[发明专利]一种可变导热系数的测量装置及方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种导热系数测量的装置，特别涉及导热系数对温度变化比较敏感的材料，在不同温度段下试样的可变导热系数的测量装置及方法。

背景技术：

导热系数是材料的一个重要热性能参数，在材料的应用过程中，很多地方都涉及到热量的传递问题，因此导热系数的准确测量成为一个非常重要的课题，由于材料的导热系数通常是材料自身温度的函数，所以一般只能采用实验的方法来测量。测量导热系数的方法有很多种，主要分稳态法和非稳态法，前者主要有平板法，后者主要包括热线法、热丝法、激光散射法等。

非稳态测量法是最近几十年内开发出的导热系数测量方法，多用于研究高导热系数材料，或在高温条件下进行测量。在瞬态法中，测量时样品的温度分布随时间变化，一般通过测量这种温度的变化来推算导热系数。动态法的特点是测量时间短、精确性高、对环境要求低，但受测量方法的限制，多用于比热基本趋于常数的中、高温区导热系数的测量。该方法所使用的仪器价格昂贵，成本高，对试样的要求也非常严格。

稳态测量法具有原理清晰，可准确、直接地获得热导率绝对值等优点，并适于较宽温区的测量，缺点是测定时间较长和对环境(如测量系统的绝热条件、测量过程中的温度控制以及样品的形状尺寸等)要求苛刻。常用于低导热系数材料的测量，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条件来测得导热系数，主要依据傅立叶导热定律，其具体表述为：在导热过程中，单位时间内通过给定截面的热量，与该截面的面积以及垂直该截面方向的温度梯度成正比，其一维稳态表达式为：

Q=-λdTdxA]]>

导热系数λ[W/(m·℃)]按下式计算

λ=Q·d2A·ΔZ·Δt---(1)]]>

式中：ΔZ—测量时间间隔，s；

Q—稳态时通过试样有效传热面积热量，J；

Δt—试样热面温度T₁和冷面温度T₂之差，℃；

d—两试样的平均厚度，m；

A—试样有效传热面积，m²；

假设q为通过试样有效传热面积的热流密度，即

q=QA---(2)]]>

将式(2)代入式(1)得：

λ=q·d2Δt---(3)]]>