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激光法测量热扩散系数原理
点击次数:767 发布时间:2014-06-27

严格来说,闪光法(因为光源可以是激光,有时候又称作激光法)并不是测量导热系数的方法,而是测量材料热扩散系数的方法.

 

热扩散系数测量原理

该方法使用激光或者疝灯脉冲均匀照射圆盘状试样的正面,照射时间在毫秒级甚至更短;通过记录样品背面的温度响应,就可以得到试样的热物性。其物理模型为,初始条件为在恒定温度下,样品正面收到一个瞬间能量脉冲的作用,是根据试样的厚度、热量从正面传递到背面所需的特征时间函数可以获得试样的热扩散系数;根据比较法获得被测样品的比热,然后根据输入的密度值,计算得到样品的导热系数。

 

比热测量原理

利用闪光法测量比热,是基于比较法测定的。用比较法测定比热容,是将已知比热容的标准样品与待测样品一起,放在多样品的闪光法热扩散仪内,在相同条件下测定标准样品和待测样品。假设标样和待测样品分别吸收到的脉冲辐射强度相同,根据能量平衡方程式就可以求得待测样品的比热容:

Q = CpB×MB×ΔTB = CpX×MX×ΔTX

B 表示标样;

X 表示被测样品;

其中,MB,MX 分别表示标样和待测样品的质量;

ΔTB,ΔTX 分别表示标样和待测样品收到激光辐照射之后的zui大温升;

 

用激光法测量比热,有一个很重要的前提是,被测样品的结构、表面特性、以及物理性质必须与参考样品非常接近,否则将容易产生误差。

 

激光法获得导热系数

在闪光法获得导热系数的应用中,对于公式

λ = α×ρ×Cp

式中,材料的热扩散系数由闪光法直接测量;

材料的体积密度由其他方法测量或计算得到;

材料的比热可以通过查找文献、其他方法测量或者同时利用闪光法方法测量得到;

 

从上可以看出,用激光法获得的导热系数的准确度,将很大程度取决于比热、密度的测量准确度。

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