平面热源热物性瞬态测量仪

SHT-20热物性瞬态自动测量仪

热物性瞬态自动测量仪，是相对于稳态测量而言的，是热物性测量仪器的升级换代产品。它能同时测量介质的热扩散系数，热导率和比热等。相对于稳态和准稳态测量，热物性瞬态自动测量法具有精度高、速度快、省力、省时的优点。

热物性瞬态自动测量仪，可广泛用于能源、冶炼、建筑、热力工程和新材料研制等行业，作为科学研究，物性检测、生产过程控制与产品质量检验等领域；也可以用于理工科学生的物理实验、建筑物理实验，材料物理实验中，作为热物性测量的主导仪器。

该仪器将A/D转换技术、数值计算技术、计算机技术和瞬态测量技术等高新技术，运用于材料的热物性测量中，实现了热物性测量的自动化。仪器的结构合理，运行稳定，质量可靠，准确度高，运行成本不到稳态测量的十分之一，热测量时间一般不超过200秒。

SHT-20热物性瞬态自动测量仪，主要用于固体板材材料热物性的测量，用平面热源加热，同时测量在室温附近固体板材的热扩散系数、热导率、比热等热物性指标。仪器实物如下图。

一、SHT-20热物性瞬态测量的基本理论

材料热物理性质可以用稳态法和瞬态法进行测量。目前，国内主要使用稳态法测量材料的热导率。也有用激光热导仪瞬态测量热导率，用热栅法瞬态测量热扩散系数和用热波法瞬态测量热导率等的研究。但至今都没有成熟的仪器供应市场。SHT-20热物性瞬态自动测量仪，本、采用平面热源加热，同时瞬态测量材料的热扩散系数、热导率、比热及密度等热物理性质。所谓瞬态测量，是指在加热温度变化的过程中，实现对材料热物理性质的测量。瞬态测量不要求恒温环境，测量迅速准确，省力低耗，是当今材料热物性测量发展的趋势和主流方向。

根据模型的不同，瞬态法测量又分为平面热源法、圆柱面热源法、热波法和热栅法等多种方法。而平面热源法也有脉冲法、恒流法之分。

平面热源法，是指加热热源为一理想平面的片状物，用于对无限大均匀材料进行加热测量的方法。对平面热源的基本要求：一是厚度可以略而不计；二是在有效加热面积范围内，单位面积发出的热量不随时间变化，即热源的热流强度保持均匀、恒定；三是加热片有效加热面积与试件的横截面积相等。用平面热源法加热测量时，只要加热片足够大，就可以认为热流只在垂直于热源平面的

方向上传导。

二、仪器结构图

仪器的结构如下图，以和试件面积相同，厚度可忽略的加热片作为热源，对紧密结合的试件进行加热。同时热敏元件在试件中轴线上的不同的位置收集温度信号，并由温度模块转化为电信号，传输给计算机。软件自动绘出温升-时间曲线，纪录、处理数据，给出测量参数。

三、技术参数及仪器规格：

1.技术参数

温度范围：室温—100℃

导热系数测量范围：0.03—1000[W/(mK)]

热扩散系数测量范围：0.01—1000[mm2/s]

热导率不确定度：≤1%

热扩散系数不确定度：≤2%

重复测量精度：≤2.0%

整机不确定度：≤2.5%

热测量时间：≤200s

有效发热面积：200

样品形态：长方体（长宽均为200mm，高度为x）测试件尺寸

样品尺寸：x×200× 200

如果样品热导率的估计值小于2 W/(mK)，则8≤x≤20，且D≥3x，d≥2x，尤其当待测材料为不均匀的泡沫、颗粒压制材料等，x的值至少在10mm以上。

如果样品热导率的估计值大于2W/(mK)，则1≤x≤8，且D≥8x，d≥6x，当待测材料为均匀度很好的金属、合金及碳材料时，x的取值范围为1-2mm。

2直流电源

输入：电功率：100W

交流： 220V

频率： 50Hz

输出：直流电流在0.01-1.000A之间精密可调

3运行环境

温度：室温

湿度：<85%

四、系统配置

1 基本配置

1、SHT-20测量装置一套

2、主控计算机一套

3、系统软件（出厂前进行安装调试）

2 自备配置

1、松散材料测量箱一台

2、试件干燥箱一台

3、试件加工器械一台

4、物理天秤（量程：500g分辨力：0.02g）一台

5、钢板尺一把

6、游标卡尺（125mm 0.02mm）一把

7、打印机一台

3易损备件

SHT-20型热物性自动测量仪的易损备件，有如下两项专用设备：

1、专用温差电偶

2、加热片

五、软件

1仪器软件为自主研发产品。

2操作简单，界面友好，可自动根据采集卡提供的数据实时绘出温度曲线图，以控制加温的范围。3数据处理阶段自动进行结果的修正，保证了数据的高精度。

4和通用型软件的兼容性好，数据结果报告可保存为电子稿，也可直接打印。

六、注意事项

1测量保温绝热材料时请选用0.5A以下的电流，尤其是对于聚酯泡沫这类受热易变形的材料，切忌用较大的电流值加热，以免损坏试件。

2测量待测试件的热导率估计值在2 W/(mK)以下的，请用脉冲法测量，以免损坏试件和仪器。

3使用同一台仪器测量时，两次测量的时间间隔必须在1小时以上，以便于仪器冷却，避免影响下次测量的可靠性。

七、测量示例

将脉冲法用于测量聚氨脂硬泡沫塑料板材时，得到的温度-时间曲线如图所示。图中：曲线1为热面的T（0,t）~t曲线，曲线2为冷面的T(x,t)~t曲线，曲线3为环境温度，在短暂的测量过程中，环境温度通常保持不变。图为T~t曲线

图

将图中，聚氨脂板材的t t x T ~),(曲线的部分测量值，节录如下表。表中，也给出了热扩散系数i a 和热导率i λ的计算值及A 类不确定度的估计。计算用到的测量数据有：kg m 01724.00=,

)./(4600k kg J c p =，Ω=12.35R ，m l 2010.01=，m l 1990.02=，m x 02409.0=，A I 644.0=，s t 280=，k 625.9)0,0(=ϑ，k x 75.9),0(=ϑ，s t 1551=，k t x 75.1),(1=ϑ

表 测量数据节录及处理结果

项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

s t i /2 191 194 197 200 203 206 209 212 215 218

),0(2i t ϑ 29.63 29.25 28.63 28.38 27.75 27.50 27.25 26.75 26.50 26.00

2

10

)(-⨯y B 1.850 1.846 1.855 1.842 1.854 1.843 1.834 1.842 1.835 1.845

2

y 2.097 2.105 2.105 2.101 2.105 2.101 2.113 2.109 2.109 2.105 7

1

2

10

/--⨯s

m a i 4.45 4.45 4.46 4.44 4.45 4.44 4.45 4.44 4.44 4.45 7

1

210

/--⨯∆s

m a i 0.00 0.00 0.01 0.01 0.00 0.01 0.00 0.01 0.01 0.00

2

10

/-⨯mk

W i λ 3.37 3.36 3.37 3.35 3.37 3.35 3.33 3.35 3.34 3.36

2

10

/

-⨯∆mk

W i λ 0.01 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.03 0.01 0.02 0.00

1

27

10)01.045.4(--⋅⨯±=s

m a 1

12

10

)01.036.3(--⋅⋅⨯±=K

m W λ