测试设备。稳态保护热板法导热系数测试原理如图 2‑ 4所示。保护热板法有单样品和双样品之分,样品置于加热板上,样品2/3尺寸大小的热板内布置用于量热的加热丝,其它尺寸外缘部分布置防护加热丝,并有隔离缝,下部是辅助防护加热,这样热板部分的发热量通过样品形成一维稳态热流,均作为热流密度的计算量,因此保护热板法是一种绝对方法。稳态保护热板法高温导热系数测试仪器如图 2‑ 5所示。[align=center][img=,516,301]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802142045185716_9092_3384_3.jpg!w516x301.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图2‑ 4 单样品防护热板法测量原理图[/color][/align][align=center][color=#ff0000][img=,441,486]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802142045307632_8761_3384_3.jpg!w441x486.jpg[/img][/color][/align][color=#ff0000][/color][align=center]图2‑ 5 德国耐驰公司高温保护热板法分析仪[/align] 稳态保护热板法高温导热系数测试方法及其仪器最显著特点就是其测量精度最好,常用于计量和校准标准材料和其它测试仪器,被测样品冷热面温差小,最大不超过50℃,但保护热板法测试仪器用于耐火保温材料导热系数测试中的最大问题是测试温度不高,样品热面温度最高只能达到600℃。[b][color=#ff0000]2.2.3. 准稳态高温导热系数测试仪器[/color][/b] 准稳态导热系数测试技术是一种新型测试方法,准稳态高温导热系数测试仪器依据ASTM E2584标准测试方法。准稳态法是一种介于稳态法和瞬态法之间的一种测试方法,准稳态导热系数测试原理如图 2‑ 6所示。[align=center][img=,560,370]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802142046135293_9233_3384_3.png!w690x457.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图 2‑ 6 准稳态法导热系数测量原理图[/color][/align] 准稳态法采用的是一维热流加热方式,被测平板状样品在被加热或冷却到一定阶段后,通过试样的热流速度将达到一个缓慢变化状态,也就是准稳态状态,由此可以测量样品在加热和冷却过程中热流随时间的变化速度,,通过得到的准稳态条件下的热流和温度变化测试数据,可以准确计算出被测材料的热扩散系数、热容、热焓和导热系数。准稳态法高温导热系数测试仪器如图 2‑ 7所示。[align=center][img=,500,578]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802142047447306_5655_3384_3.png!w690x798.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图 2‑ 7 上海依阳公司准稳态法高温导热仪[/color][/align] 从原理上讲准稳态法是一种大温差形式的动态测试方法,在试验过程中的测量参数都是试样表面温度变化,不涉及到材料的内部变化,而是将材料的内部变化都看成为一个等效传热过程,因此这种方法可以用于材料在具有相变和化学反应过程中的有效热扩散系数、热容、热焓和有效导热系数测量。准稳态法的另外一个突出优点在于大大缩短了测试周期,基本可在36小时内测试得到一条有效导热系数随温度的变化曲线。[b][color=#ff0000]2.2.4. 瞬态热线法高温导热系数测试仪器[/color][/b] 瞬态热线法导热系数测试仪器依据GB/T 5990和ASTM C1133标准测试方法,是一种标准的瞬态法导热系数测试设备。瞬态热线法导热系数测试原理如图 2‑ 8所示。[align=center][img=,475,359]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802142048251129_5443_3384_3.jpg!w475x359.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图 2‑ 8 热线法导热仪结构原理图[/color][/align] 热线法是在样品(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。测量热线本身或与热线相隔一定距离的平板的温度随时间上升的关系。热线法高温导热系数测试仪器如图 2‑ 9所示。[align=center][img=,690,555]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802142048505870_3628_3384_3.jpg!w690x555.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图2‑ 9 美国TA公司热线法高温导热仪[/color][/align] 瞬态热线法高温导热系数测试方法及其仪器最显著特点就是仪器结构简单和测试温度高,可以轻松实现1400℃下的高温测试,这也是过去常用的耐火隔热材料导热系数测试方法和仪器。 与上述稳态测试方法相比,瞬态热线法高温导热系数测试方法及其仪器在测试过程中要求被测样品整体温度达到均匀一致后再进行测量,所以瞬态热线法是一种无温差的测试方法。由于热线法中的热线很细,热线通电加热后热量向热线的径向方法传播,所以热线法测量的是样品整体导热系数而没有方向性,所以热线法要求被测样品由各向同性材质制成。[b][color=#ff0000]2.2.5. 瞬态闪光法高温导热系数测试仪器[/color][/b] 需要特别指出的是:传统意义上的瞬态闪光法并不适合对耐火隔热材料材料的导热系数进行测试, 这主要是因为耐火隔热材料的导热系数普遍偏低,脉冲光辐照到样品前表面后,脉冲形式的加热热量无法传递到样品背面,使得样品背面几乎没有任何温度变化,背温探测器基本检测不到任何温升信号。因此,Gembarovic和Taylor在闪光法基础上开发了一种步进加热三点测温的测试方法用于低导热材料的高温热扩散系数测量,测量原理如图 2‑ 10所示,整个测量装置的结构如图 2‑ 11所示。[align=center][img=,600,363]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802142049373131_4398_3384_3.png!w690x418.jpg[/img][/align][align=center][color=#ff0000]图 2‑ 10 瞬态步进加热三点测温法高温热扩散系数测量原理图[/color][/align][align=center][b][img=,690,441]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802142049522161_6872_3384_3.png!w690x441.jpg[/img][/b][/align][align=center][color=#ff0000]图2‑ 11 瞬态步进加热三点测温法高温热扩散系数测试系统结构示意图[/color][/align] 这种测试方法和设备可以对相对较小的样品()进行温度高达1500℃下的高温热扩散系数测量,测量原理与闪光法近似,只是将闪光加热的脉冲宽度加的很长,对样品表面进行长时间的加热,从而使得热量能传递到样品背面获得有效测量信号。但这种测试方法在取样过程中样品不能太厚,否则热量还是无法传递到样品背面,由此很容易造成取样没有代表性问题。[b][color=#ff0000]2.3. 各种测试方法测试能力比较[/color][/b] 通过上述耐火隔热材料导热系数各种测试方法和相应测试设备的描述,将各种测试方法和测试仪器的主要特点、能力和要求进行汇总比较,如图 2‑ 12所示,由此对各种测试方法有一个直观的了解。[align=center][color=#ff0000][img=,590,160]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802142051019290_574_3384_3.png!w690x188.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#ff0000]图2‑ 12 耐火隔热材料导热系数测试方法和测试仪器比较[/color][/align] 从图 2‑ 12中的综合比较可以看出,综合能力排名前两位的是准稳态法和稳态热流计法,这也就是上海依阳实业有限公司选择生产这两种测试仪器的主要原因之一。[b][color=#ff0000]3. 真导热系数和有效导热系数的定义[/color][/b] 根据上述针对耐火隔热材料导热系数测试方法所进行的介绍,可以发现尽管测试方法和测试设备有不同形式,但这些测试方法都离不开温度场这个环境变量和测试条件,即无论测试方法怎么变化,都必须使得被测样品要么是大温差、要么是小温差(将无温差归到小温差范围内)。这样,我们就可以将耐火隔热材料的导热系数按照温差大小分别对应进行定义,即: (1)样品小温差下,或无温差下得到的导热系数定义为真导热系数; (2)样品大温差下测量得到的导热系数定义为有效导热系数。 以往有效导热系数的定义多根据被测样品的均质性和组分结构的多样性来定义,并没有明确的按照测试温差大小(或使用过程中的温差大小)来定义。现在明确采用温差大小来定义和区分有效导热系数和真导热系数的不同,一方面是便于今后对耐火隔热材料测试方法选择和耐火隔热材料热性能的准确描述,另一方面也是依据标准测试方法所做的规定。 在国内外所有稳态法导热系数标准测试方法中,都指出:“通过测量热流、温差及样品厚度尺寸,利用稳态傅立叶导热公式计算得到的材料传热性质(导热系数或有效导热系数),可能并不是材料自身固有特性,因为它很大程度上可能取决于具体测试条件,例如试验过程中样品上的冷热面温差大小”。这句话指出了两个基本事实,可以理解为有两个含义: (1)一个事实就是材料的固有特性,即材料的固有特性是不受测试条件影响而本身存在的。所以在测试过程中要明确了解到底测量的是不受测试条件影响的材料固有特性,还是测量与测试或使用环境有关的特定环境特性。 (2)材料的固有特性,很大程度取决于具体测试条件,即取决于样品上的冷热面温差大小。温差小时测量得到则是固有特性,温差大时测量得到的则不是固有特性。 根据标准测试方法中的这些规定,就可以很容易进一步明确耐火隔热材料导热系数的定义: (1)样品小温差下,或无温差下得到的导热系数定义为真导热系数,即样品材料的固有导热系数; (2)样品大温差下测量得到的导热系数定义为有效导热系数,即样品材料的环境导热系数。 由此可见,一旦材料制成,其真导热系数就会固定不变,真导热系数就是这材料的固有特性。而这种材料在不同使用温度环境下,则会有相应的有效导热系数,这主要是因为在大温差条件下,有效导热系数会包含除真导热系数之外,还包括与辐射和对流传热相对应的辐射导热系数和对流导热系数。 由此可见,在小温差条件下,假设不考虑辐射传热和对流传热形式,同时假设也忽略气体导热传热,那么所谓的真导热系数,基本就代表了材料的固相导热系数。因此,为了对样品材料的真导热系数进行准确测量,很多标准测试方法对导热系数测试中的小温差进行了规定:GJB 329规定测试温差应控制在10~50℃,GB/T 10295建议温差控制在5~10℃,ASTM相关标准规定该温差应不大于25℃。由此可见,在最大温差不超过50℃条件下,就可以忽略稳态法测量中辐射和对流传热的影响,稳态法测量得到的样品导热系数,就是真导热系数。需要注意的是:耐火隔热材料由于低密度和高孔隙率,材料内部有大量孔隙,由此这个真导热系数,包括了材料的固体导热系数和气体导热系数。 根据上述小温差的定义,温差小于50℃的导热系数测试都是真导热系数测试。那么对于样品温度均匀无温差的测试,所得到的导热系数更是真导热系数。完成了两种导热系数定义后,就可以很明确知道不同测试方法测量得到不同类型的导热系数,即: (1)真导热系数测试方法:保护热板法、瞬态热线法、瞬态闪光法。 (2)有效导热系数测试方法:热流计法、准稳态法。[color=#ff0000][b]4. 真导热系数与有效导热系数的关系及其转换4.1. 问题的提出[/b][/color] 对于耐火隔热材料的性能测试,国内外都处于非常混乱的局面,有些测试得到的有效导热系数,有些测试得到的则是真导热系数,这些不同导热系数往往会引起隔热材料选择和隔热结构设计的混乱,特别是在耐火隔热材料高温性能测试中,测试方法的混乱使用很容易造成对隔热性能的高估,从而造成隔热效果不佳,甚至出现漏热事故和爆炸。因此,针对耐火隔热材料,如何才能准确测试和描述导热系数才能准确和实用呢,下面将从理论分析方面来对这个问题进行求解。[b][color=#ff0000]4.2. 真导热系数与有效导热系数的关系[/color][/b] 按照上述小温差和大温差形式分别定义真导热系数和有效导热系数,我们选择小温差的保护热板法法和大温差的热流计法来研究真导热系数与有效导热系数的关系。对于大温差的热流计法导热系数测量,有效导热系数的测量公式为: 式中表示流经样品厚度方向上的热流密度,表示样品厚度,表示样品热面温度,表示样品冷面温度。在热流计法大温差测量过程中,样品冷面温度的变化一般较小,基本都控制在50℃以下,而热面温度则较大(1000℃)。大温差下得到的有效导热系数的描述,都需要明确热面温度和冷面温度,并可用平均温度来表达。对于小温差的保护热板法导热系数测量,真导热系数的测量公式为: 式中同样表示流经样品厚度方向上的热流密度,表示样品厚度,表示被测样品冷热面之间的温度差。在保护热板法小温差测量过程中,冷热面温差很小,基本都控制在50℃以下。小温差下得到的真导热系数的描述,由于温差小,则可以直接用平均温度来描述,而无需标明热面温度和冷面温度。 尽管大温差和小温差所对应的两种测试方法不同,但这两种方法都是基于稳态傅立叶传热定律,公式和中各个参量的物理意义是相同的。因此,大温差的热流计法导热系数测量,可以在测试模型和数学上假设是由多个相同厚度的小温差保护热板法多层叠加而成,即和。这个假设的前题是: (1)样品材料在测试温度范围内没有化学反应或相变。 (2)在小的温度和气压区间内,真导热系数或保持不变、或呈线性关系。 (3)耐火隔热材料中的热传递形式一般由固相介质导热、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]介质导热及辐射传热三部分构成,如果材料内部不存在通孔形式的孔隙,可忽略辐射传热对整体热传递的贡献。 这样,大温差的热流计法导热系数测试模型数学表达式,就可以用小温差的保护热板法导热系数测试模型数学表达式的积分形式来描述,由此得出有效导热系数与真导热系数关系式为: 式中的和代表温度和气压变量。通过公式所定义的真导热系数与有效导热系数的关系,就可以进行这两种导热系数之间的转换,即通过大温差的有效导热系数测量推导出相应的小温差时的真导热系数,或根据小温差真导热系数测量推导出大温差时的有效导热系数。[b][color=#ff0000]4.3. 由真导热系数推导有效导热系数[/color][/b] 由真导热系数测试结果推导出大温差条件下的有效导热系数,即据根真导热系数测试结果推算出在温度~范围内的大温差有效导热系数,具体实施方法就是在温度~范围内选择一系列温度点进行保护热板法或瞬态热线法导热系数测试,得到一系列不同温度下的真导热系数测试结果。这里的在保护热板法测试中代表样品的平均温度,在瞬态热线法和瞬态闪光法中代表样品温度。然后将测试结果(,)进行最小二乘法拟合得到一个多项式表达式: 式中的、、和是与样品材料自身特性有关的多项式常数。大多数耐火隔热材料的真导热系数与温度的非线性关系一般都可以用一元三次多项式描述。 将得到的真导热系数随温度变化多项式代入公式,然后进行积分求解就可以得到相应的有效导热系数。针对气压变量的真导热系数推导有效导热系数也是如此操作。[b][color=#ff0000]4.4. 由有效导热系数推导真导热系数[/color][/b] 同样,在有效导热系数推导真导热系数过程中,假设真导热系数随温度变化关系是一个三元一次多项式,即: 式中的、、和是与材料自身特性有关的待定常数。将式直接代入与式可得: 在式中只有、、和四个未知数,理论上可以通过4个式的联立方程就可求解出这四个未知数。即在理论上通过4次值调整,即进行4个不同热面温度下的稳态热流计法导热系数测试试验,同时保持样品冷面温度基本不变,由此得出4组相应的、值,就可建立这4个联立方程,从而求出4个待定常数、、和的值,最终得到真导热系数与温度的关系表达式。 从式中可以看出,式对温差大小没有任何限制。因此可以在容易实现的大温差测试条件下进行相应测试和测算。为了提高这种方法的推导计算准确性,在选取值时应尽可能接近所需要的温度值。例如需求1000℃的材料真导热系数,选取的4个值中至少应有一个值为1000℃或大于1000℃。如果需要某一特定温度段的真导热系数,比如需要500~1000℃之间的材料真导热系数,那么4个值建议选取为500℃、l 000℃以及介于500℃与1000℃之间的2个温度点数据。同时,需要说明的是本方法不是利用低温段真导热系数进行高温真导热系数简单外推,而是在掌握大温差测试条件下有效导热系数相关数据的基础上,通过确定所假设的函数待定常数来最终获取耐火隔热材料高温真导热系数,并且假设的函数形式是统计分析得出的结论以及ASTM相关标准认可的。[b][color=#ff0000]5. 结论[/color][/b] 通过以上的理论分析和计算,针对耐火隔热材料导热系数测试中常用的小温差和大温差两类测试方法,明确了有效导热系数和真导热系数的定义,首次详细描述了这两个参数之间的关系、区别和详细转换方法,明确了这两类主流测试方法的适应范围,,从而便于在耐火隔热材料性能评价中选择合适的测试方法,有利于对耐火隔热材料的隔热性能做出准确测试评价,从而保证对隔热材料及结构的正确的选择和设计。 下一部工作将针对各种耐火隔热材料的有效导热系数和真导热系数测试数据,对上述的真导热系数和有效导热系数之间的关系和转换方式进行试验验证,由此来对测试方法、测试设备和两种导热系数相互关系及其转换进行评价。[b][color=#ff0000]6. 参考资料[/color][/b] (1) Gembarovic, J., and Taylor, R. E., “A Method for Thermal DiffusivityDetermination of Thermal Insulators,” International Journal of Thermophysics,Vol. 28, No. 6, 2007, pp. 2164-2175.[align=center][img=上海依阳公司热流计法高温导热系数测试系统,690,499]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802142040536176_2249_3384_3.png!w690x499.jpg[/img][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
一般导热脂的最高使用温度可以达到150℃。那么在室温~150℃的温度范围内,导热脂的导热系数是随温度升高而增大?还是随温度升高而下降呢?有没有朋友做个这方面的测试。
实验室准备购买一台导热系数仪,主要测陶瓷纤维,能测高温600℃以上,导热系数精度在0.001W/K.M的,哪位大神有用过的,求指教,谢谢。
想测煤在高温时导热系数,但是煤在温度上升过程中会有水分的挥发,而在高温情况下也会发生一些转变?如何能够更准确的测试其高温导热系数,有没有人做过类似的试验呢?还有一般的绝热材料因为导热系数比较小,那么一般采用什么方法进行测量呢? 哪个厂家的仪器比较好一点?
我在使用导热系数仪测试铝基板时,因为之前的导热膏用完了(之前的是道康宁的硅脂),后来换了导热膏,测试了其接触热阻,但是后来发现,测试同一块板子,因为导热膏不同,导致前后结果,即导热系数差别很大。导热膏有这么大的影响吗?还是什么其它原因呢?换了导热膏之后,我用标准块测试了一次,测试的结果是在标准范围内的。感觉导热膏应该没问题的。
公司实验室想买一台导热系数仪,主要用来测陶瓷纤维,要求精度最好是0.001W/K.m,高温能到600℃。请问各位大哥大姐谁有用过类似的导热系数仪啊,帮忙介绍下。感激不尽。
[color=#ff0000]摘要:针对目前隔热材料导热系数测试中存在的使用条件和测试条件不一致,以及隔热材料导热系数测试方法选择不合理的问题,本文对低密度隔热材料导热系数测试技术进行了分析,介绍了等效导热系数和导热系数基本概念,介绍了如何选择合理的测试方法,并用试验测试数据验证了不同测试方法所得的等效导热系数和导热系数之间的差异。[/color][align=center][color=#ff0000]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/align][size=18px][color=#ff0000]一、问题的提出[/color][/size]在高低温隔热防护领域中,经常会听到防热结构设计人员和隔热材料使用机构提出隔热材料无法满足使用要求的问题,经常会出现隔热性能样品测试结果与实际隔热考核试验效果相差巨大的现象。在隔热材料实际应用中,如果按照隔热材料导热系数测试结果进行设计,经常会出现防隔热系统根本无法达到隔热设计要求的现象。出现这种现象主要是由于以下几方面的原因:(1)隔热材料使用条件和测试条件出现严重偏离。(2)隔热材料导热系数测试方法选择不合理。为解决上述问题,本文将针对当前低密度隔热材料导热系数测试技术进行分析,介绍合理的测试方法选择,并用试验测试演示不同测试方法所得的等效导热系数和导热系数之间的差异。[size=18px][color=#ff0000]二、等效导热系数、导热系数及其测试方法分析[/color][/size]各种隔热材料在实际应用中,一般都会在材料的隔热厚度方向上形成较大温差,即隔热材料的一面面对高温热源或低温冷源,隔热材料另一面经隔热后的温度越接近于环境温度(如室温)越好。在高温防隔热系统中,这种温差往往有几百至上千度;在低温绝热系统中,这种温差也会有200~300℃左右(如液氮和液氦冷源)。另外在隔热过程中,隔热材料内部的传热形式主要有导热、辐射和对流三种传热形式,特别是对于低密度多孔隙的隔热材料,冷热面之间的温差越大,辐射和对流的作用越明显。因此,为了准确测试表征隔热材料的实际隔热性能,需要在隔热材料厚度方向上模拟出与实际应用接近的大温差后再进行测试,这种大温差条件下测试得到的导热系数包含了导热、辐射和对流三种传热形式的综合作用,这种包含了复杂综合传热效果的导热系数称之为等效导热系数(effective thermal conductivity),或表观导热系数(apparent thermal conductivity)。目前大多数隔热材料导热系数测试过程中,并未在隔热材料厚度方向上形成较大温差,一般是将温差控制在10~40℃范围内,此时获得的测试结果为导热系数(thermal conductivity),也称之为真导热系数(ture thermal conductivity),主要包括隔热材料内的固体材质和气体的导热系数之和,这种较小温差使得隔热材料内存在的辐射和对流热传递可以忽略不计。真导热系数的另外一个显著特点是与被测样品的厚度无关,即测试不同厚度的相同隔热材料样品应得到相同的真导热系数,此特点常用于考核导热系数测试仪器的准确性。由此可见,由于小温差测试中不包含辐射和对流传热,这使得测试相同隔热材料测试时,大温差下测试得到的等效导热系数数值往往会普遍大于小温差下测试得到的真导热系数。因此,如果用真导热系数来进行防隔热系统的设计,自然无法得到合理的隔热设计效果。总之,为了得到隔热材料的真实准确数据,隔热材料的导热系数测试条件必须尽可能的与实际隔热温差接近。依上所述,在隔热材料导热系数测试过程中,要根据隔热材料实际应用情况,导热系数测试设备要在被测样品厚度方向上建立相应的大温差或小温差,并在所建立的温差条件下进行测试。因此必须对测试方法和测试设备进行合理的选择,这样才能得到合理的隔热性能测试结果。以下为几种常用于低密度隔热材料导热系数表征的测试方法以及它们的相应温差条件说明。(1)稳态保护热板法:稳态保护热板法是目前导热系数测量精度最高的一种稳态测试方法,也是一种绝对测试方法,其典型标准为GB/T 10294和ASTM C177,测试温度范围可以覆盖-160℃~600℃。由于这种方法在被测样品厚度方向上只能形成20~30℃的小温差,所以测试得到的是真导热系数。保护热板法适合测试导热系数小于1W/mK的各种低导热防隔热材料,但对于超低导热系数(0.01W/mK)测试中,准稳态法的表现显着尤为突出,这主要是因为准稳态法具有从低温至高温的很宽泛测试温度范围,并能测试大温差下的等效导热系数,同时配套的校准技术相对简单,并具备多参数(导热系数、热扩散系数和比热容)测试能力和和更快的测试效率,另外准稳态法测试设备具有相对较低的造价。(2)对于具有超低导热系数(0.01W/mK)的绝热材料,其常温至低温下导热系数测试推荐采用蒸发量热计法,一方面是因为这种方法灵敏度和准确度都非常高,另一方面是可以测试大温差下的等效导热系数。[size=18px][color=#ff0000]三、等效导热系数和导热系数测试对比[/color][/size]为了更直观的说明和了解等效导热系数与导热系数之间的区别,我们分别对石墨毡隔热材料在高温和真空下分别采用不同稳态热流法法和稳态防护热板法进行了测试验证。样品:石墨毡,样品尺寸300mm×300mm×30mm,密度91.7kg/m3。测试环境:真空环境,真空度始终控制在100Pa左右。测试方法和设备:(1)稳态保护热板法(ASTM C177),测试设备为德国耐驰公司的GHP 456,如图1所示。样品热面最高温度为620℃,样品厚度方向上的温差为20℃。(2)稳态热流计法(ASTM C518),测试设备为上海依阳公司的TC-HFM-1000,如图2所示。样品热面最高温度为1000℃,冷面温度控制在50℃以上,最大温差980℃。[align=center][img=大温差下测试等效导热系数,500,333]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205171059034061_2954_3384_3.jpg!w690x460.jpg[/img][/align][align=center]图1 德国耐驰公司GHP 456导热测试设备[/align][align=center][/align][align=center][img=大温差下测试等效导热系数,500,388]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205171059379893_798_3384_3.jpg!w500x388.jpg[/img][/align][align=center]图2 上海依阳公司TC-HFM-1000导热测试设备[/align]采用热流计法和保护热板法得到的测试结果如表1所示,绘制成拟合曲线如图3所示。[align=center]表1 采用热流计法和保护热板法测试石墨毡导热系数结果[/align][align=center][img=大温差下测试等效导热系数,690,220]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205171059504021_3983_3384_3.png!w690x220.jpg[/img][/align][align=center][img=大温差下测试等效导热系数,690,421]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205171100113433_2123_3384_3.png!w690x421.jpg[/img]图3 石墨毡等效导热系数和导热系数测试结果对比图[/align]从上述测试结果可以明显看出,保护热板法在20℃小温差下测得的导热系数随温度变化基本呈线性关系。热流计法在大温差下测得的等效导热系数随温度变化呈曲线关系,并随着温差增大,导热系数快速增大,其中的热辐射传热效应非常明显。在500℃平均温度下,等效导热系数要比真导热系数增大了将近60%多。由此可见,如果在防隔热系统中采用的是导热系数而非等效导热系数进行设计,则会出现严重错误。[size=18px][color=#ff0000]四、总结[/color][/size]为了满足实际工程应用中对隔热材料的隔热性能准确测试表征,需特别注意以下内容:(1)根据隔热材料的设计和应用场景,选择合理的测试方法,相应测试方法和测试设备要求具备模拟隔热材料实际应用中高温下的大温差能力。(2)为同时实现大温差和尽可能高的测试温度,推荐的测试方法为热流计法和准稳态法。(3)对于超低导热系数绝热材料(如气凝胶类隔热材料)的测试,要仔细考量和解决热流计的校准问题和准稳态法中量热计的漏热问题。(4)稳态保护热板法是目前热流计校准唯一较准确的方法,为了实现对超低导热系数测试中更小热流的准确测量,势必要大幅度降低保护热板法校准设备的微小漏热问题,但此问题的解决难度大,现有技术基本已经达到了极限,从而造成目前所有超低导热系数测试普遍偏高的现象。因此迫切需要在新技术上有所突破,解决微小漏热难题,特别是在高灵敏度热流计和微小热流精密校准方面取得突破。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
想测煤在高温时导热系数,但是没在温度上升过程中会有水分的挥发,而在高温情况下也会发生一些转变?如何能够更准确的测试其高温导热系数,有没有人做过类似的试验呢?还有一般的绝热材料因为导热系数比较小,那么一般采用什么方法进行测量呢? 哪个厂家的仪器比较好一点?
国内的导热系数测试仪器哪家强?
我现在要测试导热硅胶的导热系数,我了解了下主要用的测试标准有两个ASTM E 1530和ASTM D5470,这两个测试标准有什么区别? 我们用的导热硅胶导热系数大概在1.5-3W/(M.K)一般是用哪个标准?
表观导热系数,导热系数和热阻1.表观导热系数 Apparent thermal conductivity ASTM C177 C518 or C1114 -4℃, 24℃, 38℃, 93℃, 149℃, 204℃, 260℃, 316℃ ,371℃,427℃ 样品量:300×300mm, 2pcs 厚度25~51mm工作周期:10个工作日2. 导热系数和热阻 Thermal Conductivity& thermal resistance ASTM C518EN 12667 / EN 12664ISO 8301GB/T 10295(-20℃~-10℃), (-9℃~0℃) , (1-10℃), (11-70℃)样品量:300x300x5~80mm 2pcs 工作周期:10个工作日
1. 概述 随着保温隔热材料在各个领域内的广泛应用,体现保温隔热材料性能的导热系数指标也逐渐成为重要的测试和考核参数,使得测试保温隔热材料导热系数的防护热板法测试仪器得到了广泛的应用,众多机构和实验室采用多种型号的防护热板法导热系数测试仪器对保温隔热材料的导热系数进行测试评价。但在防护热板法导热系数测试设备的应用中,出现以下问题: (1)同一保温隔热材料产品经不同实验室采用不同防护热板法设备测试后出现不同测试结果。 (2)同一保温隔热材料产品经不同实验室采用相同防护热板法设备测试后出现不同测试结果。 (3)一台防护热板法设备测试同一材料在不同时期和不同温度区间出现不同测试结果。 由此可见,由于设备、人员、环境条件和操作方法等不同存在不同的测试误差。也就是说,不同实验室和不同防护热板法设备之间,甚至同一防护热板法测试设备,存在不同“测量不确定度”造成的测试数据差异。在实际工程应用中,这些差异严重影响了保温隔热材料产品的性能评定,很多时候甚至会误导材料研制、使用和设计部门对材料的客观准确认识以及正确使用。 由于目前国内外防护热板法测试设备缺失相应的计量校准和溯源,防护热板法测试设备仅能通过美国国家标准与技术研究院(NIST)提供的有限标准参考材料来进行室温附近的校准,无法实现较宽泛范围内的防护热板法测试设备的校准。鉴于此种特殊情况,国内外测试机构和实验室一般都采用一些性能稳定的材料来进行实验室比对测试。 按照GB/T 27043-2012“合格评定能力验证的通用要求”规定,所谓实验室比对,是指在规定条件下,对相同准确度等级或者指定不确定度范围的同种测量仪器复现的量值之间进行比较的过程。测试设备实验室间比对的目的是确定实验室能力,识别实验室间的差异和实验室存在的问题,而关键是要对最终比对结果进行评价。在实验室间比对过程中,应特别考虑各参加实验室所声明的测量不确定度。在国内的以往实验室间比对中,对各实验室测试设备测量不确定的认识严重不足,几乎只注重比对测试结果的一致性,而完全忽略了结果的测量不确定度。虽然多个实验室进行了测试给出了结果,但没有提供各实验室的测量结果不确定度分析报告,使得实验室间比对工作只有组织和实施而缺少正确合理的评价,不知道结果之间相差多大为合理,多大为不合理,甚至于一味地追求结果的一致性,忽视了比对实验的真正目的。 由此可见,要提高保温隔热材料导热系数测试的准确性和可靠性,就应统一测试结构和实验室的防护热板法测试设备的检定和校准工作,正确运用测量不确定度分析,在规定的范围内开展量值传递工作,做好计量标准考核和管理工作。 其实,针对目前国内防护热板法测试设备缺失相应的计量校准和溯源的现状,防护热板法测试设备的测量不确定评定,不仅仅适应于计量机构和国际量值比对,同时更适用于各级检测实验室、校准实验室和质检机构。 因此,为了规范检测机构测试标准的运行,提高测试管理水平,保证保温隔热材料测试数据的准确可靠,客观、公正和科学反映检测机构和实验室综合技术水平,应开展各实验室防护热板法测试设备的测量不确定度分析,开展各实验室之间防护热板法测试设备比对,制定相应的实施方案,以便各实验室在参加比对工作中共同遵守。 此次保温隔热材料防护热板法导热系数测试实验室间比对只在国内少数几家具有防护热板法导热系数测试设备的重要机构和实验室内进行,通过实验室间比对,拟达到以下几方面的目的: (1)识别实验室防护热板法测试设备存在的问题,这些问题可能与诸如不适当的检测或测试程序、人员培训和监督的有效性、设备校准等因素有关; (2)建立防护热板法导热系数测试的有效性和可比性; (3)识别实验室间各防护热板法测试设备的差异; (4)确认各实验室声称的导热系数测量不确定度; (5)评估防护热板法的性能特征——通常被称为协作试验; (6)增强实验室客户的信心; (7)根据比对的结果,帮助参加实验室提高能力; (8)用于导热系数标准物质/标准样品的赋值,以及评定其用于导热系数检测或测量程序时的适用性。2. 基本原则2.1. 实验室间比对参与实验室的动机 此次保温隔热材料防护热板法导热系数测试实验室间比对的主要目的是在国内有限范围内建立防护热板法导热系数测试的有效性和可比性。此次比对并不具有通常意义上的实验室合格评定和能力验证的作用,主要是通过实验室间比对识别实验室防护热板法测试设备存在的问题、识别实验室间各防护热板法测试设备的差异和明确各自实验室导热系数测量不确定度,为改进措施的实施提供明确的方向。因此,这就需要参与比对的机构和实验室具有不怕暴露自身问题的态度,能客观真实的进行比对实验和展示比对结果,更有利于发现问题和解决问题,促进这个技术领域的发展。 总之,此次防护热板法导热系数测试实验室间比对,以及今后的其他热物理性能测试方法和测试参数的比对,都属于自发组织、自愿参加,大家一起努力来提高整个材料热物理性能测试水平。2.2. 实验室比对的组织 在进行比对时要事先制定比对计划,针对比对目的和方法,包括采用的传递标准、仪器设备的要求、数据的处理及报告、比对结果的评价及利用等环节,策划好比对方案。特别要根据比对项目的目的,确定具有相当技术能力的主导实验室和一定数量符合条件的参比实验室。组织比对时应着重考虑以下三点: (1)比对方法首选国家计量检定规程或国家计量技术规范规定的相关程序。在某些情况下也可以采用特定方法,但应通过适当途经(例如协作实验)确认。如果参比实验室的仪器设备和实验人员差异较大,或者对比对方法有歧义,则应事先对实验条件作更为详尽的说明,以便排除可能产生的干扰并识别真实差异。 (2)比对参考(指定)值通常由高等级的实验室(例如国家、大区或省市计量院)给出,也可由主导实验室和参比实验室共同协商提出。在实际工作中,有时是自行组织的人员比对、设备比对或者是两个或两个以上的实验室间比对。这时无法确定参考值,往往只能比较两个或两个以上测量结果之间的差异,而这种差异的可接受性往往可以用En值来判断。如果差异显著,则很难确定出错在哪一方。 (3)鉴于测量结果及其不确定度均要参与最终比对结果的评判,所以在比对前应列出不确定度的主要分量、评定方法,并给出相应的置信水平和自由度。2.3. 实验室比对的路线 在传统的实验室间比对过程中,典型的比对路线如图 2‑1所示,A表示主导实验室,B、C、D、E、F、G表示参比实验室。在圆环式中,传递标准首先由主导实验室A按规定程序进行校准,得出数据后传递给参比实验室B,经B校准后依次传递给其他实验室,最后由G返回到A进行复校,以验证传递标准的示值变化是否正常。该方式适用于传递标准稳定性好、便于搬运的情况。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/07/201507221657_556704_3384_3.jpghttp://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif图2‑1 实验室比对传递线路图 在星形式中,传递标准首先由主导实验室A按规定程序进行校准,得出数据后传递给参比实验室B,经B校准后直接返回A复校,以验证传递标准的示值变化是否正常。若变化在允许范围内则比对有效,可取A前后两次的平均值与B比较,计算出A、B两个实验室的差异。若差异在允许的范围内,表明符合要求;若差异显著,则应检查是否存在系统偏差。依此类推,逐次比对到G。该方式也适用于多台传递标准从A出发同时进行比对,即使某一台传递标准出问题,也只影响某一个实验室的比对结果。 花瓣式由三个小的圆环式组成, 在按圆环方式进行了两个实验室的比对后,将传递标准返回主导实验室A复校,以及时验证在此过程中传递标准示值的变化
导热系数参比板的计算公式里面的平均温度是指哪两个的平均温度?我们用的是双试件的,就是类似这篇文章中的
《导热系数测试原理及方法》的微课从课程内容设计上:一方面从浅入深,层层揭开传热现象背后的原理,傅立叶导热方程的由来和导热系数的定义;另一方面知识面宽,从各个角度来介绍导热系数的测试的核心价值,涉及到导
公司要测试玻璃导热系数,哪里有卖这种仪器的啊?温度要到1400度吧.
[quote][color=#ff0000]摘要:本文针对二氧化硅Q纤维、氧化铝Saffil纤维、APA纤维、氧化锆ZYF纤维和OFI纤维五种纤维类隔热材料,分别采用大温差的高温热流计法和小温差的瞬态步进加热法进行高温和不同气压条件下测试,通过试验得到的真导热系数和有效导热系数测试结果数据,验证真导热系数与有效导热系数之间的关系以及相互转换方法,证明了这种相互关系和转换方法的有效性。[/color][/quote]关键词:耐火材料、隔热材料、有效导热系数、真导热系数、导热系数、大温差、测试方法[align=center][b][color=#3333ff]注:文中有大量公式,但不便在网页中进行完整显示。本文的PDF格式完整版本,已在本文的结尾处附上。[/color][/b][/align][b][color=#FF0000]1. 引言[/color][/b] 对于各种耐火隔热材料的高温导热系数测量,目前常用的测试方法如图 1‑ 1所示。这些测试方法一般分为稳态法和瞬态法,但这种分类方法在实际应用中并没有多少实际意义。[align=center][img=,500,156]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181530195080_6467_3384_3.png!w690x216.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 1‑ 1 耐火隔热材料高温导热系数测试方法分类[/color][/align] 为了便于对耐火隔热材料的导热系数进行正确的描述和理解,便于对上述各种测试方法进行比较,我们对测试方法按照测试过程中样品材料上的温度梯度大小进行分类,大温度梯度归类为大温差测试方法,如热流计法和准稳态法;小温度梯度或无温度梯度归类为小温差测试方法,如保护热板法、热线法和闪光法。由此可以很容易确定出以下导热系数实际物理意义及其定义: (1)小温差或无温差(50℃)测试方法测量得到的是“真导热系数”。 (2)大温差测试方法测量得到是“有效导热系数”。 由于测试中所形成的温差不同,使得热量在样品中的热传递形式也不同,因此在不同温差下进行测量所得到的“真导热系数”与“有效导热系数”并不相同,这在对耐火隔热材料测试方法选择和测量结果数据的应用中要特别注意,否则会出现严重问题。 关于不同温差下测量得到的真导热系数和有效导热系数两者之间的转换关系,本司已发布研究报告进行过专门的理论分析论述。本文将特别针对五种不同的纤维类隔热材料,分别采用大温差的高温热流计法和小温差的瞬态步进加热法进行了高温和不同气压条件下的测试,用试验数据来验证真导热系数与有效导热系数之间的关系以及相互转换方法。[b][color=#FF0000]2. 纤维类隔热材料样品[/color][/b] 针对以下五种纤维隔热材料分别测量了真导热系数和有效导热系数,这五种纤维隔热材料参数和相应的测试结果数据来自文献。 Q纤维:Q纤维是硅基隔热材料,具有很好的隔热性能。纤维平均直径为1.3 um,Q纤维隔热材料一般密度为48.6、68.8和95.6 kg/m3,与之对应材料厚度分别为13.3、19.1和13.3 mm。 Saffil纤维:Saffil纤维是氧化铝基隔热材料,平均纤维直径为4.5 um,一般密度在24.2~96.1 kg/m3范围内,所对应的样品厚度在13.3~39.3 mm之间。 APA纤维:APA纤维也是一种氧化铝基纤维隔热材料,平均纤维直径为4.5 um、密度为107 kg/m3,APA隔热材料为大约1 mm厚的板材,而25.4 mm厚的样品被用于有效导热系数测量。 ZYF氧化锆纤维:还采用了氧化钇稳定氧化锆(ZYF)纤维隔热材料,其纤维平均直径为6 um、密度为 267 kg/m3。ZYF隔热材料为厚度大约为2.5 mm厚的薄板,在工程应用中可多层叠加使用。 OFI纤维:OFI是一类高效乳白色纤维隔热材料,是在各种纤维毡中嵌入陶瓷遮光颗粒而得到,纤维基体和陶瓷遮光剂的比例可以量身定做为特定飞行轨道/空间气动加热载荷提供一个优化的隔热效果。在纤维隔热垫中嵌入高效陶瓷遮光剂颗粒可以显著降低纤维隔热材料热传递中的辐射分量,从而使OFI成为低气压应用中非常好的隔热性能。本研究中所采用的OFI纤维隔热材料是通过在Saffil纤维隔热材料中嵌入遮光剂,总密度为202.4 kg/m3。[b][color=#FF0000]3. 测试方法及其相互关系[/color][color=#FF0000]3.1. 测试方法[/color][/b] 针对上述五种纤维隔热材料,测试方法分别选用了瞬态步进加热法和高温热流计法,这两种方法都是测量片状或板状样品厚度方向上的导热系数。 高温热流计法测试中样品的冷面温度基本保持在50℃以下,而样品热面温度则根据设定不断变化,样品热面与冷面之间的温差可以达到100~1400℃,样品尺寸为300×300×(10~70 mm)左右,测量原理如图 3‑ 1所示,其它详细内容可参考上海依阳实业有限公司官网TC-HFM-1000 型高温热流计法导热仪介绍以及美国NASA Langley研究中心热真空试验装置的相关报道。[align=center][img=,690,195]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181537268969_3588_3384_3.png!w690x195.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 3‑ 1 稳态热流计法高温导热系数测量原理图[/color][/align] 瞬态步进加热法测试中样品上的温差小于10℃,采用相对较小的样品(φ50mm×3~5mm)进行温度高达1500℃下的高温热扩散系数测量,其基本原理如图 3‑ 2所示,其它详细内容可参考相关文献报道。[align=center][img=,690,418]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181537448898_2666_3384_3.png!w690x418.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 3‑ 2 瞬态步进加热三点测温法高温热扩散系数测量原理图[/color][/align][b][color=#FF0000]3.2. 真导热系数和有效导热系数相互关系[/color][/b] 根据瞬态步进加热法和稳态热流计法法分别得到的真导热系数和有效导热系数及其相互关系,在上海依阳的研究报告“耐火隔热材料测试中有效导热系数与真导热系数的相互关系研究”中进行了详细论述。这里仅给出相对于温度变量的最终关系式,即有效导热系数λeff与真导热系数λtrue关系式为:[align=center][img=,500,65]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181538415798_7481_3384_3.png!w690x90.jpg[/img][/align] 式中的TH和TC分别代表大温差有效导热系数测量中样品的热面温度和冷面温度,T代表小温差真导热系数测量中的样品平均温度。通过公式(3.2.1)所定义的真导热系数与有效导热系数的关系,就可以进行这两种导热系数之间的转换,即通过大温差的有效导热系数测量推导出相应的小温差时的真导热系数,或根据小温差真导热系数测量推导出大温差时的有效导热系数。[b][color=#FF0000]4. 真导热系数与有效导热系数关系的试验验证[/color][/b] 以上介绍了真导热系数与有效导热系数的关系以及相互推导的具体方法,但这些只是根据一些假设进行的理论计算,关系和推导方法的正确性和准确性还需通过试验进行验证。 为了进行试验验证,选择了相同的耐火隔热材料进行取样。对于大温差的有效导热系数测量选择了高温热流计法导热系数测试方法和测量装置,对于小温差的真导热系数测量选择了步进加热三点测温测试方法和高温热扩散系数测量装置,对于无温差的真导热系数测量选择了热线法和高温导热系数测量装置。由于没有实际进行过对相同耐火隔热材料导热系数大温差和小温差的对比测试,因此选择了目前仅有的公开报道的国外文献报道数据进行计算对比。[b][color=#FF0000]4.1. 二氧化硅(Silica)Q纤维隔热材料[/color][/b] 密度为48.6kg/m^3的Q纤维在0.001 Torr氮气气压环境下进行测试,稳态热流计法有效导热系数测量结果如图 4‑ 1中的红线所示,瞬态步进加热法真导热系数测试结果如图 4‑ 2中的红线所示。[align=center][img=,690,404]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181539095327_6858_3384_3.png!w690x404.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 4-1 在0.001 Torr氮气气压下48 kg/m3密度Q纤维样品有效导热系数测量结果与真导[/color][/align][align=center][img=,690,415]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181539230128_5966_3384_3.png!w690x415.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 4-2 在0.001 Torr氮气气压下48 kg/m3密度Q纤维样品真导热系数测量结果与有效导[/color][/align] 有效导热系数λeff随样品热面温度TH变化的拟合公式为:[align=center][img=,600,41]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181539395786_4790_3384_3.png!w690x48.jpg[/img][/align] 真导热系数λtrue随样品平均温度T变化的拟合公式为:[align=center][img=,600,40]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181540044886_2962_3384_3.png!w690x46.jpg[/img][/align][color=#FF0000](1)真导热系数转换为有效导热系数[/color] 将公式(4.1.2)代入公式(3.2.1),然后进行积分求解就可以得到相应的有效导热系数,其中设置样品冷面温度为TC= 20.5℃。得到由有效导热系数拟合公式:[align=center][img=,600,39]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181540571338_7312_3384_3.png!w690x45.jpg[/img][/align] 将真导热系数测量结果转换成有效导热系数的公式以样品热面温度为横坐标绘制有效导热系数曲线,并与有效导热系数大温差测量结果进行比较,如图 4‑ 1所示中的蓝线所示。由图 4‑ 1所示的对比结果可以看出,小温差法测试结果转换为大温差有效导热系数后,与大温差测试结果吻合的很好,只是在热面温度为26℃时两者相差较大为18.6%,这主要是因为在大温差热流计法测量过程中的冷面温度为20.5℃,温差较小使得热流密度较小所带来的误差。而在其它所有热面温度下(100℃以上)有效导热系数相比,偏差百分比都小于2%。由此可见,对于Q纤维这种材料,在高真空条件下,小温差真导热系数测试结果转换为大温差有效导热系数测试结果后,与大温差有效导热系数实际测试结果吻合的很好。[color=#FF0000](2)有效导热系数转换为真导热系数[/color] 假设真导热系数随温度变化关系是一个一元三次多项式,即:[align=center][img=,500,44]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181541199078_3032_3384_3.png!w669x60.jpg[/img][/align] 式中的B0、B1、B2和B3是与材料自身特性有关的待定常数。 将式(4.1.4)直接代入与式(3.2.1)可得:[align=center][img=,600,64]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181541368044_1154_3384_3.png!w690x74.jpg[/img][/align] 将图 4‑ 1中红线所示的一系列热面温度TH和冷面温度TC下测量得到的对应有效导热系数测试数据代入公式(4.1.5)中,得到一系列有关四个未知数B0、B1、B2和B3的关系式。通过多元回归分析,就可以得到这四个未知数,由此得到转换后的真导热系数表达式:[align=center][img=,600,33]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181541566218_1668_3384_3.png!w690x38.jpg[/img][/align] 将有效导热系数测量结果转换成真导热系数的计算公式(4.1.6)以样品平均温度为横坐标绘制真导热系数曲线,并与真导热系数小温差测量结果进行比较,如图4-2中的蓝线所示。由图4-2所示的对比结果可以看出,大温差法测试结果转换为小温差的真效导热系数后,与小温差测试结果吻合的很好,全温度范围内偏差百分比都小于2.6%。由此可见,对于Q纤维这种材料,在高真空条件下,大温差有效导热系数测试结果转换为小温差真导热系数测试结果后,与小温差真导热系数实际测试结果吻合的很好。[b][color=#FF0000]4.2. 氧化铝(Alumina)Saffil纤维隔热材料(高真空下测试)[/color][/b] 密度为48kg/m^3的Saffil纤维在0.001 Torr氮气气压环境下进行测试,稳态热流计法有效导热系数测量结果如图 4‑ 3中的红线所示,瞬态步进加热法真导热系数测试结果如图 4‑ 4中的红线所示。[align=center][img=,690,427]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181542233158_5453_3384_3.png!w690x427.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 4-3 在0.001 Torr氮气气压下48 kg/m3密度Saffil纤维样品有效导热系数测量[/color][/align][align=center][img=,690,423]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181542412398_5020_3384_3.png!w690x423.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 4-4 在0.001 Torr氮气气压下48 kg/m3密度Saffil纤维样品真导热系数测量[/color][/align] 在0.001 Torr氮气气压下48 kg/m3密度Saffil纤维在有效导热系数λeff随样品热面温度TH变化测量值的拟合公式为: 在0.001 Torr氮气气压下48 kg/m3密度Saffil纤维真导热系数λtrue随样品平均温度T变化测量值的拟合公式为:[color=#FF0000](1)真导热系数转换为有效导热系数[/color] 将Saffil纤维真导热系数拟合公式代入公式,然后进行积分求解就可以得到相应的有效导热系数,其中设置样品冷面温度为TC=20.8℃。得到由有效导热系数拟合公式: 将真导热系数测量结果转换成有效导热系数的公式以样品热面温度为横坐标绘制有效导热系数曲线,并与有效导热系数大温差测量结果进行比较,如图 4‑ 3中的红线所示。由图 4‑ 3所示的对比结果可以看出,小温差法测试结果转换为大温差有效导热系数后,比大温差测试结果大出很多,最大偏差百分比为74%,并随着热面温度升高,偏差百分比逐渐减小至9%左右。具体原因不详,有可能是两种方法测试结果有问题。[color=#FF0000](2)有效导热系数转换为真导热系数[/color] 假设真导热系数随温度变化关系是一个一元三次多项式,即: 式中的B0、B1、B2和B3是与材料自身特性有关的待定常数。将式直接代入与式可得: 将图 4‑ 3中红线所示的一系列热面温度TH和冷面温度TC下测量得到的对应有效导热系数测试数据代入公式中,得到一系列有关四个未知数B0、B1、B2和B3的关系式。通过多元回归分析,就可以得到这四个未知数,由此得到转换后的真导热系数表达式: 将有效导热系数测量结果转换成真导热系数的计算公式以样品平均温度为横坐标绘制真导热系数曲线,并与真导热系数小温差测量结果进行比较,如图 4‑ 4中的蓝线所示。由图 4‑ 4所示的对比结果可以看出,大温差法有效导热系数测试结果转换为小温差的真效导热系数后,要比小温差测试结果小很多,最大偏差百分比为311%,并随着热面温度升高,偏差百分比逐渐减小至3%左右。这个规律与上述真导热系数转换为有效导热系数的规律基本一致,就是与有效导热系数相关的数据总是比真导热系数相关数据低很多。具体原因不详,有可能是某种方法测试结果有问题。[b][color=#FF0000]4.3. 氧化铝(Alumina)Saffil纤维隔热材料(大气压下测试)[/color][/b] 密度为48kg/m^3的Saffil纤维在760 Torr和100 Torr氮气气压环境下进行测试,稳态热流计法有效导热系数测量结果如图 4‑ 5中的红线所示,瞬态步进加热法真导热系数测试结果如图 4‑ 6中的红线所示。[align=center][img=,690,388]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181542549828_1222_3384_3.png!w690x388.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 4-5 48 kg/m3密度Saffil纤维样品在100 Torr氮气气压下有效导热系数测量结果[/color][/align][align=center][img=,690,426]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181543092530_4622_3384_3.png!w690x426.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 4-6 48 kg/m3密度Saffil纤维样品在760 Torr氮气气压下真导热系数测量结果[/color][/align] 在100 Torr氮气气压下48 kg/m3密度Saffil纤维在有效导热系数λeff随样品热面温度TH变化测量值的拟合公式为: 在700 Torr氮气气压下48 kg/m3密度Saffil纤维真导热系数λtrue随样品平均温度T变化测量值的拟合公式为:[color=#FF0000](1)真导热系数转换为有效导热系数[/color] 将Saffil纤维真导热系数拟合公式代入公式,然后进行积分求解就可以得到相应的有效导热系数,其中设置样品冷面温度为TC=20.8℃。得到由有效导热系数拟合公式: 将真导热系数测量结果转换成有效导热系数的公式以样品热面温度为横坐标绘制有效导热系数曲线,并与有效导热系数大温差测量结果进行比较,如图 4‑ 5中的蓝线所示。由图 4‑ 5所示的对比结果可以看出,小温差真导热系数测试结果转换为大温差有效导热系数后,与大温差测试结果吻合的很好,只是在热面温度为23.6℃时两者相差略微偏大为5.2%,这主要是因为在大温差热流计法测量过程中的冷面温度为24.35±10.4℃,温差较小使得热流密度较小所带来的误差。而在其它所有热面温度下(100℃以上)有效导热系数相比,偏差百分比都小于5%。由此可见,对于Saffil纤维这种材料,在低真空条件接近一个大气压环境下,小温差真导热系数测试结果转换为大温差有效导热系数测试结果后,与大温差有效导热系数实际测试结果吻合的很好。[color=#FF0000](2)有效导热系数转换为真导热系数[/color] 假设真导热系数随温度变化关系是一个一元三次多项式,即: 式中的B0、B1、B2和B3是与材料自身特性有关的待定常数。将式直接代入与式可得: 将图 4‑ 5中红线所示的一系列热面温度TH和冷面温度TC下测量得到的对应有效导热系数测试数据代入公式中,得到一系列有关四个未知数B0、B1、B2和B3的关系式。通过多元回归分析,就可以得到这四个未知数,由此得到转换后的真导热系数表达式: 将有效导热系数测量结果转换成真导热系数的计算公式以样品平均温度为横坐标绘制真导热系数曲线,并与真导热系数小温差测量结果进行比较,如图 4‑ 6中的蓝线所示。由图 4‑ 6所示的对比结果可以看出,大温差法测试结果转换为小温差的真效导热系数后,与小温差测试结果吻合的较好,全温度范围内偏差百分比都小于5%,只是在最低温度和最高温度处偏差分别为9%和6.4%。由此可见,对于Saffil纤维这种材料,在低真空条件接近一个大气压环境下,大温差有效导热系数测试结果转换为小温差真导热系数测试结果后,与小温差真导热系数实际测试结果吻合的很好。[color=#FF0000][b]4.4. APA纤维隔热材料[/b][/color] 密度为107kg/m^3的APA纤维隔热材料在0.001 Torr氮气气压环境下进行测试,稳态热流计法有效导热系数测量结果如图 4‑ 7中的红线所示,瞬态步进加热法真导热系数测试结果如图 4‑ 8中的红线所示。[align=center][img=,690,388]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181543266391_5463_3384_3.png!w690x388.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 4-7 氮气气压0.001 Torr下107 kg/m3密度APA纤维样品在有效导热系数测量结果[/color][/align][align=center][img=,690,425]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181543387494_7814_3384_3.png!w690x425.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 4-8 氮气气压0.001 Torr下107 kg/m3密度APA纤维样品在真导热系数测量结果[/color][/align] 在0.001 Torr氮气气压下107kg/m^3的APA纤维隔热材料有效导热系数λeff随样品热面温度TH变化测量值的拟合公式为: 在0.001 Torr氮气气压下107kg/m^3的APA纤维隔热材料真导热系数λtrue随样品平均温度T变化测量值的拟合公式为:[color=#FF0000](1)真导热系数转换为有效导热系数[/color] 将APA纤维真导热系数拟合公式代入公式,然后进行积分求解就可以得到相应的有效导热系数,其中设置样品冷面温度为TC=19.05℃。得到由有效导热系数拟合公式: 将真导热系数测量结果转换成有效导热系数的公式以样品热面温度为横坐标绘制有效导热系数曲线,并与有效导热系数大温差测量结果进行比较,如图 4‑ 7中的蓝线所示。由图 4‑ 7所示的对比结果可以看出,小温差真导热系数测试结果转换为大温差有效导热系数后,与大温差测试结果吻合的较好,只是在热面温度为26.8℃时两者相差略微偏大为22.1%,这主要是因为在大温差热流计法测量过程中的冷面温度为19.05±13.6℃,温差较小使得热流密度较小所带来的误差。而在其它所有热面温度下(100℃以上)有效导热系数相比,偏差百分比随着热面温度升高而变大,在最高热面温度1128℃是偏差为14.6%。由此可见,对于APA纤维这种材料,在高真空条件0.001 Torr氮气气氛下,小温差真导热系数测试结果转换为大温差有效导热系数测试结果后,与大温差有效导热系数实际测试结果吻合的较好。[color=#FF0000](2)有效导热系数转换为真导热系数[/color] 假设真导热系数随温度变化关系是一个一元三次多项式,即: 式中的B0、B1、B2和B3是与材料自身特性有关的待定常数。将式直接代入与式可得: 将图 4‑ 7中红线所示的一系列热面温度TH和冷面温度TC下测量得到的对应有效导热系数测试数据代入公式中,得到一系列有关四个未知数B0、B1、B2和B3的关系式。通过多元回归分析,就可以得到这四个未知数,由此得到转换后的真导热系数表达式: 将有效导热系数测量结果转换成真导热系数的计算公式以样品平均温度为横坐标绘制真导热系数曲线,并与真导热系数小温差测量结果进行比较,如图 4‑ 8中的蓝线所示。由图 4‑ 8所示的对比结果可以看出,大温差法测试结果转换为小温差的真效导热系数后,与小温差测试结果吻合的很好,全温度范围内偏差百分比都小于6%,只是在常温23.6℃处偏差最大为8%。由此可见,对于APA纤维这种材料,在高真空条件0.001 Torr氮气环境下,大温差有效导热系数测试结果转换为小温差真导热系数测试结果后,与小温差真导热系数实际测试结果吻合的很好。[b][color=#FF0000]4.5. 氧化锆ZYF纤维隔热材料[/color][/b] 氧化锆ZYF纤维隔热材料在0.001 Torr氮气气压环境下进行测试,稳态热流计法有效导热系数测量结果如图 4‑ 9中的红线所示,瞬态步进加热法真导热系数测试结果如图 4‑ 10中的红线所示。[align=center][img=,690,382]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181543521992_3974_3384_3.png!w690x382.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 4-9 氮气气压0.001 Torr下ZYF纤维样品在有效导热系数测量结果与真导热系数测量结果转[/color][/align][align=center][img=,690,414]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181544043755_4332_3384_3.png!w690x414.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 4-10 氮气气压0.001 Torr下ZYF纤维样品在真导热系数测量结果与有效导热系数测量结[/color][/align] 在0.001 Torr氮气气压下ZYF纤维隔热材料有效导热系数λeff随样品热面温度TH变化测量值的拟合公式为: 在0.001 Torr氮气气压下ZYF纤维隔热材料真导热系数λtrue随样品平均温度T变化测量值的拟合公式为:[color=#FF0000](1)真导热系数转换为有效导热系数[/color] 将氧化锆ZYF纤维真导热系数拟合公式代入公式,然后进行积分求解就可以得到相应的有效导热系数,其中设置样品冷面温度为TC=22.05℃。得到由有效导热系数拟合公式: 将真导热系数测量结果转换成有效导热系数的公式以样品热面温度为横坐标绘制有效导热系数曲线,并与有效导热系数大温差测量结果进行比较,如图 4‑ 9中的蓝线所示。由图 4‑ 9所示的对比结果可以看出,小温差真导热系数测试结果转换为大温差有效导热系数后,与大温差测试结果吻合的较好,只是在热面温度为25.9℃时两者相差略微偏大为83.5%,这主要是因为在大温差热流计法测量过程中的冷面温度为22.05±0.5℃,温差较小使得热流密度较小所带来的误差。而在其它所有热面温度下(100℃以上)有效导热系数相比,最大偏差为6%。由此可见,对于ZYF纤维这种材料,在高真空条件0.001 Torr氮气气氛下,小温差真导热系数测试结果转换为大温差有效导热系数测试结果后,与大温差有效导热系数实际测试结果吻合的很好。[color=#FF0000](2)有效导热系数转换为真导热系数[/color] 假设真导热系数随温度变化关系是一个一元三次多项式,即: 式中的B0、B1、B2和B3是与材料自身特性有关的待定常数。将式直接代入与式可得: 将图 4‑ 9中红线所示的一系列热面温度TH和冷面温度TC下测量得到的对应有效导热系数测试数据代入公式中,得到一系列有关四个未知数B0、B1、B2和B3的关系式。通过多元回归分析,就可以得到这四个未知数,由此得到转换后的真导热系数表达式: 将有效导热系数测量结果转换成真导热系数的计算公式以样品平均温度为横坐标绘制真导热系数曲线,并与真导热系数小温差测量结果进行比较,如图 4‑ 10中的蓝线所示。由图 4‑ 10所示的对比结果可以看出,大温差法测试结果转换为小温差的真效导热系数后,与小温差测试结果吻合的很好,全温度范围内偏差百分比都小于7.3%。由此可见,对于ZYF纤维这种材料,在高真空条件0.001 Torr氮气环境下,大温差有效导热系数测试结果转换为小温差真导热系数测试结果后,与小温差真导热系数实际测试结果吻合的很好。[b][color=#FF0000]4.6. OFI纤维隔热材料[/color][/b] 密度为202.4kg/m^3的OFI纤维隔热材料在0.001 Torr氮气气压环境下进行测试,稳态热流计法有效导热系数测量结果如图 4‑ 11中的红线所示,瞬态步进加热法真导热系数测试结果如图 4‑ 12中的红线所示。[align=center][img=,690,380]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181544213688_4307_3384_3.png!w690x380.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 4-11 氮气气压0.001 Torr下OFI纤维样品在有效导热系数测量结果与真导热系数测量结果[/color][/align][align=center][img=,690,416]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/02/201802181544329578_5158_3384_3.png!w690x416.jpg[/img][/align][align=center][color=#FF0000]图 4-12 氮气气压0.001 Torr下OFI纤维样品在真导热系数测量结果与有效导热系数测量结[/color][/align] 在0.001 Torr氮气气压下OFI纤维隔热材料有效导热系数λeff随样品热面温度TH变化测量值的拟合公式为: 在0.001 Torr氮气气压下OFI纤维隔热材料真导热系数λtrue随样品平均温度T变化测量值的拟合公式为:[color=#FF0000](1)真导热系数转换为有效导热系数[/color] 将OFI纤维真导热系数拟合公式代入公式,然后进行积分求解就可以得到相应的有效导热系数,其中设置样品冷面温度为TC=22.05℃。得到由有效导热系数拟合公式: 将真导热系数测量结果转换成有效导热系数的公式以样品热面温度为横坐标绘制有效导热系数曲线,并与有效导热系数大温差测量结果进行比较,如图 4‑ 11中的蓝线所示。由图 4‑ 11所示的对比结果可以看出,小温差真导热系数测试结果转换为大温差有效导热系数后,与大温差测试结果吻合的非常好,只是在热面温度为24.1℃时两者相差略微偏大为10.8%,这主要是因为在大温差热流计法测量过程中的冷面温度为22.05±0.5℃,温差较小使得热流密度较小所带来的误差。而在其它所有热面温度下(100℃以上)有效导热系数相比,最大偏差为7%,而且随着热面温度的上升,两者相差百分比越来越小。由此可见,对于OFI纤维这种材料,在高真空条件0.001 Torr氮气气氛下,小温差真导热系数测试结果转换为大温差有效导热系数测试结果后,与大温差有效导热系数实际测试结果吻合的非常好。[color=#FF0000](2)有效导热系数转换为真导热系数[/color] 假设真导热系数随温度变化关系是一个一元三次多项式,即: 式中的B0、B1、B2和B3是与材料自身特性有关的待定常数。将式直接代入与式可得: 将图 4‑ 11中红线所示的一系列热面温度TH和冷面温度TC下测量得到的对应有效导热系数测试数据代入公式中,得到一系列有关四个未知数B0、B1、B2和B3的关系式。通过多元回归分析,就可以得到这四个未知数,即: 将有效导热系数测量结果转换成真导热系数的计算公式以样品平均温度为横坐标绘制真导热系数曲线,并与真导热系数小温差测量结果进行比较,如图 4‑ 12中的蓝线所示。由图 4‑ 12所示的对比结果可以看出,大温差法测试结果转换为小温差的真效导热系数后,与小温差测试结果吻合的非常好,全温度范围内偏差百分比都小于4%,只是在较低热面温度(100℃以下)时偏差最大为8.9%。由此可见,对于这种OFI纤维隔热材料,在高真空条件0.001 Torr氮气环境下,大温差有效导热系数测试结果转换为小温差真导热系数测试结果后,与小温差真导热系数实际测试结果吻合的非常好。[b][color=#FF0000]5. 结论[/color][/b] 通过对五种纤维类隔热材料的六组大温差和小温差测试试验结果可以看出,尽管做了一些假设,并忽略了辐射传热对整体热传递的影响,但所建立的有效导热系数与真导热系数关系式成立,并且对这五种纤维类隔热材料应用这种关系是有效的。[b][color=#FF0000]6. 参考资料[/color][/b](1)Daryabeigi K. Heat transfer modeling and validation for optically thick alumina fibrous insulation//Proceedings of the 30th International Thermal Conductivity Conference and the 18th International Thermal Expansion Symposium. USA: NASA Langley Research Center, 2009: 23681.(2)Daryabeigi K, Cunnington GR, Knutson JR. Combined heat transfer in high-porosity high-temperature fibrous insulation: Theory and experimental validation. Journal of thermophysics and heat transfer. 2011 Oct 25 (4):536-46.(3) Gembarovic, J., and Taylor, R. E., “A Method for Thermal Diffusivity Determination of Thermal Insulators,” International Journal of Thermophysics, Vol. 28, No. 6, 2007, pp. 2164-2175.[hr/]
[em27] 导热系数测试仪的工作原理是什么?有人可以告诉我吗?
想问一下各位高人,用于测定纤维增强复合材料的导热系数的导热仪必须是护板法吗?热膨胀一定为线膨胀吗?推荐一下技术参数和厂家吧!本人刚接触,谢谢了
我公司打算购买一台导热系数测试仪,要求可以测到400w/m*k以上请大家推荐一下
[color=#990000]摘要:本文针对低温用绝热材料/系统的热性能测试,基于ASTM C1774标准指南,综合目前国际上基于低温稳态护热技术的文献报道和测试设备,介绍了各种低温绝热材料热性能的测试方法和相应测试设备,为今后国内相应低温绝热材料热性能测试方法和测试设备的建立和改进提供参考。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#990000][/color][/size]一、概述 低温用绝热材料/系统的热性能测试,要比其他材料的热性能测试复杂的多,这主要是由以下几方面的因素引起: (1)材料形式多样:低温用绝热材料/系统的一般形式为散装颗粒和粉末、毯子、分层、面板、以及多层复合系统。材料的例子包括泡沫(闭孔或开孔)、纤维绝热产品、气凝胶(毯子或散装或包装)、多层绝热系统、多孔玻璃泡沫复合板、聚合物复合材料或量散装料,如珍珠岩粉和玻璃泡。 (2)热导率变化范围大:低温用绝热材料/系统的使用环境通常是从真空到常压,在此真空压力范围内,低温绝热材料的热性能可以有四个数量级的变化,有效热导率范围为0.010mW/mK至100mW/mK。绝热材料和系统热性能的主要控制因素是使用和测试环境的真空压力,高真空的有效热导率通常在0.010mW/mK到2mW/mK范围内,非真空时通常在10mW/mK到30mW/mK范围内,软真空时通常介于这两个极端之间。 (3)环境压力范围大:对于低温用绝热材料的真空压力范围,按照ASTM标准指南分为三个区间:高真空(HV,即小于1mTorr)、软真空(SV,即约100mTorr)和无真空(NV,即1个大气压或约760Torr)。 (4)大温差:低温绝热材料/系统的主要功能是提供高水平的绝热性能并保持较大温差,如对于液氦、液氢和液氮制冷剂,低温绝热材料的冷面就会是4K、20K和77K,而热面则为293K的室温,由此形成200K以上的大温差。 综上所述,为了评价低温绝热材料/系统的热性能,关键是需要在有代表性和可重复的条件下进行测试,需模拟出材料实际组合和使用方式,在被测样品上建立大温差和特定残余气体的真空压力环境,并使用灵敏的技术手段检测出透过绝热材料的微小热流。除此之外,还需面对包括材料冷收缩后的厚度测量和表面接触热阻等因素的挑战。由于低温用绝热材料的热导率普遍较低,且在材料内存在巨大温差,目前的绝热材料低温热导率测试只能基于传统的稳态法。另外,由于在使用和测试过程中的穿过低温用绝热材料的热流密度极小,通常在1W/㎡以下,这已远超现有热流传感器的探测能力,因此传统的大温差稳态热流计法无法使用,绝热材料低温热导率测试方法完全基于稳态护热技术。 本文针对低温用绝热材料/系统的热性能测试,基于ASTM C1774标准指南,综合目前国际上基于稳态护热技术的文献报道和测试设备,介绍低温绝热材料热性能的测试方法,为今后国内相应低温绝热材料热性能测试设备的建立和改进提供参考。[size=18px][color=#990000][/color][/size]二、低温绝热材料热性能测试方法分类 低温绝热材料热性能测试的核心是要在大温差和特定真空压力环境下检测出流经被测样品厚度方向上一维热流。为了减少侧向热损,低温绝热材料热性能的各种测试方法基本都基于稳态护热技术,被测样品有圆筒状和平板状两种。对于圆筒状样品,测试方法借鉴了ASTM C335“管状绝热材料稳态传热性能测量的标准试验方法 ”;对于平板状样品,借鉴了ASTM C177“采用防护热板装置进行稳态热流密度和传热性能测量的标准试验方法”。 为了实现被测样品冷热面的大温差,各种测试方法或采用低温制冷剂(典型有液氦、液氢和液氮),或采用低温冷却器,给样品冷面提供制冷。 一维热流测量有采用高灵敏的蒸发量热技术,也有采用传统稳态护热法中的电功率测量技术,蒸发量热技术可以检测的漏热热流密度为0.1~500W/㎡,电功率测量技术可以检测的漏热热流密度为1~1000W/㎡,蒸发量热技术对于微小热流具有更强大的检测能力。 按照ASTM C1774“低温绝热系统热性能测试的标准指南”的规定,上述两种测试技术都可以设计制造为绝对法装置和比较法装置两类,但按照传统的测试方法分类,这两类测试技术都属于绝对法。这里的绝对法是通过测试设备和测试方法的集成设计基本消除了寄生漏热,测试腔室的寄生漏热接近于零。这里的比较法,是通过简单的部分防护,寄生热泄漏降低到可接受水平,还存在一定漏热,但整个测量装置变得比绝对法装置简单,相对简化的比较法仪器可用于大量样品、相似样品、质量控制测试和比较测试。[size=18px][color=#990000][/color][/size]三、蒸发量热法 在蒸发量热法测试绝热材料热性能时,穿过被测样品的外界热量加热测试腔室内处于饱和状态下的低温液态制冷剂,测量制冷剂受热蒸发出的气体流量可以获得热泄露的热量,依此获得等效热导率和漏热热流密度。 (1)圆柱型蒸发量热计测量装置(绝对法) 典型的圆柱型蒸发量热计热性能测量装置如图1所示,测量装置中装有低温制冷剂的测试腔桶典型尺寸是外径为167mm、长度为900mm,可为厚度50mm的样品进行测试。测试室由同样装有低温制冷剂的上室和下室进行主动热保护,使测试腔桶上下两个方向的热泄露最小。外侧的电加热器组件为样品的热面温度恒定进行控制。[align=center][color=#990000][img=低温导热系数,690,310]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201200837122480_3409_3384_3.jpg!w690x310.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 圆柱型蒸发量热计测量装置(绝对法):左图为总体结构示意图,右图为简化示意图[/color][/align] 被测试样一般为柔性材料,如毯式、散装式、多层绝热材料。对于散装材料可以用薄铝制的黑色圆柱型套筒允许测试散装材料。 (2)圆柱型蒸发量热计绝热材料热性能测量装置(比较法) 典型的圆柱型蒸发量热计热性能测量装置(比较法)如图2所示,用于测量绝热试样的比较热性能。装有低温介质的测量腔筒典型尺寸是132mm外径×500mm长,可测试厚度达50mm的试样。 与绝对法不同的是,为了简化测量装置,比较法中的测量腔桶上下两个方向采用的是被动防护方式并装配为一体式结构的测量组件,通过使用气凝胶材料和辐射屏组合件使得测量腔桶两个端部处的热泄露尽可能小,但护热效果显然不如绝对法中的主动护热。同样,外侧电加热器组件为样品的热面温度恒定进行控制。[align=center][color=#990000][img=低温导热系数,588,799]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201200837478651_2276_3384_3.jpg!w588x799.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 圆柱型蒸发量热计测量装置(比较法)[/color][/align] 这种简化后的比较法测量装置,可以拆卸整体结构的测量组件来进行被测样品的安装和拆卸,非常便于各种被测材料的拆装。 (3)平板型蒸发量热计绝热材料热性能测量装置(绝对法) 平板型蒸发量热仪(绝对法)是一种用于测量绝热材料的绝对热性能的平底测试设备。典型结构如图3所示。允许接受直径200mm、厚达30mm的被测平板样品。除边界温度外,温度传感器位于设备侧面。装有制冷剂的测试腔室由同样装有制冷剂的护热腔室进行主动热防护,可将侧向热泄露降到最低。系统绝热材料为各种环境条件下的测试提供了额外的热稳定性。被测样品可以为刚性或柔性,带或不带压缩载荷。[align=center][color=#990000][img=低温导热系数,690,786]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201200838020464_1315_3384_3.jpg!w690x786.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图3 平板型蒸发量热计测量装置(绝对法)[/color][/align] 实际上,这种平板型蒸发量热计热性能测试设备完全照搬了ASTM C177防护热板法的基本原理,只是采用了低温制冷剂的蒸发原理替换了电功率测量,也是最早用于低温绝热材料热性能测试的测试方法和设备。由于这种方法和设备的完备性,使此方法被ASTM定为标准试验方法,即ASTM C745“使用保护平板蒸发量热计测量穿过真空绝热材料热流量的标准测试方法”。 需要注意的是,由于这种方法和设备太过复杂,需要保障的边界条件太多,其复杂性和局限性削弱了其广泛使用,目前C745方法已经废除,替代标准是ASTM C1774,并极大扩展了测试中对不同几何形状、环境、材料和方法的适用性,但C1774还存在许多不可控因素,多年来迭代改进也不多,使得C1774一直未形成标准试验方法,而仅仅是标准指南。 (4)平板型蒸发量热计绝热材料热性能测量装置(比较法) 平板型蒸发量热计(比较法)是一种平板状样品测试设备,用于测量绝热材料的低温热性能,如图4所示。它可以接受直径200mm、厚达30mm的试样。测试中需要在设备上定位温度传感器,两组辐射屏蔽环与散装气凝胶一起为冷质测试腔体侧面和顶部提供被动热防护。该量热计可用于各种材料和测试条件,可对刚性和柔性材料进行测试,带或不带压缩载荷。[align=center][color=#990000][img=低温导热系数,690,325]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201200838140994_170_3384_3.jpg!w690x325.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图4 平板型蒸发量热计测量装置(比较法):左图为总体结构示意图,右图为简化示意图[/color][/align][size=18px][color=#990000][/color][/size]四、电功率测量法 采用电功率测量法的测试设备主要有以下两种。 (1)低温恒温器电功率测试设备(基于制冷剂) 基于低温制冷剂的低温恒温器电功率测试设备,如图5所示,包括一个由OFHC铜板(典型值为6mm厚)制成的等温样品盒。圆柱型外壳和底板全部用螺栓固定在一起,在样品周围形成一个等温箱。顶板放在样品顶部,柔性铜带将顶板连接到盒子以确保热平衡。热板通常配备两个温度传感器(例如电阻温度传感器和硅二极管)和一个电加热器。这三个部件都安装在一个小仪器盘内,该盘完全安装在热板内。样品盒配有硅胶二极管温度计(或其他合适的温度传感器)和电加热器。热板加热器用于为热导率测量施加热量,样品箱加热器有助于提高整体温度。该盒子热连接到一个等温(OFHC铜)真空密闭室,它被悬挂在其中。该腔室进一步放置在真空罐内,并配备有加热器和合适的温度传感器。[align=center][color=#990000][img=低温导热系数,690,380]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201200838262563_7022_3384_3.jpg!w690x380.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图5 低温恒温器电功率测试设备[/color][/align] 如果需要,这种布置允许样品室及其内部温度变化远高于真空罐(液氮或液氦)周围的制冷剂的温度。已经建造了两个圆柱型盒子(通常直径为150和200mm)加上两个方形盒子,每个盒子都有一个相应的热板。为了将仪器从热板连接到外部端子,使用了四根铜线和十六根锰铜线。这些电线通常长0.8m,直径0.13mm,以螺旋状穿过样品,从加热板到达盒子外面的端子。 对每个样品一面的中心进行加工,为放置在两块样品之间的等温铜热板腾出空间,从而确保所有热量都通过样品,除了沿着加热线传导的热量泄露到制冷剂中。典型尺寸包括样品直径为152或203mm,高度为50mm,圆形热板的直径为140mm,厚度为9mm。圆形等温铜盒的内部接触样品夹层的外表面。 (2)电功率低温恒温器设备(基于低温制冷机) 基于低温制冷机的电功率恒温器测量法基本借鉴了经典防护热板法,不同之处在于采用了被动护热方式,在被测样品厚度方向上形成大温差,并在低温和真空压力环境下进行测量。 测试设备包括一个与适当的低温制冷系统热连接的测试腔室。用于测试204mm直径圆盘型样品的这种系统的一个示例如图6所示。该设计采用将平板样品夹在一对电加热板之间,底部电加热板接受已知加热功率控制样品热面温度,顶部加热板控制样品冷面温度,顶部加热板与制冷机连接。[align=center][color=#990000][img=低温导热系数,690,302]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/01/202201200838382717_1558_3384_3.jpg!w690x302.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图6 电功率低温恒温器测试设备(基于低温制冷机):左图为总体结构示意图,右图为测试腔室示意图[/color][/align][size=18px][color=#990000][/color][/size]五、总结 综上所述,上述测试方法基本覆盖了低温用各种绝热材料热性能测试要求,对各种材料的几何形状、测试环境和材料类型等方面都有很好的适用性。美国NASA多年来已经采用蒸发量热计测试设备(包括绝对法和比较法)对各种柔性和刚性低温绝热材料进行了大范围的测试,并得到了大量材料的低温热性能测试结果。 从目前在用的低温绝热材料热性能测试标准ASTM C1774可以看出,此标准还处于标准指南阶段,说明上述测试方法还存在很多问题需要解决,特别是主动护热温度的精确控制、样品冷收缩后的厚度变化在线测量和修正,以及接触热阻和加载压力的影响等,这些都是今后工作需要面临的严峻挑战。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
[size=14px][color=#ff0000]摘要:针对气凝胶和超级绝热材料(VIP)等超低导热系数材料的测试,常用的稳态法热导仪往往会在测量精度和灵敏度方面表现出不足。为考核稳态法导热仪的超低导热系数测试能力,本文提出了一种简便可行的考核方法,通过对一系列不同厚度的样品进行导热系数测试,最终根据导热系数随厚度的变化来判断和考核稳态法热导仪的导热系数测试下限,以准确掌握稳态法导热仪的测试能力,为正确使用和改进导热仪提供参考和指导。[/color][/size][size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#ff0000]一、问题的提出[/color][/size][size=16px]在隔热材料的研发和生产过程中,隔热材料的导热系数测试结果经常会受到质疑,特别是隔热材料导热系数小于空气(0.026W/mK)的气凝胶和超级绝热材料(VIP),这些超低导热系数的测试结果往往存在较大误差。隔热材料低导热系数的测试普遍采用稳态法(防护热板法和热流计法),对应于低导热系数测试不准确现象,相应的稳态法导热仪往往会存在以下问题:(1)稳态法导热仪的测量精度和灵敏度不够,无法准确测量低导热和超低导热系数,无法准确测量超低导热系数以及导热系数的微小变化,无法满足材料研发和生产中工艺和配方调整和评价需要。(2)由于缺乏导热系数在0.02W/mK左右(或更低)的标准参考材料,对于已有的稳态法导热仪,如何判断仪器的低导热系数测试能力,由此来大致判断测量结果的准确性。为解决上述问题,本文将提出一种简便可行的考核方法,通过对一系列不同厚度的隔热材料样品进行导热系数测试,根据导热系数随厚度的变化情况来判断和考核稳态法热导仪的导热系数测试下限,以准确掌握稳态法导热仪的测试能力,为正确使用和改进导热仪提供参考和指导。[/size][size=18px][color=#ff0000]二、评估方法和考核试验[/color][/size][size=16px]考核试验的依据是稳态法的导热系数测试结果不应随样品的厚度发生而改变,如果发生改变,则说明导热系数测试产生误差。由此可用来判断导热仪的误差范围和测试极限。气凝胶软毡考作为考核试验样品,单层软毡厚度略大于10mm,通过多层叠加来实现不同厚度。测试采用了热流计法导热仪,样品为300mm边长的正方形,样品厚度分别为10、20、30、40和50mm,样品的平均温度为30℃,冷热面温差为20℃,结果如图1所示。[/size][align=center][size=14px][img=气凝胶超低热导率测试,600,380]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205251654466502_5355_3384_3.png!w690x437.jpg[/img][/size][/align][size=14px][/size][align=center]图1 不同厚度气凝胶软毡导热系数测试结果[/align][size=16px]从图1测试结果可以看出,在厚度20~40mm范围内,测试结果不会随厚度变化而改变,导热系数平均值为0.02045W/mK。随着厚度降低到10mm,导热系数测试结果有变小的趋势,此时说明样品太薄使得厚度测量和厚度均匀性给样品内部热流场均匀性所带来的误差影响变大。从图1测试结果还可以看出,当厚度增大到50mm时,导热系数测试结果有变大的趋势,这种现象说明随着样品厚度的增大,样品热阻也随之增大,稳态时流经样品厚度方向上的热流量变小,热流传感器对小热流的测量出现误差变大的现象。同时样品厚度增大使得样品内部热流场均匀性所带来的误差影响变大。在图1所示的测试结果中,尽管对薄样品和厚样品的测试结果偏离了平均值,但偏差还是没有超出导热仪的±5%的误差范围,这证明了此热流计法导热仪完全具备准确测试0.02W/mK导热系数的能力。[/size][size=18px][color=#ff0000]三、导热系数测试下限分析[/color][/size][size=16px]根据上述考核试验测试得到相同材料不同厚度下的导热系数,可以依据傅里叶稳态传热定律推算出流经样品的热流密度,如表1所示。如果假设热流计法导热仪中热流计的灵敏度为10uV/(W/m2),那么就可以得到相应的热流计电压输出值。这里选择10uV/(W/m2)作为热流计的灵敏度,是因为目前普遍的热流计灵敏度都在这个数值以下。另外,选择此灵敏度主要仅是为了更方便的描述如何进行导热系数测试下限判定,其他灵敏度也能说明问题。[/size][align=center]表1 根据不同厚度样品的热导率测试结果推算出的热流密度和热流计电压输出值[/align][align=center][size=14px][img=气凝胶超低热导率测试,690,202]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205251655508891_6096_3384_3.png!w690x202.jpg[/img][/size][/align][size=16px]按照傅里叶传热定律,如果假设样品的导热系数保持不变并与样品厚度无关,那么随着样品厚度增加,样品热阻会线性增大,流经样品的热流密度会线性减小,对应的热流计输出信号(电压值)也会线性减小。从表1的推算结果也显示了这种变化过程,但不同的是由于热流计电压输出测试仪表的测量精度有限,在大厚度、高热组和小热流密度时,电压信号测量会带有明显误差。由此可见,在低导热系数测试中,主要测量误差来源是热流计的灵敏度。根据表1,如果假设103uV是电压测量仪表的准确测量下限,对应10uV/(W/m2)灵敏度的热流计,热流计准确测量热流密度的下限为10W/m2,可准确测量的最大热阻为1.95m2K/W。由此,可以根据这个可测热阻值1.95m2K/W,推算出20mm最佳厚度样品的可准确测量的最低导热系数为0.02/1.95=0.0102W/mK。如果设定可接受的误差范围为±5%,那么10uV/(W/m2)灵敏度的热流计法导热仪,其测试下限为0.0102×0.95=0.0097W/mK,约为。由此可见,上述的热流计法导热仪的导热系数测试下限基本为0.01W/mK,且误差在5%的误差范围内。那么对于真空绝热材料(VIP),这类材料的导热系数一般在3~8W/mK之间,那么用此灵敏度的导热仪测试将会带来巨大误差。由此可见,为了保证测量超低导热系数的绝热材料,必须进一步提高热流计的灵敏度。由此也可以得出同样的结论,采用稳态保护热板法导热仪测量超低导热系数,关键之一是必须进一步降低护热板的漏热。[/size][size=18px][color=#ff0000]四、总结[/color][/size][size=16px]对于稳态法热导率测试,通过对一些列不同厚度但材质相同的样品进行测试,可以大致判断出稳态法热导率测试仪器的测试能力,特别是判断导热仪是否具备超低导热系数测试的能力,并用此方法对稳态法导热仪进行考核。[/size][size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=14px][/size][size=14px][/size][size=14px][/size][size=14px][/size][size=14px][/size][size=14px][/size]
最近在德国耐驰公司的护热板法高温导热系数测定仪上进行隔热材料测试,在测试过程中发现耐驰公司的这个测试设备与ISO、ASTM和国标规定的护热板法标准有两处明显不同的地方,跟厂家联系也未获得满意答复,特此请教大伙帮忙参谋参谋。(1)在护热板法标准中规定护热板和量热板的表面要平整,在标准方法中对平整度给出过明确的要求。但在耐驰公司高温护热板法热导率测定仪中的护热板和量热板上面,均匀分布着很多螺纹孔。螺纹孔内已经安装了螺丝,但螺丝顶部与量热板表面至少还有1mm左右的空隙。在安装试样后,试样表面就会与量热板和护热板之间留有众多的空隙,这些空隙会不会给测试带来严重的接触热阻、同时还会影响试样表面的温度均匀分布和试样内部热流场的均匀分布呢?而且随着温度特别是随着策划四气压的不同,这些接触热阻会明显的发生变化,这是不是会对热导率测量带来影响呢?http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/09/201409171610_514239_2937345_3.png(2)在各种标准测试方法中规定护热板和量热板之间的温度差应采用多只热电偶构成的热电堆来进行高分辨率的检测和温度控制,使得护热板温度和量热板之间的温度差尽可能的小以达到量热板的护热作用。但在耐驰的高温热导率测试设备中,并未采用这项技术,而是采用了热电阻测温,这就相当于护热板和量热板之间的温度差就是两只热电阻之间的温差。这是第一次遇到在护热板法导热系数测量中采用热电阻来代替热电堆进行护热保护的情形,这是不是会带来严重的侧向热损而使得测量误差较大呢?
我想知道铁硅铝和Fe-Si-Cr合金的导热系数,有大侠测过没?大致的导热系数,谢谢啦~~~
求一些常见气体的导热系数,如H2、He、N2..........