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    文件名稱: DRL-Ⅲ導(dǎo)熱系數(shù)測試儀
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    文件大。 225
    上傳時間: 2014/2/8 10:23:06
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     一、 概述

    儀器主要測試薄的熱導(dǎo)體、固體電絕緣材料、導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)。檢測材料為固態(tài)片狀,加圍框可檢測粉狀態(tài)材料及膏狀材料。

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

    廣泛應(yīng)用在大中院校,科研單位,質(zhì)檢部門和生產(chǎn)廠的材料分析檢測。

    二、 主要參數(shù) 

    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(dǎo)熱系數(shù)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(yōu)于3

    10. 實驗方式:a、試樣不同壓力下熱阻測試。b、材料導(dǎo)熱系數(shù)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(xiàn)數(shù)據(jù)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(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、電動加壓系統(tǒng)、數(shù)據(jù)測控系統(tǒng)、冷卻恒溫水槽、計算機系統(tǒng)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(nèi)裝內(nèi)熱式加熱器,由高精度數(shù)顯溫控表控溫,提供穩(wěn)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(nèi)有水槽,通過管導(dǎo)與外恒溫水槽相連,利用外恒溫水槽與冷卻器的水循環(huán),在冷卻器中形成第二恒溫場,提供下熱極冷端穩(wěn)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(shù)字顯示儀表組成,可實時檢測試樣厚度。壓力測量系統(tǒng)由壓力傳感器和數(shù)字顯示儀表組成,可實時檢測試樣壓力。電動加壓系統(tǒng)由電機、直線減速機、電子調(diào)速器和控制電路組成,實現(xiàn)自動加壓和卸載。計算機系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、儀器控制,實現(xiàn)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(dǎo)熱系數(shù)測試軟件,如需打印報表還要安裝打印機。

       4、調(diào)節(jié)儀器的地腳螺絲,使上下測試桿同軸。

     

    五、 數(shù)據(jù)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(dǎo)熱系數(shù):

     

          Acu             λcu ( t1 - t2 ) Ls

      λs = —— · ——————————————————

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

    式中:λ—— 測定樣品的導(dǎo)熱系數(shù)W/m·k;

          λcu—— 銅熱極平均溫度的導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱系數(shù)用3位有效數(shù)字表示。

    7、熱流的計算應(yīng)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(dǎo)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(shù)據(jù)處理的基本原理,儀器實際數(shù)據(jù)處理要復(fù)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(guān),設(shè)置好所需溫度,一般設(shè)置室溫,其它溫度也可以。打開循環(huán)開關(guān),建立儀器測試冷端第二恒溫場,再打開制冷開關(guān),水槽進入恒溫狀態(tài)。

    3、打開儀器主機電源開關(guān)。

    4、啟動計算機。

    5、運行DRL導(dǎo)熱系數(shù)測試系統(tǒng)程序,如彈出通信端口設(shè)置窗體,說明儀器使用的通信端口與軟件設(shè)置不一致,請從下拉框中選擇與儀器對應(yīng)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(yīng)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(dǎo)熱硅脂接觸熱阻也可測試。

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

    3、熱極溫控設(shè)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(shè)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(shè)置”后再按“確認設(shè)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(shè)置開始壓力、結(jié)束壓力和測試點數(shù),按“確認”鍵。開始壓力是自動加壓測試的壓力點,結(jié)束壓力是*后測試的壓力,測試點數(shù)是從開始壓力到結(jié)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(tài),直至實驗完成。

    7、按“生成報告”鍵,實驗數(shù)據(jù)傳到EXCEL,可修改,編揖,另存。其操作與EXCEL相同。

    8、重復(fù)2-4-5-6-7步驟,測試其它試樣。

    (三)導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱系數(shù)低的材料制成,如PVC等。高導(dǎo)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(shù)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(guān),如不能疊試樣檢測,導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)果是沒有消除測試桿與試樣接觸熱阻影響的結(jié)果。

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

    3、熱極溫控設(shè)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(shè)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(shè)置”后再按“確認設(shè)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(shù)據(jù),手動方式需輸入試樣厚度數(shù)據(jù),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(tài),直至測試完成,裝另一厚度試樣,按“繼續(xù)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(jié)束實驗。

    7、按“生成報告”鍵,實驗數(shù)據(jù)傳到EXCEL,可修改,編揖,另存。其操作與EXCEL相同。

    8、重復(fù)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(shè)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(shè)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(shè)置”后再按“確認設(shè)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(guān)拔向手動位置,按“卸載”按扭,讓下測試桿下降到底(可調(diào)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(dǎo)熱硅脂(此導(dǎo)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(guān)拔到自動,調(diào)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(tài),直至零點測試完成。

    4、樣品檢測:主機上手動/自動開關(guān)拔向手動位置,按“卸載”按扭,讓下測試桿下降到底(可調(diào)大電機速度),在樣品的兩個端面涂覆導(dǎo)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(guān)拔到自動,調(diào)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(shù)據(jù),輸入樣品絕緣層厚度數(shù)據(jù)時,測試的導(dǎo)熱系數(shù)為絕緣層導(dǎo)熱系數(shù);輸入樣品層厚度數(shù)據(jù)時,測試的導(dǎo)熱系數(shù)為樣品導(dǎo)熱系數(shù),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(tài),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(jié)果;按“取消”鍵,不保存此次結(jié)果。按“生成分析圖”鍵,,實驗數(shù)據(jù)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(fù)4-5-6-7步驟,測試其它試樣。

    9、按“生成報告”鍵,實驗數(shù)據(jù)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(xiàn)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(guān)閉升溫程序。關(guān)閉測試主機電源開關(guān)。

    3、關(guān)閉恒溫水槽制冷開關(guān),關(guān)閉循環(huán)開關(guān),關(guān)閉電源開關(guān)。

    4、保護好測試頭接觸面,可經(jīng)常用無水酒精清洗測試頭接觸面。

    (六)壓力和位移調(diào)零

    1、上測試頭不受力自然狀態(tài)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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