[发明专利]一种固体材料的导热系数测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及材料导热系数测试技术领域，尤其涉及一种固体材料的导热系数测量仪。 

背景技术

评价材料绝热性能的物理参数就是材料本身的导热系数，它的倒数决定了材料的热阻，这是一个热物性参数，这个参数对于评价材料的绝热性能具有决定性的作用；导热系数作为物质的重要物理参数，在化工、材料、能源、动力和制冷工程等领域有着重要的用途，是许多工业流程和产品设计中必不可少的基础数据。随着现代工业的快速发展，固体材料的导热系数测量，日益受到人们的重视。 

物质的导热系数可以通过实验测量、理论推算或计算机模拟等方法来获得，但目前仍然以实验测量为主。根据导热系数的实验测量原理，其测量方法大致可以分为稳态法和非稳态法。 

稳态法是指当试样上的温度分布达到稳定后，即试样内的温度分布是不随时间变化的稳定的温度场，通过测定流过试样的热量和温度梯度等参数来确定试样的导热系数的方法。稳态法的特点是实验原理简单，然而使用稳态法的过程中为了得到精确的一维热流，通常需要附设热补偿装置；为了获得准确的温度分布，需要布置多个温度测点；因此实验装置的电气控制和调节线路比较复杂；此外在准备所需要的测量工况，以及进行实验的过程，都比较耗时、且对环境要求苛刻，该稳态法主要包括保护平板法、热流计法、圆管法等测量方法。 

非稳态法是指实验测量过程中试样的温度随时间变化的关系，通过测量试样内某些点的温度变化情况以及其他相关参数，从而确定试样的导热系数的方法；这种方法测量时间短，精确性较高，对环境要 求低，但也由于受到测量方法本身的限制，多用于测量导热系数趋于常数的物质，主要有瞬态热线法、热带法、常功率热源法、激光闪烁法等。 

瞬态热带法与瞬态热线法的测量原理非常类似，取两块尺寸相同的待测样品，在两者之间夹入一条很薄的金属片，即称为热带，在热带上施加恒定的加热功率，作为恒定热源，热带的温度变化可以通过测量热带电阻的变化获得，进一步可以获取热带上温度和时间的变化关系曲线，根据其时间和温度的变化可以获得导热率。这种方法使热带可以很好的与试样相接触，同时对比热线法，该方法能够更好的测量固体材料的导热率，热线法主要用在测量气体或者液体材料导热率方面有比较大的优势。 

热带法测量导热系数的研究首先是由Gustafsson开始的，基于热线法的原理，得到了热带上温度变化与空间尺寸的关系式，其空间坐标如下图1所示，进一步由此得到了热带法测量导热系数的原理式如下： 

T(x,y,t)-T0=14aπ∫04atexp(-x2/σ2)q[erfc(y-dσ)-erfc(y+dσ)]dσ---(1)]]>