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炭素材料熱導(dǎo)率測試儀

點(diǎn)擊次數(shù):2931     更新時(shí)間:2016-07-29

:儀器概述

該熱物性測試儀參考了采用熱流法及縱向熱流技術(shù),具有方便、快捷、的特點(diǎn),可用來測量各種不同類型材料的熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率以及熱熔,適用的熱導(dǎo)系數(shù)范圍0.015-200W/MK之間,適用樣品類型:固體及各向異性材料等。參照標(biāo)準(zhǔn)GB5598-85,GB3399-82,GB11205-89. 適應(yīng)ASTM D5470,但它也使用熱結(jié)構(gòu)-函數(shù)分析以使結(jié)果更,符合YS/T 63.3-2000《鋁用碳素材料檢測方法第三部分熱導(dǎo)率的測定比較法》。廣泛用用于碳素行業(yè)檢測其熱導(dǎo)率。熱導(dǎo)率是描述材料熱傳導(dǎo)性能的重要參數(shù)。儀器通??梢赃m應(yīng)測定熱導(dǎo)率范圍從高到中等的材料,接觸壓力范圍在10~550psi(70~3800Kpa)手動(dòng)加壓,樣品溫度范圍為15~70℃,也可到600—1000℃,后者需要定制裝置。 測試時(shí),樣品被箝緊在兩個(gè)平行的導(dǎo)熱面之間(或者選擇懸浮式非平行面),面是加熱面,面是冷卻面,所有數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)測試軟件采集并分析輸出結(jié)果。

二:主要技術(shù)參數(shù)

1. 樣品尺寸:直徑50,厚度0-50mm

2. 導(dǎo)熱系數(shù)范圍0.015-200W/MK,精度3%,精度≤±3%,重復(fù)性≤±1%

3.熱擴(kuò)散率測量精度:5%

4.比熱測量精度:7%(需配比熱測試模塊)

5. 溫度范圍:25-600攝氏度(精度±1攝氏度) 或25-1000攝氏度(精度±1攝氏度)

6. 接觸壓力范圍:50-650kPa/100-1100kPa/100-2600kPa (手動(dòng))

7. 外接循環(huán)冷卻液

8.配有完整的測試系統(tǒng)及軟件平臺(tái)。

9.操作采用全自動(dòng)熱分析測試軟件,快速準(zhǔn)確對樣品進(jìn)行試驗(yàn)過程參數(shù)分析和報(bào) 告輸出。

三:原理簡介

     熱流測量能提供些只靠溫度測量是無法得到的、非常重要而且詳    盡的數(shù)據(jù),DRX-II系列熱流儀因?yàn)椴捎眯?zhǔn)裝置而使其具備了*精度和準(zhǔn)確性。其操作也非常的簡便。熱流儀廣泛應(yīng)許多個(gè)行業(yè)。原理:熱流分析基于以下原理:如果薄片的熱傳導(dǎo)率為λ(kcal/mh),厚度為d(m),將其接觸在熱輻射物表面。當(dāng)達(dá)到平衡后,穿過薄片的熱傳導(dǎo)強(qiáng)度Q(kcal/m2h或W/ m2)可由以下公式得出:

 Q=λ/d ×T

   式中T=薄片兩邊的溫度差,λ,d均為已知數(shù)據(jù)。

主要特點(diǎn)

  1. 全自動(dòng)操作,包括軟件

  2. 可選固定平行板或懸浮測試板(根據(jù)用戶需要定)

  *3. 自動(dòng)測定厚度(根據(jù)用戶需要定)

  4. 可選樣品---溫度控制與溫度批測試

 * 5. 自動(dòng)壓力控制與壓力批測試(根據(jù)用戶需要定)

 * 6. 受控厚度與壓力測試模式(根據(jù)用戶需要定)

  7. 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)接口

  8. 內(nèi)置校驗(yàn)程序

  9. 堅(jiān)固的設(shè)備支架

      所有的測試參數(shù)以及過程均通過人機(jī)交互圖形界面軟件控制。接觸壓力與樣品溫度可以自動(dòng)測定與控制,數(shù)據(jù)顯示簡單清晰,并繪制熱參數(shù)對厚度的曲線圖。通過這些數(shù)據(jù)可以決定表面接觸熱阻以及熱導(dǎo)率。測試時(shí)間可以自動(dòng)控制以使時(shí)間與精度兩者得到*權(quán)衡。設(shè)備需要配置溫度控制的循環(huán)冷卻水浴,以及臺(tái)聯(lián)想臺(tái)式電腦,用于運(yùn)行Windows-XP,電腦與測試設(shè)備通過接口連接,電源為220VAC/50Hz。

四:數(shù)據(jù)處理及操作

:標(biāo)準(zhǔn)測試方法

1:儀器對薄的電絕緣材料熱阻的測試方法,可以應(yīng)用于厚度在0.02~30mm導(dǎo)熱性單體或復(fù)合片材。“熱導(dǎo)”只適用于均質(zhì)材料。導(dǎo)熱絕緣材料通常是復(fù)合材料,其中包括:填料、黏合劑、增強(qiáng)劑,例如:玻璃纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或是聚合物薄膜鋪層。為了避免混亂,使用“表面熱導(dǎo)”來衡量均質(zhì)和非均質(zhì)材料。計(jì)算熱導(dǎo)有限制條件:必須測量試樣的厚度。熱阻的測量數(shù)據(jù)受到以下因素影響:相關(guān)的壓力、試樣表面特性和其他的傳熱方式。

  參考文獻(xiàn):

    ASTM標(biāo)準(zhǔn):D374,固體電絕緣材料的厚度測試方法;E691,處理實(shí)驗(yàn)室研究的實(shí)例,確定測試方法的性。E1225,利用G-C-L熱流動(dòng)技術(shù)測量固體熱導(dǎo)。

  軍事標(biāo)準(zhǔn):MIL-I-49456A,絕緣片材,導(dǎo)熱樹脂,熱導(dǎo)玻纖增強(qiáng)。

  標(biāo)準(zhǔn)GB5598-85《氧化鈹瓷導(dǎo)熱系數(shù)測試方法》等。

2:關(guān)于試樣的定義:

  1、平均溫度(表面),n-面積測量表示溫度

  2、復(fù)合材料,由不同部分構(gòu)成的材料,各部分可以對材料的性能貢獻(xiàn)是成比例的,或是有協(xié)同效應(yīng)。

  3、熱加速器/傳感器,由絕緣線圈裝配組成,可以提供可測量的熱量  并可以應(yīng)用于判斷溫度。

  4、均質(zhì)材料,材料具有穩(wěn)定的性能,其性能與材料的位置不成函數(shù)關(guān)系。

  5、熱導(dǎo)系數(shù)(λ),熱導(dǎo)的時(shí)速,在穩(wěn)定條件下,通過單元面積的熱流。每單元溫度斜率在垂直該面積上。

  6、熱阻(θ),材料對熱流動(dòng)的阻礙。

  7、界面熱阻(RI),溫度的不同會(huì)在試樣表面之間的相關(guān)扁平面上產(chǎn)生熱流動(dòng)。試樣的冷熱表面得到了測量。

 8、熱阻系數(shù),它是熱導(dǎo)的倒數(shù)。在穩(wěn)定狀態(tài)條件下,在與單元熱流等溫面垂直方向上的斜率。

3:符號(hào)的定義

1、λ-熱導(dǎo),W/m·k

2、TA-與試樣相關(guān)的高溫面的溫度,K

3、TB-與試樣相關(guān)的低溫面的溫度,K

4、TC-試樣高溫面的溫度,K

5、TC-試樣低溫面的溫度,K

6、A-試樣面積,m2

7、X-試樣厚度,m

8、Q-熱流速,W(J)/S

9、q-熱流或單位面積上的熱流速,W/ m2

10、α-加速器/傳感線圈的電絕緣溫度系數(shù)

11、I-電流,A

12、θ-熱阻,K·m2/W

4:測試方法的概要

  1、試樣被夾在兩金屬塊之間,在定熱作用下壓縮。到達(dá)平衡時(shí),測量溫度。則熱阻便可以     計(jì)算出。熱阻和厚度在技術(shù)表面熱導(dǎo)時(shí)將被用到。

 2、這些測試方法測量了低模量絕緣材料的熱導(dǎo)性能,這些材料在電器設(shè)備中提供了導(dǎo)熱性能。

  如果低模量材料鋪層和測試試樣相粘結(jié),且無空氣存在,則這些測試方法對高模量材料也是適用的。

3、對于些試樣來說,由于太薄而不適用于溫度傳感的溫差電偶,而該測試方法卻很容易得到其熱性能數(shù)據(jù)。該方法還可以避免由于不同壓力、表面狀況、裝配電器設(shè)備的技術(shù)等帶來的困難。

4、實(shí)際上,該測試方法有以下假設(shè):1、試樣各層相互粘結(jié)。2、各層之間沒有有效的抗性。在熱阻-積累厚度平面圖中的斜率是由熱導(dǎo)決定的,并沒有考慮界面熱阻。

 5、 該儀器的主要的特征可參考標(biāo)準(zhǔn)上的測試方法圖,儀器中使用了個(gè)相關(guān)的熱量計(jì)??梢缘玫搅鬟^試樣的熱流速率。流經(jīng)試樣的熱流速率是由加熱器的供電系統(tǒng)測量的。各接觸表面處理應(yīng)在0.4цm之內(nèi)。這是為了給與試樣相接觸的測量棒提供的平面。

6、加熱單元是由銅或是其他高導(dǎo)性的材料構(gòu)成的,且包含有套筒或是相似的加圈。它用熱絕緣材料(環(huán)氧FR-4)與周圍的保溫加熱器相隔離。絕緣材料為5mm厚度。保溫加熱器不受 壓力,以確保所有的測量能量都傳到高測量棒上。測量棒是由高熱導(dǎo)性材料紫銅構(gòu)成,并且具有平行的工作表面。

  7、冷卻單元是個(gè)金屬盒,由恒溫池對其冷卻,恒溫池的溫度變化不能超過±0.2K。

   加壓系統(tǒng)是經(jīng)由個(gè)手柄加壓。

8、如果試樣周圍環(huán)境需要絕緣,則應(yīng)使用纖維毯。

 9、對于熱阻:從測試材料中取出塊,其面積與(長度和寬度)要和測量塊樣。根據(jù)D374中方法C測量試樣的厚度。

10、對表面熱導(dǎo):準(zhǔn)備足夠的試樣來保證所要求的層數(shù)。

 11、試樣條件作用:除非有具體要求,否則試樣測量應(yīng)在般被承認(rèn)的條件下測量。在測試前,用適當(dāng)?shù)牟环磻?yīng)溶劑除去試樣表面的臟物和明顯的間接污染物,為了確保清潔劑的除去,在清洗完后應(yīng)適當(dāng)?shù)暮娓伞?/span>

12、試樣放于兩個(gè)測量塊之間。

   如果使用熱量計(jì),則將其置于低測量塊與冷卻單元之間。

   在測試過程中保持該壓力。

13、記錄測量塊的溫度和熱量計(jì)平衡時(shí)的溫度,在沒有使用熱量計(jì)時(shí)記錄加熱器的電壓和電流。     在到達(dá)平衡時(shí)相隔15min進(jìn)行兩次連續(xù)操作的溫度記錄。兩次記錄結(jié)果的差別應(yīng)在±0.2K之間。

14、計(jì)算試樣平均溫度和熱阻,對單層試樣的熱阻和測試試樣的熱阻進(jìn)行說明。

15、確定多層材料的熱阻,當(dāng)層數(shù)增加后應(yīng)當(dāng)降低熱流以便使多層材料的測試溫度和單層材料溫度的差別在±2K之間。

  1. 測試方法的計(jì)算

    1、熱阻

   熱流的計(jì)算應(yīng)使用熱流計(jì),計(jì)算流過熱流計(jì)的熱流公式如下:

    Q=(λR*A/d )*(T5-T6)

Q:熱流,W

λR:熱量計(jì)材料的熱導(dǎo)

A:熱量計(jì)的面積m2

T5-T6:熱量計(jì)兩個(gè)熱電偶的溫差

d:熱量計(jì)兩溫差電偶的距離

在沒有使用熱量計(jì)時(shí),熱流用以下公式計(jì)算:

Q=V I

Q:熱流量 W

V:加熱器的電壓

I:加熱器的電流

2、與試樣相接觸的高測量塊的溫度計(jì)算公式:

TA=T2-dB/dA(T1-T2)

TA:與試樣相接觸的高測量塊的溫度,K

T1:高測量塊的較高溫度,K

T1:高測量塊的較低溫度,K

dA:高溫傳感器間距,m

dB:低位傳感器到高測量塊低表面的距離,m

3、與試樣相接觸的低測量塊的溫度計(jì)算公式

TD=T3+dD/dC (T3-T4)

TD:與試樣相接觸的低測量塊的溫度,K

T3:低位測量塊的高溫,K

T4:低位測量塊的低溫,K

dC:溫度傳感器之間的距離,m

dD:高溫傳感器到低測量塊的高表面之間的距離,m

4、熱阻的計(jì)算

   θ=(TA-TD)*A/Q

從單層或是多層試樣的熱阻—各自的試樣厚度的平面圖中得到熱導(dǎo)。在平面圖中X軸表示試樣厚度值,Y軸表示試樣熱阻值。

熱阻-厚度曲線是條直線,其斜率是表面熱導(dǎo)的倒數(shù)。在零厚度處的截距是界面熱阻,RI是試樣的特性。

另中方法是用zui小平方值法計(jì)算斜率和截距。

五:軟件的操作及安裝

   1:軟件的操作環(huán)境:windowsxp/sp2簡體中文操作系統(tǒng),office2003完整安裝。

2:用隨機(jī)所帶光盤,按提示安裝到文件路徑。

3:軟件升級下載相關(guān)控件或與我公司技術(shù)部。

4:軟件軟件操作全中文式。隨機(jī)所帶光盤有說明。

六:設(shè)備配置

1、測試主機(jī)                    臺(tái)

2、計(jì)算機(jī)(帶打印機(jī))          套(用戶自備)

3、測試軟件                    套(光盤)

4、恒溫水槽                     臺(tái)

5、數(shù)據(jù)處理裝置                 臺(tái)

6、說明書                      份

7、合格證                      份

附測試標(biāo)準(zhǔn):

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服務(wù)熱線

13607325732

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