THISYS 用于测量薄片样品的热导率的仪器

THI01性能指标:
测试方法 薄片样本分析法
温度范围 -30 到 +120 °C
精度 (λref) (取决于样品) 取决于参考样本, 当H. λ 约为 4 10-3 m2K/W时,一般为 +/- 6% @ 20 °C
重复性 (λref) +/- 2% @ 20 °C
总的测量时间 3000 s (典型值)
电源需求(可开关) 15 V, 0.8 Watt (典型值)
加热器 (电阻, 直径) 50 Ω, 80mm
对样品的要求 H 最大为 6 mm
面积为 70 x 50 mm
H.λ = 1 到 5 10-3 m2K/W
样品面积 建议:70x110 mm, 最小 > 50x50 mm
温度传感器 Pt100 B 级, IEC 751:1983
校准样本的可追溯性 NPL (英国国家物理实验室)
MCU01的性能指标:
温差读出 0.5 μV @ 0 - 30 °C
Pt100 读出 +/- 0.2 °C @ 20 °C
电压输入/输出 220-110 VAC / 15 VDC
通讯 RS232
 
 


图2 THI01 几何图: 散热块(7, 9). 样品材料 (8), 充气腔 (17), 加热器(4). 加热器产生的热量首先在样品的表面流动,然后再流向散热块(14)
图 3.使用THISYS分析填充塑料的几个样本分析。图形代表的是加热开始时的信号,信号的幅度大小与热导率λ乘以厚度H的积成反比例。

THISYS是一个精确的,快速的,简单的热导率传感器,主要用在测量高热导率材料中,样本的厚度比较薄。比较典型的材料就是单片金属、合金,以及高电导率塑料和各种填充材料。对于金属材料,比较理想的厚度为0.1mm或者更薄;对于塑料材料,典型的厚度为6mm,复合材料的厚度应在两者之间。THISYS由一个薄片采样仪器 (THI01)和一个测量控制单元(MCU)组成。测量的本质是在加热过程中,测定出通过样本的一个温度梯度,主要的位置是在样本平面上。采用了一个高精度热电堆传感器设计,即THI01,该传感器可以应对非常薄的样本材料(小于0.01——6mm),而且通常情况下热导率在200 W/mK范围内。通过这种方法,就可以避免接触热阻的问题。当传统的ASTM D5470方法无法测量时,这种测量方法是一个非常好的替代方法。使用一个大的气候腔,可以用通常的温度步距来测量比较宽的温度范围,THISYS完全由PC控制,对于低热导率材料的测量,我们可以提供另一种型号的传感器THASYS。

下载有关产品说明手册

简介

测量厚度比较薄,热导率相对比较高的材料是一个传统的问题。通常情况下使用的方法是ASTM D 5470 - 01 (Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thin Thermally Conductive Solid Electrical Insulation Materials) 这种方法对接触热阻非常敏感,而且不适用于高热导率材料,THISYS为这个问题提供了一个解决方案。

图1,THISYS由一个薄片仪(THI01)(1),和一个测量控制单元(MCU)组成(2),PC通过RS-232(4,5)来控制系统,系统中不包含PC,测量结果可以自动显示在显示屏幕上;THI01的包括两个浸泡在甘油中的加热槽,在槽的顶部有一个插入样品的槽,加热器在样品的两边对样品进行加热。加热器中的一个含有热电堆传感器的热结点。通过边上的一个螺丝,将样本、加热器和散热块挤压在一起,创建了一个完美的对称设置。液体甘油可以消除接触热阻的问题。

当把样本固定在一个绝热性能非常好的腔体中,并且用一个已知的均匀的热通量加热时,THISYS本质上就是在测量通过样本从中心到边缘的温度梯度。

通过测量通量φ (由加热器功率决定),通过样本的温度差∆Tamp,样本的厚度H,就可以直接计算出相对热导率λrel:

λrel ~ φ / H ΔTamp

测量是通过和已知热导率的参照材料相比较而得出结果的。

THI01 的设计

Hukseflux的THI01的THI01使用了两个铝制“加热槽”,每个里面都包含有一个加热器,固定后放置在填充满空气的绝热腔体中,样本放在腔体中。

由此产生的温度梯度(中心到边缘)可以测量出。除了这一新的设计,创新技术的关键是使用了一个薄热电偶热电堆设计(Hukseflux独家设计),这样就可以进行一个精确的,超级灵敏的温度差∆T测量,实际的测量过程都是浸泡在甘油中。

THI01 可以测量厚度从小于0.01mm到6 mm厚的样本,样品一般为大小约为70x100mm的片状材料。

参照材料是5mm厚的Pyrex 7740,在样品平面上的热导率H.λ大约为4x10-3 m2K/W,理想的样品应该具有与此近于的H.λ值。

实际上,测量时的温度就是THI01的温度。如果需要,可以把THI01整体放入一个可以改变温度的“气候腔”中,在需要测量的温度范围内,一边调整“气候腔”的温度,一边进行测量。简单的描述,测量的由一个加热周期,和对一个由此产生的∆T的测量过程组成。THI01温度是由Pt100温度传感器来测量的,由此可以对热电堆灵敏度的温度效应进行修正。

MCU01 的设计

MCU具有测量和控制的功能,同时还可以存储数据,通过PC来操作。软件在Windows 操作系统下工作,系统中包含有软件。循环时间,样本厚度,加热面积等参数都可以在实验开始前输入,试验从屏幕开始。

校准

根据需要分析的样本,提供的多种参照样本,通常情况下是使用Pyrex 7740,Pyrex样本的热导率可以溯源至NPL,THISYS适合在ISO认证的实验室中使用。

建议使用领域

  • 高热导率片状材料
  • 金属合金
  • 高热导率的复合材料

更多信息

  • 请参阅THISYS的使用手册了解THISYS的全部性能指标。这本手册的PDF版本可以通过电子邮件免费获得。对于低热导率的材料可以使用我们的另一个型号THASYS。

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