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真空導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀的核心原理,是 “高真空隔絕干擾 + 穩(wěn)態(tài)熱流法精準(zhǔn)計(jì)量",通過排除空氣對(duì)流、輻射等外界因素影響,只聚焦材料自身的導(dǎo)熱特性,這也是它能實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)試的核心保障。
儀器的核心部件是一個(gè)密封性能很強(qiáng)的真空腔體,測(cè)試前必須把待測(cè)試樣加工成平整的片狀或塊狀,表面粗糙度需控制在一定范圍,再緊緊夾在冷、熱兩塊高精度恒溫板之間,形成嚴(yán)格的一維熱流通道 —— 只有讓熱量只能順著試樣垂直傳導(dǎo),避免側(cè)向散熱,測(cè)試數(shù)據(jù)才具備可靠性。接下來啟動(dòng)真空系統(tǒng),通過真空泵將腔體內(nèi)氣壓抽到 10?3~10??Pa 的高真空狀態(tài),這一步能消除空氣對(duì)流和空氣自身導(dǎo)熱帶來的干擾;同時(shí)腔體內(nèi)內(nèi)置多層輻射屏蔽層,進(jìn)一步削弱熱輻射造成的誤差,相當(dāng)于把所有非材料本身的熱傳遞路徑全堵住,讓測(cè)試只反映材料自身的導(dǎo)熱能力。
然后根據(jù)測(cè)試材料的特性設(shè)定參數(shù):熱板通過電加熱方式維持恒定溫度,一般在 50~150℃范圍內(nèi)可調(diào),部分型號(hào)的儀器可拓展至更高溫度;冷板則依靠制冷系統(tǒng)或恒溫循環(huán)水保持穩(wěn)定低溫,最終讓試樣兩側(cè)形成固定且精準(zhǔn)的溫度差(ΔT)。之后需要等待系統(tǒng)達(dá)到熱穩(wěn)態(tài),這個(gè)過程中儀器會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)熱流和溫度變化,待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后,通過高精度功率傳感器和溫度傳感器,同步測(cè)量?jī)蓚€(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù):一是熱板的實(shí)際加熱功率(Q),二是試樣兩側(cè)的真實(shí)溫度差,同時(shí)儀器會(huì)自動(dòng)讀取預(yù)先錄入的試樣厚度(d)和有效傳熱面積(A)參數(shù)。
最后依據(jù)經(jīng)典的傅里葉熱傳導(dǎo)定律,通過公式 λ=Q×d/(A×ΔT) 自動(dòng)計(jì)算出試樣的導(dǎo)熱系數(shù)(λ)。這里必須強(qiáng)調(diào)三個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn):冷、熱板的溫度控制精度需達(dá)到 ±0.1℃,否則溫度差會(huì)出現(xiàn)失真;試樣必須與恒溫板緊密貼合,必要時(shí)可涂抹導(dǎo)熱膏輔助,減少接觸熱阻帶來的誤差;真空度必須穩(wěn)定維持在設(shè)定范圍,一旦出現(xiàn)漏氣需立即停止測(cè)試。
這種測(cè)試原理決定了它的適配性極廣,從保溫隔熱材料、金屬材料,到陶瓷、高分子材料、復(fù)合材料等均可精準(zhǔn)測(cè)試,而且測(cè)試數(shù)據(jù)符合 GB/T 10294-2008、ASTM C177 等國(guó)內(nèi)外核心行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),是科研實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)等場(chǎng)景中,材料熱性能精準(zhǔn)測(cè)試的核心設(shè)備。
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