一、 概述 本儀器主要測試薄的熱導(dǎo)體、固體電絕緣材料、導(dǎo)熱樹脂、氧化鈹瓷、氧化鋁瓷等細小材料的熱阻以及固體界面處的接觸熱阻和材料的導(dǎo)熱系數(shù)。檢測材料為固態(tài)片狀，加圍框可檢測粉狀態(tài)材料及膏狀材料。 儀器參考標準：MIL-I-49456A（絕緣片材、導(dǎo)熱樹脂、熱導(dǎo)玻纖增強）；GB 5598-85（氧化鈹瓷導(dǎo)熱系數(shù)測定方法）；ASTM-D5470（薄的熱導(dǎo)性固體電絕緣材料傳熱性能的測試標準）等。 儀器特點：自動加壓，自動測厚，實驗全自動控制。6點溫度梯度檢測，提高測試精度�？蓹z測不同壓力下熱阻曲線，采用優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，測量材料導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻以及界面處接觸熱阻等。 廣泛應(yīng)用在大中院校，科研單位，質(zhì)檢部門和生產(chǎn)廠的材料分析檢測。 二、 主要參數(shù) 1． 試樣大�。�Φ30mm 2． 試樣厚度：0.02-20mm 3． 熱極控溫范圍：室溫-99.99℃ 4． 冷極控溫范圍：0-99.0℃ 5． 導(dǎo)熱系數(shù)測試范圍：0.05～100 W/m*k 6． 熱阻測試范圍：0.05～0.000005m2*K/W 7． 壓力測量范圍：0～1000N 8． 位移測量范圍：0～30.00mm 9． 測試精度：優(yōu)于3％ 10． 實驗方式：a、試樣不同壓力下熱阻測試。b、材料導(dǎo)熱系數(shù)測試。c、接觸熱阻測試。d、鋁基板（銅基板）熱阻測試。 11． 計算機全自動測試，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)打印輸出。 三、測量裝置簡介 儀器主要由熱流測試頭、試樣厚度測量系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、電動加壓系統(tǒng)、數(shù)據(jù)測控系統(tǒng)、冷卻恒溫水槽、計算機系統(tǒng)組成。 熱流測試頭由加熱器、連接樣品的上下熱極、冷卻器、測量熱電偶、保溫套組成。加熱器采用黃銅材料加工而成，內(nèi)裝內(nèi)熱式加熱器，由高精度數(shù)顯溫控表控溫，提供穩(wěn)定的熱極溫度。上下熱極由純銅制成，表面安裝有熱電偶，熱極的作用是傳遞熱量和測量熱量。冷卻器也是黃銅材料加工而成，內(nèi)有水槽，通過管導(dǎo)與外恒溫水槽相連，利用外恒溫水槽與冷卻器的水循環(huán)，在冷卻器中形成第二恒溫場，提供下熱極冷端穩(wěn)定溫度。測量熱電偶由6支組成，分別測量上下熱極表面的6個溫度點，利用溫度梯度計算熱流量。試樣測厚裝置由位移傳感器和數(shù)字顯示儀表組成，可實時檢測試樣厚度。壓力測量系統(tǒng)由壓力傳感器和數(shù)字顯示儀表組成，可實時檢測試樣壓力。電動加壓系統(tǒng)由電機、直線減速機、電子調(diào)速器和控制電路組成，實現(xiàn)自動加壓和卸載。計算機系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、儀器控制，實現(xiàn)全自動測試。 四、儀器安裝 1、連接好恒溫水槽與測試主機的水管，并用管卡卡緊，在恒溫水槽中加滿水。 2、連接好電腦連線，儀器與電腦通信線，所有電源連線。 3、在計算機中安裝Microsoft office Excel和Microsoft office Access，再安裝DRL導(dǎo)熱系數(shù)測試軟件，如需打印報表還要安裝打印機。 4、調(diào)節(jié)儀器的地腳螺絲，使上下測試桿同軸。 五、 數(shù)據(jù)處理 1、樣品的直徑和高度 2、熱極的直徑 3、熱電偶T1和T2以及T3和T4之間距離 4、上熱極平均溫度按照熱偶T1和T2測定的溫度值t1和t2計算： t1 + t2 ———— 2 5、樣品的平均溫度是通過測量T2和T3熱電偶的溫度值t2和t3計算： t2 + t3 ———— 2 6、按下式計算導(dǎo)熱系數(shù)： Acu λcu （ t1 - t2 ） Ls λs = —— · —————————————————— As L1 （ t2 – t3 ） – L2 ［（ t1 –t2 ） + （t3 – t4 ）］ 式中：λs —— 測定樣品的導(dǎo)熱系數(shù)W/m·k； λcu—— 銅熱極平均溫度的導(dǎo)熱系數(shù)W/m·k； Acu—— 垂直于熱流方向的熱極截面積m2； As —— 垂直于熱流方向的樣品截面積m2； t1和t2—— 熱電偶1和2的溫度K； t3和t4—— 熱電偶3和4的溫度K； Ls—— 樣品的長度m； L1—— 熱電偶1和2之間的距離m； L2—— 熱偶2和上熱端面之間的距離m； 導(dǎo)熱系數(shù)用3位有效數(shù)字表示。 7、熱流的計算應(yīng)使用熱流計，計算流過熱流計的熱流公式如下： （λR ·A） Q = ———— · [T1-T2] d Q —— 熱流 ，單位W； λR—— 熱量計材料的導(dǎo)熱； A—— 熱量計的面積 M2； T5-T6 —— 熱量計兩個熱電偶的溫差； d —— 熱量計兩溫差電偶的距離； 8、與試樣相接觸的高測量塊的溫度計算公式： dB TA= T2 - ———·（T1-T2） dA TA —— 與試樣相接觸的高測量塊的溫度，K T1 —— 高測量塊的較高溫度,K T2 —— 高測量塊的較低溫度,K dA —— 高溫傳感器間距,m dB —— 低位傳感器到高測量塊低表面的距離 ,m 9、與試樣相接觸的低測量塊的溫度計算公式 dD TD=T3 + ———·（T3-T4） dC TD—— 與試樣接觸的低測量塊的溫度 ,k T3—— 低位測量塊的高溫,k T4—— 低位測量塊的低溫,k dC—— 溫度傳感器之間的距離,m dD—— 高溫傳感器到低測量塊的高表面之間的距離,m 10、熱阻的計算 A R = （TA-TD） ·—— Q R —— 熱阻,km2/w TA—— 試樣熱面溫度，k TD—— 試樣冷面溫度，k A—— 試樣截面積，m2 Q—— 熱流，w 以上只講述數(shù)據(jù)處理的基本原理，儀器實際數(shù)據(jù)處理要復(fù)雜得多。 六、測試步驟 （一）實驗前準備 1、在保溫桶中加入3/4的冰和1/4的水，組成冰水混和物，然后把熱電偶的冷端插入冰水混和物中。 2、打開恒溫水槽電源開關(guān)，設(shè)置好所需溫度，一般設(shè)置室溫，其它溫度也可以。打開循環(huán)開關(guān)，建立儀器測試冷端第二恒溫場，再打開制冷開關(guān)，水槽進入恒溫狀態(tài)。 3、打開儀器主機電源開關(guān)。 4、啟動計算機。 5、運行DRL導(dǎo)熱系數(shù)測試系統(tǒng)程序，如彈出通信端口設(shè)置窗體，說明儀器使用的通信端口與軟件設(shè)置不一致，請從下拉框中選擇與儀器對應(yīng)的端口號，然后接“確認”鍵，進入實驗選擇窗體。 6、點擊所需實驗方式，進入相應(yīng)實驗界面。 （二）熱阻測試 1、制樣：樣品直徑一般等于30mm，高小于10mm。軟試樣測試時，可在試樣外加圍框，如圖所示，防止加壓后試樣變形不能代表試樣實際使用情況。導(dǎo)熱硅脂接觸熱阻也可測試。 2、裝樣：主機上手動/自動開關(guān)拔向手動位置，按“卸載”按扭，讓下測試桿下降到底（可調(diào)大電機速度），在樣品的兩個面端面涂覆導(dǎo)熱硅脂（如熱接觸好的試樣不需要涂），將樣品放置在下熱極上，然后按“加載”按扭，使下測試桿上升，離接觸上測試桿1mm位置按“停止”鍵停止上升，把手動/自動開關(guān)拔到自動，調(diào)小電機上升速度。 3、熱極溫控設(shè)置溫度中輸入熱極溫度值，一般高于恒溫水槽30-40℃，按“確認設(shè)置”鍵，觀察程控溫度是否與實測溫度相同，如不相同按“修改設(shè)置”后再按“確認設(shè)置”鍵。按“加熱啟動”鍵，觀察熱極溫控表下顯示框跳動的“stop”是否消失，如沒有按“加熱停止”后再按“加熱啟動”鍵。 4、輸入試樣傳熱截面積，按“確認”鍵。 5、設(shè)置開始壓力、結(jié)束壓力和測試點數(shù)，按“確認”鍵。開始壓力是自動加壓測試的壓力點，結(jié)束壓力是*后測試的壓力，測試點數(shù)是從開始壓力到結(jié)束壓力測試幾個壓力點。 6、按“自動測試”鍵，儀器進入加壓-測試-加壓-測試自動狀態(tài)，直至實驗完成。 7、按“生成報告”鍵，實驗數(shù)據(jù)傳到EXCEL，可修改，編揖，另存。其操作與EXCEL相同。 8、重復(fù)2-4-5-6-7步驟，測試其它試樣。 （三）導(dǎo)熱系數(shù)測試 1、制樣：樣品直徑一般等于30mm，高小于10mm。如果是很薄的試樣，采用多層疊加的辦法。粉狀或膠狀試樣用如圖所示圍框測試，圍框材料用導(dǎo)熱系數(shù)低的材料制成，如PVC等。高導(dǎo)熱材料取樣可小于30mm直徑，高可到30mm，外表需用保溫材料保溫。試樣數(shù)量是兩個或兩個以上相同直徑不同厚度。如只一種厚度，可疊試樣檢測，誤差與試樣特性有關(guān)，如不能疊試樣檢測，導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)果是沒有消除測試桿與試樣接觸熱阻影響的結(jié)果。 2、裝樣：主機上手動/自動開關(guān)拔向手動位置，按“卸載”按扭，讓下測試桿下降到底（可調(diào)大電機速度），在樣品的兩個面端面涂覆導(dǎo)熱硅脂（如熱接觸好的試樣不需要涂），將樣品放置在下熱極上，然后按“加載”按扭，使下測試桿上升，離接觸上測試桿1mm位置按“停止”鍵停止上升，把手動/自動開關(guān)拔到自動，調(diào)小電機上升速度。 3、熱極溫控設(shè)置溫度中輸入熱極溫度值，一般高于恒溫水槽30-40℃，按“確認設(shè)置”鍵，觀察程控溫度是否與實測溫度相同，如不相同按“修改設(shè)置”后再按“確認設(shè)置”鍵。按“加熱啟動”鍵，觀察熱極溫控表下顯示框跳動的“stop”是否消失，如沒有按“加熱停止”后再按“加熱啟動”鍵。 4、輸入試樣傳熱截面積，選擇自動測厚或手動輸入試樣厚度數(shù)據(jù)，手動方式需輸入試樣厚度數(shù)據(jù)，按“確認”鍵。 5、選擇自動加壓或手動加壓方式，自動加壓方式需輸入加壓值，按“確認”鍵。 6、按“開始實驗”鍵，儀器進入自動測試狀態(tài)，直至測試完成，裝另一厚度試樣，按“繼續(xù)實驗”鍵，儀器進入第二厚度自動測試，完成后，可再測第三厚度試樣，按“完成實驗”鍵，結(jié)束實驗。 7、按“生成報告”鍵，實驗數(shù)據(jù)傳到EXCEL，可修改，編揖，另存。其操作與EXCEL相同。 8、重復(fù)2-4-5-6-7步驟，測試其它試樣。 （四）鋁基板的熱阻測試 1、制樣：按直徑30mm制取試樣，再制取一塊直徑30mm鋁基板中的鋁板，作為零點接觸熱阻測試用。 2、熱極溫控設(shè)置溫度中輸入熱極溫度值，一般高于恒溫水槽30-40℃，按“確認設(shè)置”鍵，觀察程控溫度是否與實測溫度相同，如不相同按“修改設(shè)置”后再按“確認設(shè)置”鍵。按“加熱啟動”鍵，觀察熱極溫控表下顯示框跳動的“stop”是否消失，如沒有按“加熱停止”后再按“加熱啟動”鍵。 3、零點測試：主機上手動/自動開關(guān)拔向手動位置，按“卸載”按扭，讓下測試桿下降到底（可調(diào)大電機速度），在零點接觸熱阻測試用鋁板的兩個端面涂覆導(dǎo)熱硅脂（此導(dǎo)熱硅脂必須與測試樣品時相同），將鋁板放置在下熱極上，然后按“加載”按扭，使下測試桿上升，離接觸上測試桿1mm位置按“停止”鍵停止上升，把手動/自動開關(guān)拔到自動，調(diào)小電機上升速度。選擇自動加壓方式，輸入加壓值（如200N，此壓力必須與試樣測試壓力相同），按“確認”鍵，再按“零點測試”鍵，儀器進入零點測試狀態(tài)，直至零點測試完成。 4、樣品檢測：主機上手動/自動開關(guān)拔向手動位置，按“卸載”按扭，讓下測試桿下降到底（可調(diào)大電機速度），在樣品的兩個端面涂覆導(dǎo)熱硅脂（必須與零點測試所用相同），將樣品放置在下熱極上，然后按“加載”按扭，使下測試桿上升，離接觸上測試桿1mm位置按“停止”鍵停止上升，把手動/自動開關(guān)拔到自動，調(diào)小電機上升速度。 5、輸入試樣傳熱截面積，選擇手動輸入試樣厚度數(shù)據(jù)，輸入樣品絕緣層厚度數(shù)據(jù)時，測試的導(dǎo)熱系數(shù)為絕緣層導(dǎo)熱系數(shù)；輸入樣品層厚度數(shù)據(jù)時，測試的導(dǎo)熱系數(shù)為樣品導(dǎo)熱系數(shù)，按“確認”鍵。 6、選擇自動加壓方式，輸入加壓值（此壓力值必須與零點測試相同），按“確認”鍵。 7、按“開始實驗”鍵，儀器進入自動測試狀態(tài)，直至測試完成。彈出“輸入樣品名稱”窗體時，輸入樣品名稱后按“確認”鍵，保存此次結(jié)果；按“取消”鍵，不保存此次結(jié)果。按“生成分析圖”鍵，，實驗數(shù)據(jù)傳到EXCEL，生成熱阻分析圖，可修改，編揖，另存。其操作與EXCEL相同。 8、重復(fù)4-5-6-7步驟，測試其它試樣。 9、按“生成報告”鍵，實驗數(shù)據(jù)傳到EXCEL，可修改，編揖，另存。其操作與EXCEL相同。 10、鋁基板測試時，一定要注意樣品兩端面是否有氧化現(xiàn)象，如有時一定去除氧化，否測試誤差變大。 （五）實驗后的工作 1、停止加熱，退出程序。 2、觀察熱極溫控表下顯示框是否有“stop”跳動，沒有請手動關(guān)閉升溫程序。關(guān)閉測試主機電源開關(guān)。 3、關(guān)閉恒溫水槽制冷開關(guān)，關(guān)閉循環(huán)開關(guān)，關(guān)閉電源開關(guān)。 4、保護好測試頭接觸面，可經(jīng)常用無水酒精清洗測試頭接觸面。 （六）壓力和位移調(diào)零 1、上測試頭不受力自然狀態(tài)下按“壓力清零”鍵，完成清零。 2、上下測試頭耦合并加點壓力，按“位移清零”鍵，清零。 |
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