首页
1
相关原理
2
热传导分析仪
3
其他热传导量测标准方法4
https://www.amtech.com.tw/cn/custom_121616.html 其他热传导量测标准方法 其他热传导量测标准方法 热传导量测标准 热传导的量测标准方法存在好几种。依照量测方式,主要分成:稳态法、瞬态法指让样品在长时间、处於稳定的情况下,量测其热传导。稳态法的好处在於量测环境与数据通常能够更接近样品在使用当中的状态,相当适合模拟样品的实际工况。稳态法常应用到热垫片、热绝缘层、防火砖、护热板等材料。稳态法常见的标准有ASTM C177、ASTM C518、ATSM E1530、ASTM D5470。   ASTM C177:护热板法 护热板法藉由将热板置於两个上下对称的样品之间,来让热板的能量全部被吸收,再藉由控制护热板温度让两侧之温度保持平衡来达到有效的护热控制。 (图源:ASTM)   ASTM C518:热流计法 使用热流计透过平板型样品,直接量测稳态中的热传导。由於热流计的概念相对简单且被广泛使用,所以能够以更快的方式量测并适用於各种样品。热流计法适用情形为环境摄氏10~40度、平板厚度为250毫米以下、板内温度为摄氏-195~540度。  (图源:ASTM) ASTM E1530:隔绝热流计法 ASTM E1530的装置和方法与ASTM D5470相当类似。主要差异在於ASTM E1530要求要在样品与加热、冷却元件的外侧加装热绝缘层,以避免热能的额外散失来提高测量精度。相关应用包含岩石及土壤的热传分析,如用於天然气管路、地下输电系统,放射性废弃物的管制、石油管路,地热及太阳能储电装置。理论上可以应用於矽胶片的相关量测,但由於样品厚度与样品的上下面温度的高精度测量具有较高的技术性难度,所以很少使用此手法量测矽胶片。且其量测数据虽更接近物质本身,较不接近真实操作状况使得常与ASTM D5470和ASTM E1461等方法差异很大。  (图源:https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=11518) 通常实验过程能够很快速的得到量测数据,所以称为瞬态法。瞬态法能够节省更多的时间成本,并且因其灵活性,在样品种类的应用上通常存在更多变化。瞬态法常使用热脉冲、热线、闪光法等等来做实验量测。瞬态法常见的标准有ASTM E1461、ASTM D5930、ISO22007-2等等。   ASTM E1461:闪光法 以高功率的能量脉冲对小而薄的样品进行短时间内的照射,其能量将被样品的前表面(受光面)吸收,透过红外线检测器记录后表面(背光面)的温度变化,来计算样品的热导率的实验手法。该量测手法常应用於薄膜样品。  (图源`:https://www.electronics-cooling.com/2002/05/flash-diffusivity-method-a-survey-of-capabilities/) ASTM D5930:热丝法 透过将加热丝通以固定电流使其升温,利用金属电阻与温度的线性关系来量测温度变化情形,再藉由加热丝的一部份热能会被样品导走,利用加热丝的阻抗变化计算热传导系数。   ISO 22007-2:平面热源法    将带有加热功能的镍探头放置於圆形的样品当中,给予探头一个固定的加热功率使其温度上升,透过镍的温度与电阻成线性关系的特性,去了解电阻的变化即可确认热量的散失,进而对应到样品所受到的热流。再藉由探头本身与圆形样品边缘的温度差异,便可利用数学模型拟合样品的导热系数与热扩散能力。量测过程仅约10分钟,且实验的再现性高,并适用各种类型的样品。缺点在於样品必须使用均质性高的物质,且不考虑接触热阻则无法反映到样品在实际工况下的热传导。 (图源:https://link.springer.com/article/10.1007/s00339-018-1759-2)

热传导量测标准

热传导的量测标准方法存在好几种。依照量测方式,主要分成:稳态法、瞬态法

指让样品在长时间、处於稳定的情况下,量测其热传导。稳态法的好处在於量测环境与数据通常能够更接近样品在使用当中的状态,相当适合模拟样品的实际工况。稳态法常应用到热垫片、热绝缘层、防火砖、护热板等材料。稳态法常见的标准有
ASTM C177ASTM C518ATSM E1530ASTM D5470

 

ASTM C177:护热板法

护热板法藉由将热板置於两个上下对称的样品之间,来让热板的能量全部被吸收,再藉由控制护热板温度让两侧之温度保持平衡来达到有效的护热控制。

b9b05c75e05933f80a8a8593b5dabc95.png
(图源:ASTM)

 

ASTM C518:热流计法

使用热流计透过平板型样品,直接量测稳态中的热传导。由於热流计的概念相对简单且被广泛使用,所以能够以更快的方式量测并适用於各种样品。热流计法适用情形为环境摄氏10~40度、平板厚度为250毫米以下、板内温度为摄氏-195~540度。

 a4e2972969fd32f8e4de12bf6a017b5f.png

(图源:ASTM)


ASTM E1530:隔绝热流计法

ASTM E1530的装置和方法与ASTM D5470相当类似。主要差异在於ASTM E1530要求要在样品与加热、冷却元件的外侧加装热绝缘层,以避免热能的额外散失来提高测量精度。相关应用包含岩石及土壤的热传分析,如用於天然气管路、地下输电系统,放射性废弃物的管制、石油管路,地热及太阳能储电装置。理论上可以应用於矽胶片的相关量测,但由於样品厚度与样品的上下面温度的高精度测量具有较高的技术性难度,所以很少使用此手法量测矽胶片。且其量测数据虽更接近物质本身,较不接近真实操作状况使得常与ASTM D5470ASTM E1461等方法差异很大。

 bf402b11be0dcbc6ecb9fa1ee2e5ef2b.png
(图源:https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=11518)




通常实验过程能够很快速的得到量测数据,所以称为瞬态法。瞬态法能够节省更多的时间成本,并且因其灵活性,在样品种类的应用上通常存在更多变化。瞬态法常使用热脉冲、热线、闪光法等等来做实验量测。瞬态法常见的标准有
ASTM E1461ASTM D5930ISO22007-2等等。

 

ASTM E1461:闪光法

以高功率的能量脉冲对小而薄的样品进行短时间内的照射,其能量将被样品的前表面(受光面)吸收,透过红外线检测器记录后表面(背光面)的温度变化,来计算样品的热导率的实验手法。该量测手法常应用於薄膜样品。

 7751eac5226f1b2a02304fb346405e55.jpg(图源`:https://www.electronics-cooling.com/2002/05/flash-diffusivity-method-a-survey-of-capabilities/)



ASTM D5930:热丝法

透过将加热丝通以固定电流使其升温,利用金属电阻与温度的线性关系来量测温度变化情形,再藉由加热丝的一部份热能会被样品导走,利用加热丝的阻抗变化计算热传导系数。

 

ISO 22007-2:平面热源法

   将带有加热功能的镍探头放置於圆形的样品当中,给予探头一个固定的加热功率使其温度上升,透过镍的温度与电阻成线性关系的特性,去了解电阻的变化即可确认热量的散失,进而对应到样品所受到的热流。再藉由探头本身与圆形样品边缘的温度差异,便可利用数学模型拟合样品的导热系数与热扩散能力。量测过程仅约10分钟,且实验的再现性高,并适用各种类型的样品。缺点在於样品必须使用均质性高的物质,且不考虑接触热阻则无法反映到样品在实际工况下的热传导。

0d17b39ff9a74b207378e6ee701202c5.png
(图源:https://link.springer.com/article/10.1007/s00339-018-1759-2)