和晟儀器簡述瞬態平面熱源法導熱系數測試儀測試原理

瞬態平面熱源法熱常數分析儀的核心部件就是超薄膜式探頭，如下圖2-0所示，探頭的材料是由刻蝕后的電熱金屬鎳絲，其結構是由多圈雙螺旋構成，同時做為加熱和傳感器，如下圖2-1所示。探頭用聚酰亞胺薄膜封裝，一方面可以防止電熱鎳絲被腐蝕，另一方面可以防壓保護探頭不會變形。在實驗時，探頭被緊密夾在二塊被測樣品之間，測量電路是由探頭和標準電阻串聯，給該電路提供恒定電壓，使探頭產生熱量，溫度升高引起探頭的電阻變化，根據探頭電阻的變化可以求出其近表面的溫升曲線，再依據溫升曲線對傳熱模型進行擬合，就可求出材料的導熱系數和熱擴散系數。探頭的溫度響應受被測材料的熱物性影響，若被測材料的導熱系數比較小，隔熱效果好，熱量不易被傳走，則探頭的溫升比較高；探頭與樣品材料的熱流傳遞情況如下圖2-2所示。

圖2-0 超薄膜式探頭

*，任何導體的電阻在溫度改變時都是會發生變化，如金屬的電阻總是隨溫度的升高而增大，這是因為當溫度升高時，金屬中分子熱運動加劇的結果。當導體電阻為1Ω時，溫度變化1℃，其電阻變化的數值稱為電阻溫度系數。由于可見，溫度對不同物質的電阻值均有不同的影晌。

1、電阻溫度換算公式： R2=R1*（T+t2）/（T+t1） R2 = 0.26 x （235 +（-40））/（235 + 20）=0.1988Ω ；計算值 80 。

t1-----繞組溫度

T------電阻溫度常數（銅線取235，鋁線取225）

t2-----換算溫度（75 °C或15 °C）

R1----測量電阻值

R2----換算電阻值。

2、在溫度變化范圍不大時，純金屬的電阻率隨溫度線性地增大，即ρ=ρ0（1+αt），式中ρ、ρ0分別是t℃和0℃的電阻率 ，α稱為電阻的溫度系數。多數金屬的α≈0.4%。 由于α比金屬的線膨脹顯著得多（ 溫度升高 1℃ ， 金屬長度只膨脹約0.001%） ，在考慮金屬電阻隨溫度變化時 ， 其長度 l和截面積S的變化可略，故R = R0 （1+αt），式中和分別是金屬導體在t℃和0℃的電阻。

3、電阻溫度系數表示電阻當溫度改變1度時，電阻值的相對變化，單位為ppm/℃。有負溫度系數、正溫度系數及在某一特定溫度下電阻只會發生突變的臨界溫度系數。當溫度每升高1℃時，導體電阻的增加值與原來電阻的比值，叫做電阻溫度系數，它的單位是1代，其計算公式為 α=（R2-R1）/R1（t2--t1） ；式中R1--溫度為t1時的電阻值，Ω; R2--溫度為t2時的電阻值。

為了測量探頭表面的溫升曲線，基本的方案是由測試探頭內的電熱金屬線的電阻的變化來反推出溫度變化。把測量電路簡單化，測量電路由一個標準電阻R1 和探頭串聯組成，測試采集電路如下圖 2-4 所示。 儀器工作時，給該測試電路加上恒定電壓 E，用高精度電壓信號采集系統測出標準電阻 R1 的電壓值 U1 和探頭二端的電壓 U0，根據歐姆定律可以很快算出探頭的電阻 R(t) ，也就可以得到探頭的電阻變化 ΔR 了，再根據電阻與溫升的關系可以獲得探頭表面的溫升曲線.

圖 2-4 電壓采集電路