一、概述

HAD-DRE-2C导热系数测试仪采用瞬态平面热源法，主要测量固体、粉末、胶状、向异性材料等的蓄热系数、导热系数、导温系数（热扩散系数）和比热。本仪器基于TPS瞬态平面热源，用Hot Disk作为探头的导热系数测定仪。Hot Disk法的优点有：

(1)直接测量热传播，可以节约大量的时间；

(2)和静态法一样受到接触热阻的影响；

(3)无须特别的样品制备，只需相对平整的样品表面。

二、 主要指标

1、导热系数测定范围：0.01—100W/mk。

2、测量时间：1-600秒。

3、度：优于5％

4、温度范围：标准测量：室温，可选配试样温度控制器如：-20℃～120℃，费用另计。

5、样本尺寸：大于15mm高，大于直径45mm相对平整的样品表面。

6、电源：220V，功率：200W。

三、瞬态平面热源法测量原理

瞬态平面热源法(Transient Plane Source Method，TPS)是在热线法的基础上发展起来的，该方法也被称为“Gustafsson”探头法或Hot Disk法，TPS探头可以看成由金属丝(一般采用金属镍)弯成的同心圆环，并在圆环的两面覆盖有抗腐蚀性和机械性能的聚合物保护层。在本方法中，探头是由导电金属镍经刻蚀处理后形成的连续双螺旋结构的薄片，外层为附有一层保护层，它令探头具有的机械强度，同时保持探头与样品之间的电缘性。探头通常被放存两片样品中间进行测试。探头的温升是时间的函数。探头既是温度传感器又作为加热源(自加热传感器)。然后利用对应的模型和边界条件对响应进行分析。

在测试过程中，电流通过镍丝时会产生的热量，热量会同时向探头两侧的样品进行扩散。热量在材料中扩散的速率依赖于材料的热扩散系数和导热系数等热特性。通过记录温度与探头的响应时间，材料的这些特性可以被计算出来。由于Hot Disk探头既是热源又是温度传感器，因而本方法快捷和便利，同时也相当。

其物理模型与热线法相似， Carslaw和Jaeger基于材料对一小、长热线源恒定热流的温度响应给出了热线法计算材料导热系数数学解：

     （2）

其中μ=r²/4αt，当r²/4αt << 1时，可用其前两项表示，从而得到：

              （3）

其中欧拉常数C=0.57726。对上式两端取微分可得到样品导热系数：

                           （4）

以上推导忽略了探头的尺寸和热容等影响因素，实际测量中，由于探头具有体积和热容，因此在探头开始加热时，样品温升会有个时间滞后，在对数时间—温升曲线图上表现为一非线性段，这个时间取决于探针尺寸和结构，之后进入线性段，后曲线将趋于平稳。本仪器采用用筛选数据法取线性段上的数据进行线性拟合，从而得到导热系数值。当材料的导热系数已计算出，也就能计算出热扩散系数。

比热容通过如下公式计算：

a：热扩散率，单位m²／s

λ：导热系数，单位W／(m·K)

p：密度，单位g／m³

C：比热容，单位KJ／(kg·K)

四、仪器安装调试

1、将仪器安置在平稳坚固的工作台上，连接好电源线。

2、连接好传感器线和仪器与计算机的通信线。

3、计算机系统须Microsoft XP系统，在计算机中安装Microsoft office Excel2003和Microsoft office Access2003，再安装DRH导热系数测试软件，如需打印报表还要安装打印机。

4、如计算机2个9针COM口，需配RS232转USB线或RS232板卡，并安装相应驱动。

5、打开仪器电源开关，启动计算机，运行DRE导热系数测试软件。如通信端口设置正确，自动进入测试软件主界面。否则弹出通信端口设置界面，分别选择恒流源和电压表通信端口地址，按“测试”键，如文本框中读到与仪器相对应数据，请按“停止”键。如果恒流源和电压表的数据都能读入计算机，请按“进入测试界面”键进人测试软件主界面。否则需检查通讯线路和通讯端口设置是否正确。

6、单击菜单“参数设置-探头参数”，弹出用户验证界面，输入用户名和密码（仪器用户名：xt，密码：808），进入探头参数设置界面，请输入探头参数，确认退出。

五、仪器操作

（一）、测试样品准备

1、对向同性大样本材料，样本的形状可以是圆柱形，方形或者长方形。要加工成特定的形状，只要样本与传感器的接触平面足够光滑平整。

2、样本的厚度要求与其材料的属性有关。因为TPS过程中热量的扩散与样本材料的热特性相关，须热波在热流方向在测量的时间内进入样本的厚度不大于样本自身的厚度。

3、样本尺寸选择的标准是尽可能的减少外表面对测量结果的影响。样本的大小应该满足这样的要求：从探头的双螺旋的任何部分到样本外表的任何部分的距离大于双螺旋线的平均直径。对导热系数大的材料，其试样尺寸要大。

4、样本与传感器接触的表面应当是平整、光滑的，样本应夹住Hot Disk探头的两侧表面。

5、粉状、胶状试样需多少体积上述2、3、条要求。

六、注意事项

1、仪器测试前，需进行约30分钟预热。

2、仪器附近不能有大的电干扰，试样须在环境温度相对稳定的无风环境下测试。

3、探头置于试样中后，约20分钟温度稳定期，使试样和探头温度达到一个稳定平衡状态，才能进行测试。同一试样重复测试，需30分钟以上的时间间隔。如试样在温度控制器中测试，须有充足的时间，使试样温度均匀稳定，否则影响测试结果。总之，试样和探头温度须均匀稳定后才能进行测试。

4、测试过程中，当时间对数-温升曲线出现如下状况时，可能存在的原因如下：

c、曲线后段走平，可能测试电流偏小。

七、仪器成套

1、测试主机                                 1台

2、探头                                     1个

3、通讯套件                                 1套