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    DRL-Ⅲ導熱系數測試儀

    發布時間2014/2/8 10:23:06閱讀人數:633

     一、 概述

    儀器主要測試薄的熱導體、固體電絕緣材料、導熱樹脂、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熱系數。檢測材料為固態片狀,加圍框可檢測粉狀態材料及膏狀材料。

    儀器參考標準:MIL-I-49456A(絕緣片材、導熱樹脂、熱導玻纖增強);GB 5598-85(氧化鈹瓷導熱系數測定方法);ASTM-D5470(薄的熱導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,采用優化的數學模型,測量材料導熱系數和熱阻以及界面處接觸熱阻等。

    廣泛應用在大中院校,科研單位,質檢部門和生產廠的材料分析檢測。

    二、 主要參數 

    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. 導熱系數測試范圍:0.05100 W/m*k

    6. 熱阻測試范圍:0.050.000005m2*K/W

    7. 壓力測量范圍:01000N

    8. 位移測量范圍:030.00mm

    9. 測試精度:優于3

    10. 實驗方式:a、試樣不同壓力下熱阻測試。b、材料導熱系數測試。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,并實現數據打印輸出。

    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、壓力測量系統、電動加壓系統、數據測控系統、冷卻恒溫水槽、計算機系統組成。                                                       

    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,內裝內熱式加熱器,由高精度數顯溫控表控溫,提供穩定的熱極溫度。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,內有水槽,通過管導與外恒溫水槽相連,利用外恒溫水槽與冷卻器的水循環,在冷卻器中形成第二恒溫場,提供下熱極冷端穩定溫度。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字顯示儀表組成,可實時檢測試樣厚度。壓力測量系統由壓力傳感器和數字顯示儀表組成,可實時檢測試樣壓力。電動加壓系統由電機、直線減速機、電子調速器和控制電路組成,實現自動加壓和卸載。計算機系統完成數據采集、數據處理、儀器控制,實現全自動測試。

    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 ExcelMicrosoft office Access,再安裝DRL導熱系數測試軟件,如需打印報表還要安裝打印機。

       4、調節儀器的地腳螺絲,使上下測試桿同軸。

     

    五、 數據處理

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    1、樣品的直徑和高度

    2、熱極的直徑

    3、熱電偶T1T2以及T3T4之間距離

    4、上熱極平均溫度按照熱偶T1T2測定的溫度值t1t2計算:

     

     

                    t+ t2

                  ————

                      2

     

    5、樣品的平均溫度是通過測量T2T3熱電偶的溫度值t2t3計算:

     

                   t+ t3

                 ————

                     2

     

    6、按下式計算導熱系數:

     

          Acu             λcu ( t1 - t2 ) Ls

      λs = —— · ——————————————————

            As       L1 ( t2  t3 )  L2 [( t1 t2 ) + (t3  t4 )

    式中:λ—— 測定樣品的導熱系數W/m·k;

          λcu—— 銅熱極平均溫度的導熱系數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;

          t1t2—— 熱電偶12的溫度K;

          t3t4—— 熱電偶34的溫度K;

          Ls—— 樣品的長度m;

          L1—— 熱電偶12之間的距離m;

          L2—— 熱偶2和上熱端面之間的距離m;

    導熱系數用3位有效數字表示。

    7、熱流的計算應使用熱流計,計算流過熱流計的熱流公式如下:

                       (λR ·A)

    Q = ———— · [T1-T2]  

    d   

    —— 熱流 ,單位W;

    λR—— 熱量計材料的導熱;

    A—— 熱量計的面積 M2;

    T5-T—— 熱量計兩個熱電偶的溫差;

    —— 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

    d—— 高溫傳感器間距,m

    d—— 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=T———·(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

          以上只講述數據處理的基本原理,儀器實際數據處理要復雜得多。

    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,設置好所需溫度,一般設置室溫,其它溫度也可以。打開循環開關,建立儀器測試冷端第二恒溫場,再打開制冷開關,水槽進入恒溫狀態。

    3、打開儀器主機電源開關。

    4、啟動計算機。

    5、運行DRL導熱系數測試系統程序,如彈出通信端口設置窗體,說明儀器使用的通信端口與軟件設置不一致,請從下拉框中選擇與儀器對應的端口號,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。導熱硅脂接觸熱阻也可測試。

    2、裝樣:主機上手動/自動開關拔向手動位置,按“卸載”按扭,讓下測試桿下降到底(可調大電機速度),在樣品的兩個面端面涂覆導熱硅脂(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/自動開關拔到自動,調小電機上升速度。

    3、熱極溫控設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“修改設置”后再按“確認設置”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、設置開始壓力、結束壓力和測試點數,按“確認”鍵。開始壓力是自動加壓測試的壓力點,結束壓力是*后測試的壓力,測試點數是從開始壓力到結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,直至實驗完成。

    7、按“生成報告”鍵,實驗數據傳到EXCEL,可修改,編揖,另存。其操作與EXCEL相同。

    8、重復2-4-5-6-7步驟,測試其它試樣。

    (三)導熱系數測試

    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,圍框材料用導熱系數低的材料制成,如PVC等。高導熱材料取樣可小于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,如不能疊試樣檢測,導熱系數結果是沒有消除測試桿與試樣接觸熱阻影響的結果。

    2、裝樣:主機上手動/自動開關拔向手動位置,按“卸載”按扭,讓下測試桿下降到底(可調大電機速度),在樣品的兩個面端面涂覆導熱硅脂(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/自動開關拔到自動,調小電機上升速度。

    3、熱極溫控設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“修改設置”后再按“確認設置”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據,手動方式需輸入試樣厚度數據,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,直至測試完成,裝另一厚度試樣,按“繼續實驗”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,結束實驗。

    7、按“生成報告”鍵,實驗數據傳到EXCEL,可修改,編揖,另存。其操作與EXCEL相同。

    8、重復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“修改設置”后再按“確認設置”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/自動開關拔向手動位置,按“卸載”按扭,讓下測試桿下降到底(可調大電機速度),在零點接觸熱阻測試用鋁板的兩個端面涂覆導熱硅脂(此導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/自動開關拔到自動,調小電機上升速度。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,直至零點測試完成。

    4、樣品檢測:主機上手動/自動開關拔向手動位置,按“卸載”按扭,讓下測試桿下降到底(可調大電機速度),在樣品的兩個端面涂覆導熱硅脂(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/自動開關拔到自動,調小電機上升速度。

    5、輸入試樣傳熱截面積,選擇手動輸入試樣厚度數據,輸入樣品絕緣層厚度數據時,測試的導熱系數為絕緣層導熱系數;輸入樣品層厚度數據時,測試的導熱系數為樣品導熱系數,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,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,保存此次結果;按“取消”鍵,不保存此次結果。按“生成分析圖”鍵,,實驗數據傳到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4-5-6-7步驟,測試其它試樣。

    9、按“生成報告”鍵,實驗數據傳到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,沒有請手動關閉升溫程序。關閉測試主機電源開關。

    3、關閉恒溫水槽制冷開關,關閉循環開關,關閉電源開關。

    4、保護好測試頭接觸面,可經常用無水酒精清洗測試頭接觸面。

    (六)壓力和位移調零

    1、上測試頭不受力自然狀態下按“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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