各种物质导热系数的精确测量方法
导热系数的测量方法有很多种,根据测量对象和测量范围的不同,有各种适合的方法。从传热机理看,包括稳态法和非稳态法;稳态法包括平板法、护板法、热流计法等。非稳态法也叫瞬态法,包括热线法、热板法和激光法。根据样品的形状,可分为平板法、圆柱体法、球体法、热线法等。还有直接法和简略法的分类。比如先用激光法得到热扩散率,再根据给定的密度和比容计算出导热系数,而导热系数是直接用热线法和平板法得到的。
稳态法原则上是一种基准法,首先用来检验其他方法的准确性。但实际上稳态法可以精确测量的影响因素太多,操作起来不方便,需要操作者有很强的专业知识,所以现在即使国外也基本不用稳态法,而是研究瞬态法。国内市场现有的仪器恐怕会有一些技术问题,所以在精度和稳定性上会有一些问题。
目前,瞬态热线法被广泛研究,因为理论上可以测量固体、液体和气体的导热系数,是目前国际导热系数研究领域公认的最佳测试方法。但是真正把热线法做好并不容易,需要专门的专业研究者花很长时间去研究。如果只是按照一些国内或国际标准来制作仪器,会有很多问题。
不同的测试方法有其适用范围。比如激光法适用于1000度以上的固体,平板法适用于导热系数低的保温材料。但是要准确测量液体的导热系数并不容易,因为液体更容易发生自然对流,需要在短时间内获得导热系数,以避免自然对流的影响。
国际上规定了测试仪器实际测试精度的标准材料,如固态的硼硅玻璃(Pyrex 7740)和不锈钢(304L),液态的饱和液态甲苯。拿到仪器后,可以用这些参考资料进行测试。可以查到这些参考资料的数据,然后你就可以知道仪器的精度是不是他所宣称的那样。
如果你需要测试流体的导热系数,建议你找Xi交通大学热与流体中心热物理研究组。他们专门测量流体的导热系数,他们的技术得到国外学者的认可,在导热系数研究领域非常专业。