导热系数测定仪测试标准、参数设置、工作原理、实验方法

导热系数测定仪测试标准

导热系数测定仪的测试标准根据测量原理和应用场景分为稳态法和非稳态法两大类，常用标准包括：

稳态法相关标准

国家标准：GB/T 10294《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法》、GB/T 10295《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法》。

国际标准：ISO 8302《热绝缘 稳态热阻和相关特性的测定 防护热板法》、ASTM C177《用防护热板装置测定稳态热通量和热传输特性的标准试验方法》。

非稳态法相关标准

国家标准：GB/T 22588《闪光法测量热扩散系数或导热系数》、GB/T 11205《松散和粒状材料热导系数的测定 热线法》。

国际标准：ASTM E1461《用激光闪射法测定热扩散率的标准试验方法》、ISO 22007-2《塑料 热传导性和热扩散率的测定 第 2 部分：热线法》。

导热系数测定仪参数设置

根据仪器类型（稳态法或非稳态法），核心参数设置有所不同：

1. 稳态法测定仪（以防护热板法为例）

温度控制参数：热板温度（模拟高温环境）、冷板温度（模拟低温环境），控温精度通常需达到 ±0.1℃以内。

试样参数：试样厚度（需均匀，避免边缘热损失）、面积（与热板 / 冷板接触面积一致）、密度（用于后续导热系数计算）。

数据采集参数：稳定时间（确保温度场达到稳态，一般需数小时）、热流密度（通过热流传感器测量通过试样的热流量）。

2. 非稳态法测定仪（以热线法为例）

加热参数：热线功率（恒定功率或脉冲式加热）、加热时间（短时间内施加稳定热流）。

时间参数：温度采集频率（高频采集以捕捉温度随时间的变化曲线）、测试周期（通常数分钟内完成）。

传感器参数：热线材料（如铂丝，需具备高电阻温度系数）、测温精度（热电偶或热电阻，精度 ±0.01℃）。

导热系数测定仪工作原理

1. 稳态法（以防护热板法为例）

基于傅里叶热传导定律（Q=−kAdΔT），通过在试样两侧建立稳定的温度差（热板与冷板），当热流达到稳态时，测量通过试样的热流量 Q，结合试样面积 A、厚度 d 和温度差 ΔT，计算导热系数 k=AΔTQd。

核心特点：适用于导热系数较低的材料（如保温材料），测量结果稳定，但耗时较长。

2. 非稳态法（以激光闪射法为例）

通过向试样表面施加瞬时热脉冲（如激光），测量试样背面温度随时间的变化曲线，结合热扩散系数 α 和比热容 c、密度 ρ，计算导热系数 k=αρc。

核心特点：适用于导热系数较高的材料（如金属、陶瓷），测量速度快（数秒至数分钟），但需预先已知比热容参数。

导热系数测定仪实验方法

1. 稳态法实验步骤（以热流计法为例）

试样准备：将材料加工为平整、无缺陷的片状（尺寸与仪器适配，厚度≥10mm），表面清洁以确保与热流计、冷热板紧密接触。

仪器校准：使用已知导热系数的标准试样（如标准石棉板）校准热流计和温度传感器，确保测量精度。

安装试样：将试样放置于热流计与冷板之间，调整压力使接触均匀，避免边缘热损失（可使用防护环结构）。

参数设置：设定热板温度（如 50℃）、冷板温度（如 25℃），启动控温系统，待温度场稳定（温度波动≤0.1℃持续 30 分钟）。

数据采集：记录热流计输出信号、冷热板温度、试样厚度及面积，通过公式计算导热系数（取多次测量平均值）。

2. 非稳态法实验步骤（以热线法为例）

试样准备：将热线（如直径 0.1mm 铂丝）均匀埋入试样中（适用于松散或块状材料），或直接放置于试样表面（适用于薄膜材料）。

初始参数设置：输入试样密度、预估比热容（若已知），设定加热功率（如 10W/m）和加热时间（如 60 秒）。

启动测试：施加恒定电流加热热线，同步采集热线温度随时间的变化曲线（前几秒温度快速上升，随后进入线性增长阶段）。

数据处理：根据热线温升曲线的斜率，结合热线几何尺寸和材料物性参数，通过非稳态热传导方程计算导热系数。

注意事项

试样的均匀性和表面接触状态直接影响测量精度，需避免气泡、裂纹或杂质。

稳态法需严格控制环境温度，避免外部热扰动；非稳态法对传感器响应速度要求较高，需定期校准测温元件。

不同标准适用于不同材料类型（如固体、液体、松散颗粒），需根据待测材料选择合适的仪器和方法。