Что такое анализатор теплопроводности?

Что такое анализатор теплопроводности?

Анализатор теплопроводности — это устройство, используемое для измерения теплопроводности материала.

Существуют различные типы, например, те, которые используют нагревательную пластину, горячую проволоку или лазер. Теплопроводность — это значение легкости передачи тепла внутри материала и одна из характеристик материала. Например, кастрюли и сковородки могут нагреваться быстрее, если теплопроводность высокая, и лучше удерживать тепло, если теплопроводность низкая.

Применение анализаторов теплопроводности

Анализаторы теплопроводности используются для оценки методов производства продукции и для разработки новых материалов и продуктов.

1. Оценка характеристик удержания тепла

Например, оценивается теплоизоляционная эффективность контейнера для хранения. Чем ниже теплопроводность, тем выше теплоизоляция и тем дольше он может сохранять тепло. Мы измеряем теплопроводность как показатель этой эффективности.

2. Разработка теплорассеивающих материалов

В последнее время теплопроводность все чаще используется при разработке теплорассеивающих материалов, поскольку теплоотдача является важным фактором в ЦП и других устройствах для предотвращения теплового разгона, вызванного выделением тепла.

Например, чем выше теплопроводность теплопроводящей смазки, используемой для улучшения рассеивания тепла, тем выше рассеивание тепла.

Принцип работы анализаторов теплопроводности

Рисунок 1. Методы стационарного и нестационарного состояния

Анализаторы теплопроводности можно в целом разделить на методы стационарного состояния и методы нестационарного состояния.

1. Метод стационарного состояния

Метод стационарного состояния напрямую измеряет теплопроводность, создавая постоянный тепловой градиент. Постоянный тепловой поток создается путем нагревания одной стороны образца и холодной другой.

Измеряя тепловой поток с помощью измерителя теплового потока или материала с известной теплопроводностью и температурой, теплопроводность можно измерить по разнице температур, создаваемой в образце. Простой принцип делает возможными точные измерения, но контроль температуры поверхности образца и рассеивание тепла в окружающую среду могут привести к ошибкам. Другим недостатком является то, что для достижения устойчивого состояния требуется много времени.

2. Переходный метод

Метод переходных процессов — это метод измерения теплопроводности путем приложения нестационарного тепла к образцу. Измеряя изменение температуры образца с течением времени после приложения тепла, можно рассчитать теплопроводность. Существует два метода приложения тепла: метод лазерной вспышки с использованием лазерного луча и метод горячей проволоки с использованием нагревательной проволоки и т. д. Метод лазерной вспышки использует лазерный луч для приложения тепла к образцу.

В методе лазерной вспышки образец нагревается с использованием лазерного луча и обнаруживается инфракрасным датчиком. Недостатком этого метода является то, что трудно обнаружить образцы со слишком низкой теплопроводностью. В методе горячей проволоки образец нагревается путем пропускания горячей проволоки внутри образца. Этот метод можно использовать для измерения без различия между твердыми веществами и жидкостями.

Другая информация об анализаторе теплопроводности

1. Отличие от прибора для измерения температуропроводности

Рисунок 2. Температуропроводность и теплопроводность

Температуропроводность обычно измеряется приборами, использующими метод лазерной вспышки, но теплопроводность нельзя измерить напрямую. Теплопроводность можно получить, умножив температуропроводность, полученную с помощью прибора для измерения лазерной вспышки, на удельную теплоемкость и плотность.

Удельная теплоемкость измеряется дифференциальным термическим анализатором (ДСК), а плотность измеряется таким методом, как метод вытеснения, известный как метод Архимеда в воде. Метод лазерной вспышки может использоваться для измерения температуропроводности широкого спектра материалов, включая резину, пластик и другие полимеры, керамику и даже металлы. С другой стороны, существуют ограничения по условиям испытаний, и измеряемые материалы являются плотными, а не пористыми.

Материал не должен иметь дефектов, таких как усадочная пористость и трещины, которые распространены в металлических материалах. Поэтому композитные или ламинированные материалы, изготовленные из волокон или гранулированных материалов, не могут быть измерены.

В дополнение к методу лазерной вспышки система измерения температуропроводности также включает метод циклического нагрева. В этом методе температурный отклик или разность фаз определяются из температурного отклика или разности фаз на определенном расстоянии при применении периодически изменяющейся тепловой энергии. Однако этот метод также не может напрямую измерять теплопроводность.

2. Быстрый измеритель теплопроводности (метод нестационарного нагрева тонкой проволоки)

Рисунок 3. Нестационарный метод нагрева тонкой проволокой

Для быстрого измерения коэффициента теплопередачи эффективен измеритель быстрого коэффициента теплопередачи, использующий нестационарный метод нагрева тонкой проволокой. Сенсорная часть состоит из нагревательной проволоки, натянутой по прямой линии, и термопары, а для повышения температуры нагрева подается постоянный ток.

Например, если образец имеет высокую теплопроводность, например, керамику, тепло быстро диффундирует в образец, и температура нагревательного провода уменьшается. И наоборот, для образца с низкой теплопроводностью температура нагревательного провода повышается, и теплопроводность можно определить по наклону графика повышения температуры в это время.

Анализатор теплопроводности может быстро и легко измерить теплопроводность однородного образца, а сам анализатор достаточно мал, чтобы его можно было носить с собой. Сам измерительный прибор компактен и портативен, что позволяет проводить измерения немедленно на месте, что является еще одним важным преимуществом. Его можно использовать для широкого спектра применений: от промышленных строительных материалов до продуктов питания и одежды.

Примеры образцов для испытаний, которые можно измерять, следующие:

• Изоляционные материалы на основе волокон и вспененного пластика и т. д.
• Пластмассы, стекло, дерево и т. д.
• Листы, оболочки, тонкие пластинчатые образцы и т. д.
• Хлебное тесто, паста, порошок и т. д.
• Огнеупорные изоляционные материалы при высоких температурах, керамика и т. д.