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激光導熱儀的工作原理和應用范圍
工作原理:激光導熱儀由激光源在瞬間發(fā)射一束激光脈沖,,均勻照射在樣品下表面;使其表層吸收光能后溫度瞬時升高,,并作為熱端將能量以一維熱傳導方式向冷端(上表面)傳播,。使用紅外檢測器連續(xù)測量上表面中心部位的相應溫升過程,得到類似于右下圖的溫度(檢測器信號)升高和時間的關系曲線),。
應用計算機軟件的數(shù)學模型對理論曲線和試驗溫度上升曲線進行計算修正,,從而測出樣品的熱擴散系數(shù),再測出比熱已知的標樣的熱擴散系數(shù),,利用數(shù)學模型計算出樣品的比熱,,系統(tǒng)根據以下公式自動計算出樣品的導熱系數(shù):
λ(T)=α(T)Cρ(T)·ρ(T)式中:λ為導熱系數(shù),W/(m K);α為熱擴散系數(shù),mm2/s;Cρ為比熱J/g/K;ρ為密度,g/cm3。
其中樣品的密度一般在室溫下測定,其隨溫度的變化可使用材料的線膨脹系數(shù)進行修正(同時修正樣品厚度隨溫度的變化),在測量溫度不太高,、樣品尺寸變化不太大的情況下也可近似認為不變,。
溫度升高和時間關系曲線應用范圍:激光閃射導熱測試方法所要求的樣品尺寸小,測量速度快,,精度高,;能夠覆蓋<0.1-2000W/m*K(從較低導熱系數(shù)的聚合物,到超高導熱的金剛石)的寬廣的導熱系數(shù)測量范圍,,測量溫度范圍寬,,樣品適應面廣;不僅能測量普通固體樣品的導熱性能,,通過使用合適的夾具或樣品容器并選用合適的熱學計算模型,;還可測量諸如液體、粉末,、纖維,、薄膜、熔融金屬,、膏狀材料,、基質上的涂層、多層復合材料,、各向異性材料等特殊樣品的熱擴散系數(shù)并進而計算導熱系數(shù),。