瞬态平面热源法导热系数测试中测头漏热现象研究

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1、瞬态平面热源法测试技术应用——ApplicationNote：002瞬态平面热源法导热系数测试中测头漏热现象研究上海依阳实业有限公司www.eyoungindustry.com上海依阳实业有限公司——www.eyoungindustry.com摘要：针对瞬态平面热源法热导率测试中的漏热问题，采用透红外材料和红外热像技术开展了相应的研究工作。通过采用透红外的玻璃类材料、塑料类材料和蓝宝石材料作为被测试样，结合红外热像技术，11完美的证明了瞬态平面热源法在对热导率大于0.1WmK以上的塑料类材料测试过程

2、中，可以完全不用11考虑探头漏热所带来的影响。而对于热导率小于0.1WmK以下的低导热材料或热导率小于110.03WmK的超低导热材料，瞬态平面热源法测试过程中的漏热问题还需要开展进一步的研究和验证试验。1.背景瞬态平面热源法作为一种绝对测量方法，在理论上可以达到很高的测量精度。在试样尺寸满足测试方法规定的边界条件基础上，热导率的测量范围可以没有限制。因此，对于均质材料，采用HOTDISK瞬态平面热源法不失为一种操作简便和测量精度高的有效方法，在温度不高的范围内（-196℃~200℃），这种

3、方法可以作为一种标准方法来使用，并与其它热导率测试方法一起形成有效的补充和相互比对，甚至可以用于校准其它测试方法。任何方法都有其自身的局限性，瞬态平面热源法也是如此。在ISO/DIS22007-2.2Plastics-Determinationofthermalconductivityandthermaldiffusivity-Part2:Transientplaneheatsource(HotDisk)method中就明确把瞬态平面热源法归结到塑料材料，也是考虑到瞬态平面热源法的局限性问题。11塑料类

4、材料的一般特征是热导率在0.1~10WmK范围并呈现各项同性，因此使用瞬态平面热源法对塑料类材料的测试可以得到很精确的测试结果。瞬态平面热源法是一种绝对方法，在理论上可以测量热导率很低的材料，并已经在隔热类材料的热导率测量中逐渐得到应用。但在低导热（热导率11110.03~0.1WmK）甚至超低导热（热导率小于0.03WmK）类材料的测试过程中，测试中的一些边界条件制约了测量精度的提高，特别是在超低热导率测试过程中，施加在测量探头上的加热功率非常小，基本为毫瓦量级，这时探头引线传热所引起

5、的漏热问题就显着非常凸出。对于瞬态平面热源法测试过程中的探头引线漏热问题，国内外几乎没有开展过相应的研究工作，只有美国橡树岭国家实验室的HsinWang等人与瑞典HOTDISK公司的创始人Gustavsson先生合作开展了比较详细的研究，研究报道发表在2006年的ThermalConductivity28/ThermalExpansion16会议文集中。本文将详细介绍HsinWang等人的研究工作，并提出相应的问题，指出今后瞬态平面热源法测试过程中漏热问题的研究内容。2.漏热现象研究试验设计在瞬态平面热源法

6、测试过程中，测量探头被两个被测试样夹在中间，因此很难评价探头引线对测试的影响。为了深入了解探头引线对测试的影响，总的研究思路是：根据温度与红外线的关系，采用透红外被测试样进行测试。在测试过程中测量探头通电加热会使探头的温度上升，如果有引线漏热现象发生，引线的温度也会随之上升。那么采用红外探测设备就可以穿过透红外被测试样观测到探头和引线的温度变化情况，由此来研究探头的漏热现象。在本漏热现象研究过程中，透红外材料（3~5m波长范围）选择了Zeon玻璃、Robax玻璃和蓝宝石，红外探测装置则采用了红外热像技术，

7、即高灵敏度红外相机来直接观察探头和引线的温度变化。采用红外热像技术可以获得二维平面温度场随时间变化的整个过程，并由此可以验证加热线的温度均匀性和对称性，同时还可以确定被测试样的有效体积。采用红外热像技术，还可以对探头的尺寸、设计以及引线进行研究。在瞬态平面热源法测试方法中，虽然已经考虑了探头热容的影响并进行了适当修正，但因为有很大的技术难度，所以并没有考虑为探头提供加热电流和测量探头电压的引线所带来的影响。因此，非常有必要研究探头引线是如何对探头的温度场产生影响。在此瞬态平面热源法漏热研究试验中，采用了三种

8、Kapton聚酰亚胺探头，探头半径分别为2.001mm、3.189mm和6.403mm。被测试样分别是两块Zeon玻璃盘、一块Robax玻璃盘（由Schott生产的高温陶瓷玻璃窗口材料）和一块蓝宝石盘，直径都是100mm。其中Robax玻璃盘和蓝宝石盘分别与塑料盘构成试样进行测试。这些试样在中红外波段内呈现透明或半透明状态。在上面一块试样的边缘处进行加载使得探头与试样有良好的热接触，探头的上方空间预留出来以便用红