导热系数测量方法-稳态法

稳态方法应用傅里叶热传导定律来测量热导率。不同稳态热流方法的问题的解决方案是将传热问题转换为一维问题，从而简化计算。对于无限的板块、无限的圆柱体或球体的模型，其计算方法会发生变化。典型的试样几何形状、测量系统的配置和热导率的大小被用来区分不同类型的热导率测量。利用热流方向、热流守恒以及具有已知热特性的辅助层，通过以下测量技术来确定测量对象的热量大小。以下是常见稳态法:

1）保护热板法（GHP）

保护热板，也称为 Poensgen 装置，是测量绝缘材料导热系数最常用和最有效的方法。试样的几何形状或试样所在的室是一块板或一个有轴向热流的圆柱体。根据被测试材料的导热性和均匀性，样品的厚度在几毫米和几分米之间。其操作的基础是在已知厚度的样品上建立一个固定的温度梯度，并控制热量从一侧流向另一侧。

热板是电加热的，冷板是珀尔帖冷却器或液体冷却的散热器。该配置是对称排列的，有保护的热板位于两侧，而加热装置则夹在两个试样或单个试样和一个辅助层之间，如下图，图中显示了这两种类型的保护热板装置。在单面系统状态下，热流通过一个试样，而主加热器的顶部作为一个绝缘护板，从而确保绝热环境。这些热量测量是由差分热电偶记录的，差分热电偶是控制平坦的电加热计量区的仪器，该计量区在所有侧边都被护罩加热器部分包围。

2）保护热流计法

这种方法类似于热板，不同之处在于它不是测量温差，而是测量通过样品的热通量。这是通过永久安装在设备中的一个或两个热流传感器实现的。

在许多情况下，热流传感器包含在一个热敏电阻上串联热电偶，例如一个薄的陶瓷或塑料板。在这种情况下，信号是一个与板上的温降成比例的热电压。在更现代的设计中，热电或珀尔帖效应模块被用作热流传感器，它们产生的电流与通过它们的热流成正比。

3）直接加热法

稳态方法的两个缺点是时间要求过长和难以确定热损失，尤其是在高温下。直接加热法可以克服这些缺点，可用于金属等导电材料。将线、管或棒等试样置于真空室中，夹在两个用液体冷却的散热器之间，并将试样加热至 300–4000 K 范围内的温度。以下4）的左侧的图描绘了直接加热法的设计示意图。

在杆的中间和杆的两端测量电压降和温度。根据直接加热法获得的这三个测量值，可以计算热导率和比电阻率k。

4）管道法

管道法利用了圆柱形试样中的径向热流的优势。一个核心加热器，即一根管子、棒子或线，被插入管状试样的中心轴。在试样的两端都有加热器。试样和加热器的组合被隔热层包围，然后是水套或液体冷却的散热器。下图右侧显示了管道法的原理图和组成部分。护端加热器可用于最大限度地减少轴向热损失，同时增加试样的长径比也能达到同样的目的。以下左图是直接加热法的示意图设计，右图是管道法的示意图设计

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