塑料导热系数和热扩散率的测定-瞬变平面热源法(HotDisk)
HOTDISK在低导热材料测试中的重复性分析
ｂ ｌ ａ ｎ ｋ ｅ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ பைடு நூலகம் ｂ ｏ ａ ｒ ｄ， ａ ｙ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ＨＯＴ Ｄ Ｉ Ｓ Ｋ． Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｈ ｓ ａ ｔ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｉ ｍｅ ｓ ａ ｒ ｅ
作者简 介： ￣
（ １ ９ ７ ７ 一 ） ， 男， 博士 ， 主要研究方 向： 材料的热物理性能测试技术 。
宇航 计 测技 术 胶 Ａ 粉进 行 了 ２ ０次连 续 重 复性 测 试 ， 测 试 间隔 为
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粉热 导率 的最大平 均偏差 为一 １ １ ． ６ ％， Ｅ粉热导 率 的
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建筑用材料导热系数和热扩散系数瞬态平面热源测试法
建筑用材料导热系数和热扩散系数瞬态平面热源测试法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：建筑用材料的导热系数和热扩散系数是评价材料隔热性能的重要参数之一，对于建筑物的保温和节能效果起着关键作用。
为了准确测定建筑材料的导热系数和热扩散系数，研究人员设计了一种全新的测试方法——瞬态平面热源测试法。
瞬态平面热源测试法是一种基于热传导原理的新型测量技术，通过在材料表面施加瞬态热源，观察材料中温度的变化情况，从而计算出材料的导热系数和热扩散系数。
相比传统的试样厚度等不同形式的热传导试验方法，瞬态平面热源测试法有以下优点：瞬态平面热源测试法采用平面热源施加在材料表面，能够模拟实际建筑中的热传导情况，更加贴近实际使用环境，提高了测试的准确性和可靠性。
瞬态平面热源测试法的测试过程简单方便，不需要复杂的试样制备过程，减少了实验中的人为误差。
测试时间较短，可以快速得到建筑材料的热传导参数，提高了研究效率。
瞬态平面热源测试法可以实现对不同材料的导热系数和热扩散系数的高精度测量。
根据瞬态热源施加后材料表面温度的变化情况，可以更加准确地计算出材料的热传导性能，为建筑设计和材料选择提供了重要参考。
瞬态平面热源测试法在建筑材料热传导性能研究中的应用广泛。
通过对不同种类及厚度的建筑材料进行瞬态平面热源测试，可以评估材料的隔热性能，指导建筑节能设计和保温材料的选择。
在新型建筑材料的研发过程中，瞬态平面热源测试法也可以用于评估材料的热传导性能，为材料的改良和优化提供科学依据。
瞬态平面热源测试法是一种有效的建筑材料导热系数和热扩散系数测量方法，具有测试准确、简便快捷、精度高等优点。
在建筑保温节能领域具有广泛的应用前景，将为建筑材料性能评估和建筑节能设计提供重要支持。
期待瞬态平面热源测试法的进一步研究和应用，为建筑行业的可持续发展做出贡献。
第二篇示例：建筑用材料的导热系数和热扩散系数是衡量建筑材料热传导性能的重要指标，它们直接影响建筑物的隔热性能和节能效果。
Hot Disk瞬态平面热源导热仪的基本原理及影响因素
目前，随着电子产品行业的微型化、轻量化和高性能化，对相应材料热管理的要求也随之提升。
因此，如何迅速而准确地测试出材料的导热性能就成为该行业的研究重点。
目前，已经商业化的导热测试设备按照测试原理主要分为稳态法和瞬态法[1]- [3]。
稳态法由于达到测试所需的稳态时间较长，在离室温较远的测试条件下，不利于样品的物态保持。
与之相反，瞬态法由于其测试时间较短、精准度高，便得到了更为广泛的应用[3]- [5]。
瞬态法的基本原理是测试材料表面在瞬态或周期性热源下温度随时间的变化，主要包括激光闪点法、热带法以及平面热源法。
本文采用的瞬态平面热源法（TPS）导热系数测试仪（型号1500）为瑞士Hot Disk公司所生产，通过螺旋状的大接触面热源向试样传递热量和测试温度变化，经数学模型处理，得到待测样品的导热系数，相关偏差为5%。
一、Hot Disk导热仪测试原理Hot Disk导热仪的核心部件为由经蚀刻形成的具有连续双螺旋结构的导电金属探头。
该探头同时具备热源及温度感应的双重作用。
测试时需要选取两块表面相对平整的样品，将探头夹在其中形成类似于三明治的结构。
测试时，通过恒定输出的电流对探头进行加热，依据待测材料导热系数的差异，探头的热量传递（散失）情况可依据其随温度改变的电阻变化关系得到，进而通过热传导方程的一系列数学工具，得到待测材料的热传导系数与比热容，进而计算出其热导率。
该测试过程中，最为重要的一个前提是假设外部热流只通过导电金属探头沿待测样品的轴向进行一维传播，即不考虑传感器内部的热损耗以及扩散出样品边界的热量损失。
内部的热损耗可以通过隔热层材料的选取以及导电金属螺旋设计的优化而尽可能减少；样品边界的热量损失则显著依赖于测试条件的选取。
通常，由于测试时间较短，施加的热量较少，相对于样品的厚度，其水平方向的尺寸可以视作无限大，进而忽略该部分误差，满足ISO22007－2.2008标准和国标GB/T 32064-2015。
HotDisk瞬态平面热源法在建筑节能材料测试中的应用
Hot Disk瞬态平面热源法在建筑节能材料测试中的应用 （北京中建建筑科学技术研究院 丰台区南苑新华路1号 100076） 摘 要本文介绍了Hot Disk瞬态平面热源法测试原理，以及采用Hot Disk瞬态平面热源法测试建筑材在不同含水率条件下导热系数的变化趋势。
关键词导热系数静态法瞬态法瞬态平面热源法含水率1引言导热系数是反应材料热工性能的参数，是鉴别材料保温性能优良的主要标志。
近几年，随着我国建筑节能法规和标准的出台，建筑业对建筑节能越来越重视。
因此，准确测得建筑材料在不同含水率条件下导热系数的变化趋势，对于工程合理选材及工程验收具有十分重要的意义。
然而伴随材料科学的飞速发展，对材料的测试方法提出了更高的要求，即不断拓宽应用范围、提高测试精度和测试速度。
因此需要不断地改进传统测试方法，并采用全新的测量技术。
如今，很多新材料和材料在不同含水率条件下热工性能的变化等很难从资料中获得相关数据，因此对材料的实际检测变得十分必要。
2国内外导热系数测定方法2.1静态方法最早的测量使用静态方法，分为防护热板法和热流计法，它的普遍特点是操作人员在已知样品的壁厚上建立温度梯度，并控制从一边传递到另一边的热量，最常用的热流是一维的。
在测量中最常用的变量是Guarded Hot Plate（GHP），即防护热板法。
GHP 是指防止热量通过边界从系统散发出去的一种设置。
该方法基于单向稳定导热原理，当试样上、下两面处于不同的稳定温度下，测量通过试样有效传热面积的热流（计量功率和面积）及试样两表面间温差和厚度，得出材料导热系数。
GB/10294－1988《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》就是测试方法标准。
该方法的测试的稳定期一般需要3-4小时，测试时间1-2小时，整个测试时间合计4-6小时（根据仪器性能而不同）。
另一种静态方法就是热流计法，热流计法是参照国标GB10295－1988建立起来的，属于建立在傅立叶定律一维稳定热流基础上的比较方法，需要由防护热板法测定过的标定试样或标准板进行热流计系数的标定。
Hot Disk 热常数分析仪介绍
23
数据比较－Hot Disk精度 小数点后第四位
数据源自不通技术的测试结果
24
数据比较－Hot Disk精度
使用的Hot Disk探头半径，测试功率和时间
性材料等的测定 标准方法：ISO22007-2.2 界面友好，易操作
TPS技术的延伸
9
薄膜法－适用于薄膜低导材料
材料：纸、织物、布、高聚物薄膜等绝缘材料 厚度： 10μm ~ 500μm 导热系数： 0.01W/mK ~ 2W/mK
背景材料 (良导体) 样品 探头
薄膜法原理－利用接触热阻
27.5
Axial Diffusivity mm2/s
44.8
Radial Thermal conductivity W/mK 7.39
Radial Diffusivity mm2/s
12.3
16
应用示例：电子材料 应用示例：液体样品
17
18
同其他技术的比较
保护热板法 激光闪光法
保护热板法
样品类型
固体、粉末、薄膜、涂层、液体、各向异性材料等
15
应用示例：航空航天
应用示例：蜂窝材料
材料总体特性
Thermal Conductivty, W/mK
13.4
Diffusivity, mm2/s
14.3
Cp MJ/m3K
0.93
材料各向异性特性
Axial Thermal conductivity W/mK
国内主要客户
Hot Disk 常规测试操作说明
200 个探头温度增加的实验点。瞬态记录一完成，马上就会探头一个温度增加量对时间的图表（图 4）。
图 4 温升与时间曲线窗口 10、在分析菜单中选择“Calculations”按钮，或者点击相应的按钮，就会弹出计算窗口（图 7）。 你可以选择包含材料热物性的 200 个数据点，有以下三种选项：
图 5 计算窗口
2. 安装 在这一部分中，为了保证正确的系统安装，重要的是遵循安装指南。在安装以前首先要确保 已经拥有 Hot Disk 热常数分析仪的标准配置，包括以下几项： Hot Disk 探头 室温样品支架 Hot Disk 测量装置 计算装置 PC 机 Hot Disk 热常数分析软件 不锈钢样品
软件 软件安装信息随安装盘或 CD 一起提供。
一般的，被测样品的大小在 1 到 10 立方厘米，在一些特殊情况下可减少至 0.01 立方厘米。 样品的预处理只限于将两个样品切出一个平面即可。总上所述，测量中需要注意的是，为了延长 瞬间记录，被测样品的平面尺寸必须大于 Hot Disk 探头的直径，Hot Disk 热常数分析仪已经用 来测量很多不同的材料，比如金属、合金、矿石、陶瓷、玻璃、粉末、塑料、建筑材料、在体内 和体外液体中的生物材料。已商业化的 Hot Disk 探头可测量温度从超低温到 1000K，通过设计 的特殊探头使用温度可以达到 1700 或 1800K.
室温下是有效的。这个计算是相当繁琐的，这就意味着
计算参数的时间会有一点长。
Single Sided Experiment： 不选，是当探头一端是绝热材料，另一端是样品时使用。
11、选择试验点从 8 到 200，然后点击“Fine－tuned Analysis”按钮。计算出
热物性参数后会弹出一个实验结果窗口（图 6）。
Hot Disk导热系数测定仪
德国Bayer，BASF公司
美国Dow Corning公司
24
国内主要客户
清华大学 西安交通大学 中国科技大学 西北工业大学 东莞优邦 中科院大连化物所 陕西华兴航空机轮刹车系统有限责任公司 福建华清电子材料科技有限公司 美国Dow Corning（上海）公司 北京市建设工程质量第六检测所 中山大学 四川大学 上海交通大学 同济大学 华南理工大学 华为技术 中科院广州能源所 山东建筑工程学院 郑州烟草研究院 航空材料与工艺研究所 南京工业大学
A Unique Instrument for Measuring Thermal Properties
K-analys AB Shanghai
1
K-Analys AB
石英晶体微天平
导热系数仪
ChemiSens
反应过程分析仪 绝热量热仪、微反应量热仪
为了更好地拓展中国市场，由四家公司共同注资的瑞典 凯戈纳斯有限公司于2006年10月在上海设立了代表处
数秒钟完成导热系数(Thermal Conductivity)、热扩散率 (Thermal Diffusivity)和热容(Heat Capacity)的测试
6
数学模型
7
Temp. 斜率得到 导热系数
对函数的拟合得到 热扩散系数 Time
Thermal Conductivity W/mK = Cp Heat Capacity MJ/m3K Thermal Diffusivity mm2/s
8
输出功率、测试时间、探头尺寸
方的比值被称为 特征时间
x t rxr
= 0.3 – 1.0 通过调整测试时间和探头半径等参数来 适应基本的数学假设
9
瞬变平面热源法的基础
平面热源法
平面热源法
1、平面热源法是一种用于测量材料导热系数的方法，其原理是利用一个平面加热源对被检测材料进行加热，通过测量加热源两侧的温度以及材料的热传导性能，来计算材料的导热系数。
2、该方法适用于各种不同类型材料的导热系数测试，如金属、陶瓷、矿石、聚合物、复合材料、纸、织物、泡沫塑料、玻璃增强复合板、水泥墙体等。
3、其测试方法比较简单，利用热阻性材料做成一个平面的探头，同时作为热源和温度传感器，通过了解电阻的变化可以知道热量的损失，从而反映了样品的导热性能。
测试时间5-160s左右可设置，能快速准确的测出导热系数，节约了大量的时间。
但需要注意的是，在使用该方法时需要保证测试样品的平整、均匀，否则会影响测试结果。
hotdisk法测相变材料导热系数
导热率是表征材料热传递能力大小的参数。
其定义为：1m 厚的物体，当其
两侧表面的温差为1K 时，以热传导方式在单位时间内通过单位面积传递的热量。
由于导热率随温度变化而变化，所以必须给出试样测试的平均温度。
测试的平均
温度为室温，导热率的单位是W/(m・K)。
其大小直接关系到相变储能装置的储能和释能功率，如果导热率过低，则不利于储能装置在实际使用过程中充分利用其内含相变材料的储能容量，实际效果相当于降低其潜热能。
而相变材料本身存在导热系数不高等缺点以及与容器相容性等问题，采取一些措施强化相变材料导热性能成为相变储能技术的必要研究环节。
本实验采用Hot Disk热传导分析仪进行测试，Hot Disk的测量原理是基于Silas Gustafso博士发明的瞬变平面热(Transient Plane Source Method TPS)在本方法中，探针是一个平面的探头，是由导电金属镍经刻蚀处理后形成的连续双螺旋结构的薄片，外层为双层Kapton保护层。
外层的Kapton保护层的厚度只有
0.025mm,它令探头具有一定的机械强度，同时保持探头与样品之间的电绝缘性。
探头通常被放置于两片样品中间进行测试，Hot Disk提供了不同尺寸与构造的探头供客户选择，适用于各种不同性质样品的测试。
测试时，探头被夹在两片样品中间，形成类似三明治的结构(见图3-4)，在探头上通过恒定输出的直流电，由于温度的增加，探头的电阻发生变化，从而在探头两端产生的电压下降，通过记录在一段时间内电压和电流的变化，可以较为精确地得到探头和被测样品中的热流信息。
建筑用材料导热系数和热扩散系数瞬态平面热源测试法
建筑用材料导热系数和热扩散系数瞬态平面热源测试法是一种常用的测试方法，可用于测量材料的热传导性能。
这种方法采用一个平面热源和一个温度传感器阵列，通过测量温度随时间的变化来评估材料的导热性能。
下面将详细介绍这种方法的应用、优点和缺点，并探讨如何使用它来测试建筑用材料的导热系数和热扩散系数。
一、应用在建筑领域，导热系数和热扩散系数的测试对于评估材料的保温性能和热舒适度至关重要。
通过了解材料的导热性能，可以确定其保温效果，从而优化建筑物的能源消耗。
此外，了解材料的热扩散性能对于评估其传热性能和热舒适度也非常重要。
二、优点1. 精度高：瞬态平面热源测试法采用温度传感器阵列，可以精确地测量温度随时间的变化，从而获得更准确的导热系数和热扩散系数的测量值。
2. 适用范围广：这种方法适用于各种材料，包括固体、液体和气体等。
3. 可重复性好：采用相同的测试方法，可以获得一致的测量结果，从而有助于比较不同材料之间的导热性能。
三、缺点1. 成本高：瞬态平面热源测试法需要昂贵的设备和技术，因此成本较高。
2. 操作复杂：测试过程需要专业的技术人员进行操作，并需要一定的时间来收集和分析数据。
3. 局限性：这种方法只能测量材料的瞬态导热性能，对于某些材料可能需要多次测试才能获得准确的导热系数和热扩散系数的值。
四、测试方法测试步骤包括：设置平面热源、放置温度传感器阵列、启动测试系统、记录数据、分析和解释结果。
平面热源可以是电热偶、红外辐射或其他类型的热源。
温度传感器阵列通常包括多个传感器，用于测量不同位置和不同时间点的温度。
五、结论建筑用材料导热系数和热扩散系数瞬态平面热源测试法是一种精确、适用范围广的方法，可以用于评估材料的保温性能和传热性能。
这种方法需要一定的成本和专业技术，但可以获得一致的测量结果并进行比较。
在实际应用中，可以根据建筑用材料的特性和需求选择合适的测试方法，以确保获得准确的数据并优化建筑物的能源消耗。
HotDisk常规测试操作说明
HotDisk常规测试操作说明导⾔ 31. 介绍 32. 安装 3 2.1. 软件安装 32.2. 硬件安装 33. 开始 43.1. 快速测试 43.2. 结论94. 硬件9 4.1. Hot Disk传感器10 4.2. 样品⽀架124.3. Hot Disk TPS2500 145. 样品制备14 5.1. 固体材料145.2. 粉末/液体材料156. 软件16 6.1. 软件界⾯16 6.2. 实验216.3. 软件特⾊287. 应⽤31 7.1. 应⽤范例317.2. 总结338. 理论33 标准特性37 参考⽂献37您将要开始使⽤⼀款现代的⽤来测量材料热传导性能的系统，⼀旦您了解了我们的系统的⼯作原理，您将会发现：Hot disk热传导分析仪是轻松，灵活的阅读并学习该系统是如何操作，以及遵循本使⽤⼿册来正确操作仪器是⾮常重要的。
如果本使⽤⼿册按时间顺序来使⽤会得到更好的效果。
1. 简介：瞬间平⾯热源法是研究热传导性能中最精确、⽅便的⼀种。
它是⼀种新技术，在研究材料时能够同时测量热导率、热扩散率以及单位体积的热容。
这种⽅法采⽤⼀个瞬间热平⾯探头，在⼤多数应⽤中我们称之为Hot Disk热常数分析仪。
Hot Disk探头是由导电模式的，形状是双螺旋结构，是⽤⾦属薄⽚（如镍）刻蚀成的。
这种双螺旋结构是由两⽚薄的绝缘材料（聚酰亚胺，云母等）夹着的，类似于三明治结构。
在热传递测量时，Hot Disk平⾯探头要放置在两⽚样品之间，确保样品的每⼀平⾯正对探头。
当有电流通过时，探头温度的增加应在零点⼏度到⼏度内，同时记录Hot Disk探头电阻与时间的函数关系，Hot Disk探头⼀⽅⾯作为热源，另⼀⽅⾯⼜作为动⼒温度传感器。
热导率⽅程的解是基于Hot Disk探头在⼀个⽆限的介质中。
那就意味着⼀旦两个被探头记录的样品边缘受到外界的影响，瞬间记录必然被打断。
⼀般的，被测样品的⼤⼩在1到10⽴⽅厘⽶，在⼀些特殊情况下可减少⾄0.01⽴⽅厘⽶。
HDPE_PP的热导率和热扩散率
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西昌学院学报·自然科学版
第 23 卷
~100%这部分，注射工艺条件对共混体系的热导率 有一定的影响，但随着 HDPE 含量的增加，共混体 系的热导率也随之增加。出现这种变化趋势可能 与 HDPE/PP 共混体系的相结构[5]和纯 HDPE 和 PP 的热导率有关。在 HDPE 含量为 0%~40%这部分， 体系形成单相连续结构，体系中 HDPE 为分散相， PP 为连续相，体系的热导率主要受连续相 PP 的影 响。由于 PP 的热导率较低，当注射工艺条件的变 化时对体系的热导率影响较小；在 HDPE 含量为 60%~100%这部分，体系也形成单相连续结构，体系 中 PP 为分散相，HDPE 为连续相，体系的热导率主 要受连续相 HDPE 的影响，由于纯 HDPE 的热导率 较之 PP 要大，受注射工艺条件的影响较大，从而导 致注射工艺条件对共混体系的热导率有一定的影 响；而在 HDPE 含量为 40%~60%这部分，体系形成 共连续相，体系的热导率受 HDPE 和 PP 两种物质的 共同影响，从而体系的性质很复杂，在不同注射工 艺条件下体系的热导率随 HDPE 的含量变化无明 显的变化规律。
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SHJ-20 双螺杆挤出机，中国南京杰恩特机电有 限公司；PS40E5ASE 型精密注射机，日本日精株式 会社；Hot Disk-2500 热常数仪，瑞典凯戈纳有限公 司。 1.3 热性能测试 1.3.1 热导率和热扩散率测定
采 用 瞬 态 平 面 热 源（TPS）技 术 对 室 温 下 的 HDPE/PP 注 射 样 条 的 热 导 率 和 热 扩 散 率 进 行 测 量。测试时，探头被夹在两片样品中间，形成类似 三明治的结构（见图 1），在探头上通过恒定输出的 直流电，由于温度的增加，探头的电阻发生变化，从 而在探头两端产生电压下降，通过记录在一段时间 内电压和电流的变化，可以较为精确地得到探头和 被测样品中的热流信息[10]。
塑料导热测试标准
塑料导热测试标准对于塑料导热性能的测试，通常采用热传导仪器或其他相应设备进行。
以下是一些常见的用于测试塑料导热性能的标准：1. ISO 22007-4 -Plastics -Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity -Part 4: Transient plane heat source (hot disk) method:* 这个ISO标准是用于测量塑料导热性能的一部分，使用了瞬态平面热源（热盘）方法。
2. ASTM E1952 -Standard Test Method for Thermal Conductivity and Thermal Diffusivity by Modulated Temperature Differential Scanning Calorimetry:* 该ASTM标准使用差示扫描量热法（DSC）来测量材料的导热率和热扩散率，适用于塑料等材料。
3. ASTM D5470 -Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials: * 这个ASTM标准适用于测量电气绝缘材料的导热性能，其中一些可能是塑料材料。
4. ISO 22007-1 -Plastics -Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity - Part 1: Steady-state methods:* 这个ISO标准是用于测量塑料材料导热率和热扩散率的，使用的是稳态方法。
5. ISO 22007-2 -Plastics -Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity -Part 2: Transient plane heat source (hot disc) method:* 这是ISO标准的另一部分，采用了瞬态平面热源方法。
利用瞬态平面热源法测定材料的导热系数
中国工程热物理学会学术会议论文传热传质学编号：063017利用瞬态平面热源法测定材料的导热系数孙亮亮，陈卫翠，方肇洪（山东建筑大学热物性测试中心，山东济南250101）摘要:研究了瞬态平面热源法的测试原理，并独立推导了无限大介质中圆盘形平面热源引起的瞬态温度响应。
为开发地埋管地源热泵系统的高性能水泥砂浆回填材料，利用HotDisk 公司的热常数测定仪测定和优选了不同配比的水泥砂浆回填材料的导热系数，研究各种组分对材料导热系数的影响规律。
实际测试表明，HotDisk 热常数分析仪具有很好的重复性，多次试验的最大相对偏差在1%以内。
关键词：导热系数，测试技术，瞬态平面热源法，地埋管换热器回填材料Thermal Conductivity Measurements of Backfill Materials Using Transient Plane Source MethodLiangliang Sun, Weicui Chen, Zhaohong Fang(Thermophysical Property Testing Center, Shandong Jianzhu University,Jinan 250101, China)Abstract: The transient temperature response of an infinite medium to step heating of adisk-shaped plane source has been derived independently, and the measuring principle of the Transient Plane Source (TPS) method is studied. The thermal conductivity of cementitious grouts with different fillers is measured with the Hot Disk thermal constant analyzer in orderto develop high performance grouts for ground-coupled heat pump system. Effects of eachfiller on the thermal conductivity of the grouts are studied, and, as a result, optimumformulas are obtained. Practical tests have shown that, Hot Disk Thermal Constant Analyzerhas good repeatability, for in many tests the maxima of relative deviations are within 1%.Key Words: Thermal conductivity, Testing technique, Transient plane source method, Grout of boreholes0 引言地埋管地源热泵系统由于其节能和环保的特点正受到越来越多的关注。
采用HOTDISK瞬态平面热源法测量低导热材料
采用HOTDISK瞬态平面热源法测量低导热材料上海依阳实业有限公司 摘要：在常温常压下，采用HOTDISK瞬态平面热源法对三种气凝胶粉体材料、超临界气凝胶保温毯和真空绝热板芯部材料进行了测量。
在实际测试中，通过固定测试时间间隔，对每种材料进行了重复性测试，由此可以寻找出影响测试结果波动的各种可能的环境因素，从而指导采取相应的技术手段消除环境影响因素，提高测试的可靠性和测量精度。
关键字：瞬态平面热源法，低热导率材料，热导率，测量1. 引言HOTDISK瞬态平面热源法作为一种绝对测量方法，在理论上可以达到很高的测量精度。
在试样尺寸满足测试方法规定的边界条件基础上，热导率的测量范围可以没有限制。
因此，对于均质材料，采用HOTDISK瞬态平面热源法不失为一种操作简便和测量精度高的有效方法，在温度不高的范围内（-196℃~200℃），这种方法可以作为一种标准方法来使用，并与其它热导率测试方法一起形成有效的补充和相互比对，甚至可以用于校准其它测试方法。
2. HOTDISK瞬态平面热源法简介由于HOTDISK瞬态平面热源法在均质材料热导率测量方面的准确性和实用性，HOTDISK瞬态平面热源法在各种材料的热导率测量中获得了广泛的应用，并制订了相应的测试方法标准：ISO/DIS 22007-2.2【Plastics - Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity - Part 2: Transient plane heat source (Hot Disk) method】HOTDISK瞬态平面热源法的特点是测试便捷，只需要简单地将一个Hot Disk探头固定在两块固体样品之间，探头同时作为热源和温度传感器，在试样和探头温度恒定后，测试过程迅速。
对于液体、凝胶和粉末样品，测试时只需将 Hot Disk探头简单地插到材料中或将材料涂到探头两边。
DRE(瞬态平面热源法)导热系数测试系统说明书 - 北京恒奥德仪器
HAD-DRE-2B导热系数测试仪（瞬态探针法）使用说明书北京恒奥德仪器仪表有限公司一、概述HAD-DRE-2B导热系数测试仪采用瞬态热丝探针法，适用于测量松软块状固体、高粘流体、胶状品、颗粒、粉末材料等的导热系数、导温系数（热扩散系数）和比热容。
具有精度高、操作便捷、结构坚固、测试速度快、适用范围广等特点。
二、主要技术指标1、导热系数测定范围：0.01—5W/mk；2、测量时间：30-600秒；3、准确度：优于±3％；4、温度范围：标准测量：室温；如选配试样温度控制器可不同温度下测试：如 0℃～95℃，费用另计；5、样品形状：疏松物质6、样本用量：长度不小于10cm，直径不小于3cm(或中心到边界大于15mm)；7、耐压范围：常压；8、电源：220V，功率：200W。
三、热丝探针法测量原理热丝探针法是热丝法的一种改进，它是将一电加热丝封装进一小直径金属管中，探针内电加热丝丝既作为加热元件，也作为测温元件。
其原理是利用电加热丝电阻随温度变化而变化，测量加热过程电加热丝电阻变化，就可以得到温度的变化。
因而本方法非常快捷和便利，同时也相当精确。
在测试过程中，电流通过铜丝时会产生热量，热量会同时向探针周围的样品进行扩散。
热量在材料中扩散的速率依赖于材料的热扩散系数和导热系数等热特性。
通过记录温度与探头的响应时间，材料的这些特性可以被计算出来。
其物理模型与热丝法相似，传统的热探针法借鉴了热丝法的数学模型，即不考虑探针的尺寸和热物性的影响得出材料的导热系数。
Carslaw和Jaeger基于材料对一无限小、长热线源恒定热流的温度响应给出了热线法计算材料导热系数数学解：2044q r T T E i t θπλα⎛⎫- ⎪=-=- ⎪⎝⎭（1） 式中θ为探头温升，T 为t 时刻探头温度，T 0为探头初始温度，q 为加热功率，λ为样品导热系数，α为样品热扩散系数，r 为测试径向位置，E i 为指数积分函数，其表达式为：()()23ln 22!33!i E C μμμμμ-=+-+-+⋅⋅⋅⨯⨯ （2）其中μ=r 2/4αt ，当r 2/4αt << 1时，可用其前两项表示，从而得到：2ln 44q r C t θπλα⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪=-- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ （3）其中欧拉常数C=0.57726。
hotdisk导热系数测量原理
hotdisk导热系数测量原理热传导是沿着温度梯度方向传递热量的现象。
在物理学中，导热系数（热导率）是衡量物质导热性能的一个重要指标。
它描述了单位面积上单位时间内通过导热介质的热量。
导热系数的测量原理取决于不同的实验条件和测量方法。
在这篇文章中，我们将介绍一种常用于测量导热系数的方法——热盘法。
热盘法是一种静态测量方法，常用于测量固体材料的导热系数。
原理基于导热特性，通过测量热电阻或测温仪在热盘上的温度分布，从而推导出导热系数。
下面我们将逐步回答这个问题，让我们一起来了解热盘法的具体原理。
第一步：准备工作在进行实验之前，我们需要准备一些材料和设备。
首先，我们需要一台热盘设备，它通常由一个内部热源和一个温度控制系统组成。
其次，我们需要样品，它可以是一个固体材料的薄片或块状。
还需要一台温度测量仪，如热电阻或温度计。
最后，我们需要连接设备和仪器的电路和电源。
第二步：实验设置在进行实验之前，我们需要设置实验条件。
首先，我们将样品放置在热盘上，确保它与热盘接触紧密。
样品的尺寸和形状应符合实验要求，通常需要平坦而均匀。
其次，我们需要选择一个合适的温度范围来控制热盘的温度，以便测量不同温度下的热导率。
第三步：实验步骤接下来，我们将进行实际的测量步骤。
首先，我们将打开热盘并设置所需的温度。
然后，我们开始记录样品上不同位置的温度。
这可以通过在样品的不同位置插入温度探测器并记录读数来完成。
我们需要在实验期间保持热盘的温度稳定，并记录对应温度下的样品的温度分布。
第四步：数据处理测量结束后，我们需要对收集到的数据进行处理。
首先，我们可以根据测温仪的读数计算出样品在不同位置的温度差。
然后，我们可以使用傅里叶定律来计算样品的导热系数。
根据傅里叶定律，导热流量正比于导热系数、温度梯度和样品的横截面积。
通过利用已知的温度差和样品尺寸，我们可以通过这个方程计算出导热系数。
第五步：结果分析最后，我们需要分析和解释实验结果。
我们可以比较不同温度下的导热系数值，以观察温度对导热性能的影响。
平面热源法导热系数及热扩散率虚拟仿真实验开发
平面热源法导热系数及热扩散率虚拟仿真实验开发李辉;刘志颖;许兆峰;王东泽;史琳【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2017(034)005【摘要】介绍了平面热源法导热系数及热扩散率测试虚拟仿真实验系统,该系统包括导热系数测量的虚拟仿真实验、误差分析及测试算法修正等多项功能.虚拟实验中可通过试样截面温度云图动画和测点温度曲线实时显示试样温升,使实验现象更生动直观.该系统将虚拟仿真实验引入实验教学中,与实体的实验台操作相结合,拓展了实验内容,增强了实验趣味性和研究性,能够充分调动学生学习的积极性,增强教学效果,同时也有助于节约实验室硬件建设成本.【总页数】4页(P5-7,10)【作者】李辉;刘志颖;许兆峰;王东泽;史琳【作者单位】清华大学动力工程及工程热物理国家级实验教学示范中心, 北京100084;清华大学动力工程及工程热物理国家级实验教学示范中心, 北京 100084;清华大学动力工程及工程热物理国家级实验教学示范中心, 北京 100084;清华大学动力工程及工程热物理国家级实验教学示范中心, 北京 100084;清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室, 北京 100084【正文语种】中文【中图分类】TP391.9;G642.423【相关文献】1.基于瞬态平面热源法的磷酸镁水泥石导热系数研究 [J], 姜自超;汪宏涛;戴丰乐;张时豪;丁建华2.非稳态平面热源法同时测量材料的导热系数和热扩散率 [J], 于帆;张欣欣;何小瓦3.平面热源法导热系数和热扩散率虚实结合实验教学平台 [J], 许兆峰;李辉;刘志颖;王东泽;刘培;姜培学4.瞬态平面热源法仪器测试不同温度下织物导热系数的研究 [J], 董陈磊;斯点点;周小红5.脉冲式平面热源法测量材料热导率和热扩散率的分析与实验 [J], 于帆; 张欣欣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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内容
简介………………………………………………………………………………………………...V 1. 范围…………………………………………………………………………………………….1 2. 参考文献………………………………………………………………………………………1 3. 专业术语………………………………………………………………………………………1 4. 原理……………………………………………………………………………………………2 5. 装置……………………………………………………………………………………………3 6. 测试样品………………………………………………………………………………………5 7. 测试步骤……………………………………………………………………………………….7 8. 热物理性能计算……………………………………………………………………………….9 9. 方法与装置校准……………………………………………………………………………...13 10. 报告…………………………………………………………………………………………...14 11. 精度与偏差…………………………………………………………………………………...14 12. 参考书目……………………………………………………………………………………...15
ISO/CD2200 文件是由 ISO /TC61 技术委员会起草的，而“塑料”是由塑料标准委员会 SC5 起草完成。
ISO22007 的标题为：塑料导热系数和热扩散率的测定－瞬变平面热源法（Hot disk）由 以下几部分组成： 1 基本原理 2 瞬变平面热源法 3 温度波长分析法 4 激光闪光法
国际标准是根据 ISO 或 IEC 提出的指导进行制定的。见第二部分。 ISO 技术委员的主要任务是起草国际标准。在技术委员通过的国际标准草案要移交给各 ISO 成员组织投票评审。只有获得 75％以上的投票支持的国际标准才能出版。 该文件的一些内容是受专利保护的。任何需征得专利所有者允许的行为必须向 ISO 提交 申请。
该方法不仅可以测量各向同性材料，还可以测量各向异性的固体材料。一般的，材料导 热系数测量范围为 0.01<λ<500Wm-1K-1，热扩散率范围为 10-8≤a≤10-4m2s-1 范围，温度测 量范围为 50<T<1000K。 【注意】：单位体积的热容（C）是通过导热系数和热扩散率的比值来计算的，公式：C＝λ /a，单位体积的热容的范围大致在 0.05<C<5MJm-3K-1
简介
0.1 随着新材料以及改性材料在物理、化学、生物及医药等领域应用的不断增多，迫切需 要采取标准的热性能测量方法得到更真实、可靠的实验数据。简单，快捷而精确的测 量方法成为科研、工程领域的首选[1]。
0.2 大量接触瞬态平面热测量技术已经得到发展，少数能自动测量的技术已经得到商业推 广，这些技术已经在世界范围内广泛应用在不同的材料上。在许多测量中，已经可以 同时或分别测量物质的几种不同性质[2,3]。
3. 专业术语 本国际标准中的一些术语和定义出现在 ISO 22007 第一部分和下面的介绍中。 时间窗口
时间窗口是指用来计算材料导热系数和热扩散率所用总时间[tmin，tmax]。 [注意]：操作者应根据注意（1）中的 7.5 条款的推荐来选择测量时间。在条款 8.1.4 中描述 了重复的具体步骤。操作者应该在图上找出时间窗口来计算热传导参数。通常情况下要去掉 实验开始和结束时的实验点，这意味着用来计算热传导参数的实验必须能够重复。选择正确 的测量时间的标准一般是总的测量时间的 50％到 100％。Fig4 中时间窗口是指被标记的黑 点，总的测量时间是 20s，tmax＝10.5s
液体的热传递性质可以同过尽量减少热对流来测定
2. 参考文献 下面的标准中包含的规定均参考国际标准中的规定，所有条款都服从国际条款的修改，
鼓励基于国际标准的条约当事人使用如下所示最新版本的规范文档。国际电工委员会（IEC） 和国际标准组织（ISO）的成员来更新国际标准最新的注册者的有效性。 ISO 472 1999, Plastic-Vocabulary ISO 291, Plastics-Standard atmospheres for conditioning and testing ISO 22007-1, Thermal Conductivity and Thermal Diffusivity-General Principles ISO “Guide to the expression of uncertainty in measurements”- Corrected and reprinted edition, 1995, International Organization for Standardisation, Genevan, Switzerland
探测深度(△P)
探测深度是指能检测到的从热源任何一个方向传出的热流距离，定义为△P＝К a.t max ，
其中，tmax 是指时间窗口中最大时间，a 是指测试样品的热扩散率，К 是指基于温度记录灵 敏度常数。本标准文件中假定采用瞬态平面热源法（Hot Disk）（TPS/HD）中 К＝2。
标准化团体（ISO成员团体）组成的世界性的联合会。 制定国际标准工作通常由ISO 的技术委员会完成。各成员团体若对某技术委员会确定的项 目感兴趣，均有权参委员会的工作。与ISO 保持联系的各国国家组织（官方的和非官方的） 也可参加有关工作。ISO 与国际电工委员会（IEC）在电工技术标准化方面保持密切合作的 关系。
0.3 这类方法的另一个优点是它能够反应出材料的真实热性能，消除了探头与样品的接触 热阻[4,5,6,7]。
塑料导热系数和热扩散率的确定－瞬变平面热源法（Hot Disk）
1. 范围 采用该方法能够确定物质的导热系数、热扩散率以及单位体积的比热容。通过实验设计
可以满足不同尺寸的样品，测试不仅可以在空气、真空介质中完成，还可以在不同的压力和 温度下进行。