平板熱流計導熱儀在絕熱材料導熱系數測量中應用

目前，絕熱材料導熱系數的測量主要使用護熱平板法和平板熱流計法兩種方法，分別對應國標：GB/T10294-1988《絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定 防護熱板法》；GB/T10295-1988《絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定（熱流計法）》。國內普遍使用護熱平板法，而國外發達國家主要使用平板熱流計法，其主要原因是國內不能生產高精度、高分辨、快響應的熱流傳感器。平板熱流計法導熱儀結構簡單、測試時間短、分辯高。超低導熱檢測更顯示其優勢。

• 熱流傳感器原理：

熱流傳感器由銅箔、已知導熱系數材料、銅箔三層組成，如下圖所示。在兩銅箔面內裝有熱電偶堆，測量兩銅箔面溫差。如熱流通過傳感器時，通過測量毫伏值可知熱流量，公式如下：

導熱系數公式：λ=（Q×H）/（△T×S）

                  λ——導熱系數

                  Q——熱流量

                  △T——冷熱測量面溫差

                  S——傳熱面積

因溫差與熱電偶堆輸出毫伏值成線性關系：

△T =K×V

             V——熱電偶堆輸出毫伏值

            △T——冷熱測量面溫差

             K——系數

所以熱流值與熱電偶堆輸出毫伏值關系：

Q=（（λ×S×K）/ H）×V

（（λ×S×K）/ H為己知項，作為校正系數，所以熱流值與熱電偶堆輸出毫伏值成線性關系，通過檢測毫伏值可知熱流值。在銅箔面內還可加裝熱電偶，測量銅箔面的溫度，用于測量傳感器與試樣材料接觸面的溫度。

• 平板熱流計法導熱儀結構：

平板熱流計法有雙熱流計法和單熱流計法，下圖為單熱流計法。熱板、冷板溫度可控，熱流傳感器安裝在熱板或冷板上，被測試樣夾在中間。設定熱板、冷板溫度，使冷熱板間有一穩定溫差，熱量從熱板通過試樣向冷板傳遞。如下公式計算導熱系數。

導熱系數公式：λ=（Q×H）/（△T×S）

                 λ——-試樣導熱系數

                 Q——熱流量

                △T——冷熱測量面溫差

                 S——傳熱面積

• DRPL-Ⅱ導熱系數測試儀簡介：

（1）簡介

該儀器采用上流行的熱流計檢測導熱系數和熱阻方法，配計算機實現全自動檢測，自動生成實驗報告。本儀器主要針對絕熱、低導熱材料測試而設計，在低導熱測試上具有很高的分辯率和精度。

該儀器基于穩態平板法測試原理，在熱面加入穩定的熱面溫度，熱量通過試樣傳遞到冷面，測量傳遞的熱流，再根據試樣的厚度和傳熱面積可計算導熱系數和熱阻。此測試方法簡便，快捷，重復性好。非常適用于材料傳熱方面的研究和開發。可用于塑料、橡膠、絕熱材料、保溫材料等測試，廣泛應用在大專院校、科研院所、質檢、廠礦。

該儀器參考標準：ASTM C518-04用熱流計法測定穩態熱通量和熱傳遞特性的試驗方法；GB/T10295-88絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定（熱流計法）。

（1）主要技術參數

1、導熱系數范圍：0.002-2W/MK，度小于5％，

2、熱面溫度：采用高數度數顯表測溫，0.2級精度，分辯率0.01℃。

3、冷面溫度：采用高數度數顯表測溫，0.2級精度，分辯率  0.01℃。

4、熱面溫控：室溫-99.99℃，采用高數度程控數顯表測溫，0.2級精度，分辯率0.01℃，平板加熱器，雙向可控硅控制。（或者：室溫-150.0℃，分辯率0.1℃）

5、冷面溫控：采用恒溫水槽控溫，5-99.99℃，波動小于0.05度，恒溫水槽測溫分辨0.01℃。或采用半導體制冷，-20℃-室溫，分辯率0.01℃。

6、采用計算機自動測試系統。

7、熱流傳感器采用法國進口HFS型傳感器，測量面200×200（MM），厚度0.4MM，分辯率0.01W/M²Uv，顯示表采用高精度數顯毫伏表，分辯0.1UV。

8、真空環境系統，防露和保證測試環境不受外界影響。

9、冷熱板傳熱面積：200×200（mm）。

10、冷熱板可調節間距：0-50（mm）。

該儀器在廣東英德一家研究生產氣凝膠絕熱材料的使用中，顯示出很高的精度、重復性和分瓣率。對導熱系數0.003W/MK、0.011 W/MK、0.02 W/MK材料進行檢測，與送日本檢測結果相符。該儀器與護熱平板法導熱儀相比，測試時間短、取樣小、分辯率高、造價低。

• 結束語

1. 絕熱材料導熱系數檢測，平板熱流計法比護熱平板法更有優勢。
2. 國內要加強熱流傳感器的研究開發，不要依賴進口。
3. 國內要加緊導熱系數標準板的研制，改變無標準板可用的局面。
4. 希望研究、開發、生產絕熱材料的單位重視導熱系數的檢測，為節約能源做出更大的貢獻。