导热系数的测量方法
点击次数：7827 更新时间：2022-06-15
导热系数
测量方法
导热系数测试方法，分为稳态法和瞬态法（又称为非稳态法）两类；
稳态法有：平板法、护板法、热流计法、热箱法等
各种测试方法，有其自身的适用范围。由于物质具有固、液、气三种状态，不同状态时，其导热系数会差异很大；而不同状态时导热系数的测量也会有很大的不同；相比于固体、液体和气体的测量更加困难，因为流体状态物质内更容易发生自然对流，温度场会很快发生变化，需要采集的速度相当快（如1秒），以避开自然对流的影响，所以对于仪器的要求会更高。
稳态法
稳态法是指当待测试样上温度分布达到稳定后，即试样内温度分布是不随时间变化的稳定的温度场时，通过测定流过试样的热量和温度梯度等参数来计算材料的导热系数的方法。它是利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡条件来测量导热系数。
稳态法具有原理清晰、模型简单、可准确直接地获得热导率值等优点，并适于较宽温区的测量；缺点是实验条件苛刻、测量时间较长；稳态法中，为了获得准确的热流，需要严格保证测试系统的绝热条件，附设补偿加热器并增加保温措施，以减小漏热损失；为了获得准确的温度，需要布置多根热电偶；为了保证一维导热，通常对样品的尺寸要求较大，而且为了保证整个受热面温度场的均匀一致，对样品表面的平整度要求较高。
稳态法主要用于测量固体材料的导热系数，而要把它用于研究湿材料会遇到很大困难，因为试样会由于长时间保证一定的温度场而引起含湿量的变化，这将导致测量结果不正确。
瞬态法
随着新材料的发展，对测试速度的要求大大提高，而且因为新材料的多样性（多层，多孔），传统的方法获得的参数并不能准确反映材料的性质，传统的模型也不能准确反映所要研究的过程，因此瞬态法开始广受关注。
瞬态法是指实验测量过程中试样温度随时间变化，通过测量试样内某些点温度变化的情况以及其他一些需要的参数，从而确定试样导热系数的方法，其分析的出发点是非稳态导热微分方程。
瞬态法可分为周期热流法和瞬态热流法，而瞬态热流法中的瞬态法、热盘法、热带法、探针法和准稳态法属于直接测量，闪光法、运动热源法和比较法等方法属于间接测量，其直接获得的是试样的热扩散率，通过已知的比热，密度间接求解导热系数的方法，由于这类方法需要用到材料的比热和密度值，因而导热系数的测量准确度受到这两个物理量准确度的限制。瞬态法是目前应用范围广的测量方法，可以测量气体、液体、固体等物质，测量准确度高。探针法实质上是一种更为实用的线热源法，主要用于测量食品、生物组织、土壤和其他松散材料的导热系数。由于测试速度快，试件制作要求低，使用仪器简单，特别适合现场测量。
瞬态法的优势在于速度快、可以获得跟传统法相当或者更好的测试精度，而且对试样的要求低（通常需要很少量的样品）；但从理论上看，瞬态法的导热微分方程比较复杂，边界条件难以准确确定，而且获得准确的温度随时间的变化关系也比较困难。但是近几十年来，随着测量技术的进步，瞬态法由于测量时间短、性高和对环境要求低等优点而得到了大力的发展。
2005 年，由英国国家物理实验室（National Physical Laboratory）发起，联合欧洲多个国家物性研究实验室，联合制定了关于瞬态法测量导热系数的标准-Standard forContact Transient Methods of Measurement of Thermophysical Properties。
