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：

()()23

ln 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。对上式两端取微分可得到样品导热系数：

/4ln q d d t θλπ= （4）

以上推导忽略了探针的尺寸和热容等影响因素，实际测量中，由于探针具有一定体积和热容，因此在探针开始加热时，样品温升会有个时间滞后，在对数时间—温升曲线图上表现为一非线性段，这个时间取决于探针尺寸和结构，之后进入线性段，最后曲线将趋于平稳。本仪器采用用筛选数据法取线性段上的数据进行线性拟合，从而得到导热系数值。当材料的导热系数已计算出，也就能计算出热扩散系数。

比热容通过如下公式计算：

C=λ/(a*p)

a ：热扩散率，单位m 2／s

λ：导热系数，单位W ／(m ·K)

p ：密度，单位g ／m 3

C：比热容，单位KJ／(kg·K)

四、仪器安装调试

1、将仪器安置在平稳坚固的工作台上，连接好电源线。

2、连接好探针线和仪器与计算机的通信线。

3、计算机系统必须Microsoft XP系统，在计算机中安装Microsoft office

Excel2003和Microsoft office Access2003，再安装DRH导热系数测

试软件，如需打印报表还要安装打印机。

4、如计算机没有2个9针COM口，需配RS232转USB线或RS232板卡，并

安装相应驱动。

5、打开仪器电源开关，启动计算机，运行DRE导热系数测试软件。如通信

端口设置正确，自动进入测试软件主界面。否则弹出通信端口设置界面，分别选择恒流源和电压表通信端口地址，按“测试”键，如文本框中读

到与仪器相对应数据，请按“停止”键。如果恒流源和电压表的数据都

能读入计算机，请按“进入测试界面”键进人测试软件主界面。否则需

检查通讯线路和通讯端口设置是否正确。

6、单击菜单“参数设置-探头参数”，弹出用户验证界面，输入用户名和密

码（仪器用户名：xt，密码：808），进入探头参数设置界面，请输入探

头参数，确认退出。

7、单击菜单“参数设置-修正系数”，弹出用户验证界面，输入用户名和密

码（仪器用户名：xt，密码：808），进入修正系数设置界面，请输入探

头上的数值，确认退出。

五、仪器操作

（一）、测试样品准备

1、取样品长度大于10cm，直径大于3cm，或中心到边界都大于15mm

的其它形状样品都可以。如导热系数高的材料直径需大些。总之，

在测量时间内热量传递不穿透样品边界。

2、将探针插入待测样品中心，静置约30分钟，以使探针和待测样品

达到热平衡，探针和待测样品具有相同的初始温度。如样品温度

通过试样温度控制器控制，在某温度下测试，要等样品温度达到

设置温度并且温度均匀稳定后才能进行测试。

（二）、控制参数设置

1、单击菜单“参数设置-控制参数”，弹出控制参数设置界面。

2、计算开始点是人为的去掉时间对数-温升曲线前面一段线性不好

的曲线，其数值是将实验数据采集的个数前多少个数据去

掉，实验数据采集的个数可根据测试时间和采样间隔计算出来，

一般可去掉10%的数据。测试时间一般2分钟，导热系数高的材

料和易产生对流的材料测试时间就要短，如液体测量时间设置

30秒。采样间隔一100ms能满足要求。调零电流设置一般不大于

2ma,避免在实验前大电流对探头提前加热，影响后面测量结果。

测试电流设置一般使温升不超过3℃。

（三）、将探头置于试样中，等温度稳定均匀（按“调零输出”键，从电压表读数是否稳定可判断试样温度是否稳定）后，按“调

零输出”键，调“调零”电位器，使电压表读数在零附近。

（四）、按“开始测试”键，仪器进入自动测试状态，完成后自动显示测量结果。

（五）、如需保存结果，按菜单“保存结果”，弹出保存结果界面，按“确认”后，结果保存。如需保存曲线图，单击菜单“试验

曲线-保存曲线”，把图形保存在选定的位置。

（六）、按菜单“生成报告”，弹出输入实验信息界面，输入相关信息后按“确认”键，Excel文件型的报告自动生成，如报告需保存，