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和晟仪器简述瞬态平面热源法导热系数测试仪测试原理
点击次数:222 发布时间:2019-07-31

瞬态平面热源法热常数分析仪的核心部件就是超薄膜式探头,如下图2-0所示,探头的材料是由刻蚀后的电热金属镍丝,其结构是由多圈双螺旋构成,同时做为加热和传感器,如下图2-1所示。探头用聚酰亚胺薄膜封装,一方面可以防止电热镍丝被腐蚀,另一方面可以防压保护探头不会变形。在实验时,探头被紧密夹在二块被测样品之间,测量电路是由探头和标准电阻串联,给该电路提供恒定电压,使探头产生热量,温度升高引起探头的电阻变化,根据探头电阻的变化可以求出其近表面的温升曲线,再依据温升曲线对传热模型进行拟合,就可求出材料的导热系数和热扩散系数。探头的温度响应受被测材料的热物性影响,若被测材料的导热系数比较小,隔热效果好,热量不易被传走,则探头的温升比较高;探头与样品材料的热流传递情况如下图2-2所示。

图2-0 超薄膜式探头

众所周知,任何导体的电阻在温度改变时都是会发生变化,如金属的电阻总是随温度的升高而增大,这是因为当温度升高时,金属中分子热运动加剧的结果。当导体电阻为1Ω时,温度变化1℃,其电阻变化的数值称为电阻温度系数。由于可见,温度对不同物质的电阻值均有不同的影晌。

1、电阻温度换算公式: R2=R1*(T+t2)/(T+t1) R2 = 0.26 x (235 +(-40))/(235 + 20)=0.1988Ω ;计算值 80 。

t1-----绕组温度

T------电阻温度常数(铜线取235,铝线取225)

t2-----换算温度(75 °C或15 °C)

R1----测量电阻值

R2----换算电阻值。

2、在温度变化范围不大时,纯金属的电阻率随温度线性地增大,即ρ=ρ0(1+αt),式中ρ、ρ0分别是t℃和0℃的电阻率 ,α称为电阻的温度系数。多数金属的α≈0.4%。 由于α比金属的线膨胀显著得多( 温度升高 1℃ , 金属长度只膨胀约0.001%) ,在考虑金属电阻随温度变化时 , 其长度 l和截面积S的变化可略,故R = R0 (1+αt),式中和分别是金属导体在t℃和0℃的电阻。

3、电阻温度系数表示电阻当温度改变1度时,电阻值的相对变化,单位为ppm/℃。有负温度系数、正温度系数及在某一特定温度下电阻只会发生突变的临界温度系数。当温度每升高1℃时,导体电阻的增加值与原来电阻的比值,叫做电阻温度系数,它的单位是1代,其计算公式为 α=(R2-R1)/R1(t2--t1) ;式中R1--温度为t1时的电阻值,Ω; R2--温度为t2时的电阻值。

为了测量探头表面的温升曲线,基本的方案是由测试探头内的电热金属线的电阻的变化来反推出温度变化。把测量电路简单化,测量电路由一个标准电阻R1 和探头串联组成,测试采集电路如下图 2-4 所示。 仪器工作时,给该测试电路加上恒定电压 E,用高精度电压信号采集系统测出标准电阻 R1 的电压值 U1 和探头二端的电压 U0,根据欧姆定律可以很快算出探头的电阻 R(t) ,也就可以得到探头的电阻变化 ΔR 了,再根据电阻与温升的关系可以获得探头表面的温升曲线.

图 2-4 电压采集电路

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