DRL-Ⅲ导热系数测试仪

 一、 概述

本仪器主要测试薄的热导体、固体电绝缘材料、导热树脂、氧化铍瓷、氧化铝瓷等细小材料的热阻以及固体界面处的接触热阻和材料的导热系数。检测材料为固态片状，加围框可检测粉状态材料及膏状材料。

仪器参考标准：MIL-I-49456A（绝缘片材、导热树脂、热导玻纤增强）；GB 5598-85（氧化铍瓷导热系数测定方法）；ASTM-D5470（薄的热导性固体电绝缘材料传热性能的测试标准）等。

仪器特点：自动加压，自动测厚，实验全自动控制。6点温度梯度检测，提高测试精度。可检测不同压力下热阻曲线，采用优化的数学模型，测量材料导热系数和热阻以及界面处接触热阻等。

广泛应用在大中院校，科研单位，质检部门和生产厂的材料分析检测。

二、 主要参数 

1． 试样大小：Φ30mm

2． 试样厚度：0.02-20mm

3． 热极控温范围：室温-99.99℃    

4． 冷极控温范围：0-99.0℃

5． 导热系数测试范围：0.05～100 W/m*k

6． 热阻测试范围：0.05～0.000005m2*K/W

7． 压力测量范围：0～1000N

8． 位移测量范围：0～30.00mm

9． 测试精度：优于3％

10． 实验方式：a、试样不同压力下热阻测试。b、材料导热系数测试。c、接触热阻测试。d、铝基板（铜基板）热阻测试。

11． 计算机全自动测试，并实现数据打印输出。

三、测量装置简介

    仪器主要由热流测试头、试样厚度测量系统、压力测量系统、电动加压系统、数据测控系统、冷却恒温水槽、计算机系统组成。                                                       

热流测试头由加热器、连接样品的上下热极、冷却器、测量热电偶、保温套组成。加热器采用黄铜材料加工而成，内装内热式加热器，由高精度数显温控表控温，提供稳定的热极温度。上下热极由纯铜制成，表面安装有热电偶，热极的作用是传递热量和测量热量。冷却器也是黄铜材料加工而成，内有水槽，通过管导与外恒温水槽相连，利用外恒温水槽与冷却器的水循环，在冷却器中形成第二恒温场，提供下热极冷端稳定温度。测量热电偶由6支组成，分别测量上下热极表面的6个温度点，利用温度梯度计算热流量。试样测厚装置由位移传感器和数字显示仪表组成，可实时检测试样厚度。压力测量系统由压力传感器和数字显示仪表组成，可实时检测试样压力。电动加压系统由电机、直线减速机、电子调速器和控制电路组成，实现自动加压和卸载。计算机系统完成数据采集、数据处理、仪器控制，实现全自动测试。

四、仪器安装

1、连接好恒温水槽与测试主机的水管，并用管卡卡紧，在恒温水槽中加满水。

   2、连接好电脑连线，仪器与电脑通信线，所有电源连线。

   3、在计算机中安装Microsoft office Excel和Microsoft office Access，再安装DRL导热系数测试软件，如需打印报表还要安装打印机。

   4、调节仪器的地脚螺丝，使上下测试杆同轴。

五、 数据处理

1、样品的直径和高度

2、热极的直径

3、热电偶T1和T2以及T3和T4之间距离

4、上热极平均温度按照热偶T1和T2测定的温度值t1和t2计算：

                t1 + t2

              ————

                  2

5、样品的平均温度是通过测量T2和T3热电偶的温度值t2和t3计算：

               t2 + t3

             ————

                 2

6、按下式计算导热系数：

      Acu             λcu （ t1 - t2 ） Ls

  λs = —— · ——————————————————

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

式中：λs —— 测定样品的导热系数W/m·k；

      λcu—— 铜热极平均温度的导热系数W/m·k；

      Acu—— 垂直于热流方向的热极截面积m2；

      As —— 垂直于热流方向的样品截面积m2；

      t1和t2—— 热电偶1和2的温度K；

      t3和t4—— 热电偶3和4的温度K；

      Ls—— 样品的长度m；

      L1—— 热电偶1和2之间的距离m；

      L2—— 热偶2和上热端面之间的距离m；

导热系数用3位有效数字表示。

7、热流的计算应使用热流计，计算流过热流计的热流公式如下：

                   （λR ·A）

Q = ———— · [T1-T2]  

d   

Q —— 热流 ，单位W；

λR—— 热量计材料的导热；

A—— 热量计的面积 M2；

T5-T6 —— 热量计两个热电偶的温差；

d —— 热量计两温差电偶的距离；

8、与试样相接触的高测量块的温度计算公式：

dB

TA= T2 -  ———·（T1-T2）

                         dA

TA  —— 与试样相接触的高测量块的温度，K

T1  —— 高测量块的较高温度,K

T2  —— 高测量块的较低温度,K

dA —— 高温传感器间距,m

dB —— 低位传感器到高测量块低表面的距离 ,m

9、与试样相接触的低测量块的温度计算公式

                        dD

              TD=T3 + ———·（T3-T4）

                        dC

TD—— 与试样接触的低测量块的温度 ,k

T3—— 低位测量块的高温,k

T4—— 低位测量块的低温,k

dC—— 温度传感器之间的距离,m

dD—— 高温传感器到低测量块的高表面之间的距离,m

10、热阻的计算

                  A

              R = （TA-TD） ·——

                            Q

     R —— 热阻,km2/w

     TA—— 试样热面温度，k

     TD—— 试样冷面温度，k

     A—— 试样截面积，m2

     Q—— 热流，w

      以上只讲述数据处理的基本原理，仪器实际数据处理要复杂得多。

六、测试步骤

（一）实验前准备

1、在保温桶中加入3/4的冰和1/4的水，组成冰水混和物，然后把热电偶的冷端插入冰水混和物中。

2、打开恒温水槽电源开关，设置好所需温度，一般设置室温，其它温度也可以。打开循环开关，建立仪器测试冷端第二恒温场，再打开制冷开关，水槽进入恒温状态。

3、打开仪器主机电源开关。

4、启动计算机。

5、运行DRL导热系数测试系统程序，如弹出通信端口设置窗体，说明仪器使用的通信端口与软件设置不一致，请从下拉框中选择与仪器对应的端口号，然后接“确认”键，进入实验选择窗体。

6、点击所需实验方式，进入相应实验界面。

（二）热阻测试

1、制样：样品直径一般等于30mm，高小于10mm。软试样测试时，可在试样外加围框，如图所示，防止加压后试样变形不能代表试样实际使用情况。导热硅脂接触热阻也可测试。

2、装样：主机上手动/自动开关拔向手动位置，按“卸载”按扭，让下测试杆下降到底（可调大电机速度），在样品的两个面端面涂覆导热硅脂（如热接触好的试样不需要涂），将样品放置在下热极上，然后按“加载”按扭，使下测试杆上升，离接触上测试杆1mm位置按“停止”键停止上升，把手动/自动开关拔到自动，调小电机上升速度。

3、热极温控设置温度中输入热极温度值，一般高于恒温水槽30-40℃，按“确认设置”键，观察程控温度是否与实测温度相同，如不相同按“修改设置”后再按“确认设置”键。按“加热启动”键，观察热极温控表下显示框跳动的“stop”是否消失，如没有按“加热停止”后再按“加热启动”键。

4、输入试样传热截面积，按“确认”键。

5、设置开始压力、结束压力和测试点数，按“确认”键。开始压力是自动加压测试的压力点，结束压力是*后测试的压力，测试点数是从开始压力到结束压力测试几个压力点。

6、按“自动测试”键，仪器进入加压-测试-加压-测试自动状态，直至实验完成。

7、按“生成报告”键，实验数据传到EXCEL，可修改，编揖，另存。其操作与EXCEL相同。

8、重复2-4-5-6-7步骤，测试其它试样。

（三）导热系数测试

1、制样：样品直径一般等于30mm，高小于10mm。如果是很薄的试样，采用多层叠加的办法。粉状或胶状试样用如图所示围框测试，围框材料用导热系数低的材料制成，如PVC等。高导热材料取样可小于30mm直径，高可到30mm，外表需用保温材料保温。试样数量是两个或两个以上相同直径不同厚度。如只一种厚度，可叠试样检测，误差与试样特性有关，如不能叠试样检测，导热系数结果是没有消除测试杆与试样接触热阻影响的结果。

2、装样：主机上手动/自动开关拔向手动位置，按“卸载”按扭，让下测试杆下降到底（可调大电机速度），在样品的两个面端面涂覆导热硅脂（如热接触好的试样不需要涂），将样品放置在下热极上，然后按“加载”按扭，使下测试杆上升，离接触上测试杆1mm位置按“停止”键停止上升，把手动/自动开关拔到自动，调小电机上升速度。

3、热极温控设置温度中输入热极温度值，一般高于恒温水槽30-40℃，按“确认设置”键，观察程控温度是否与实测温度相同，如不相同按“修改设置”后再按“确认设置”键。按“加热启动”键，观察热极温控表下显示框跳动的“stop”是否消失，如没有按“加热停止”后再按“加热启动”键。

4、输入试样传热截面积，选择自动测厚或手动输入试样厚度数据，手动方式需输入试样厚度数据，按“确认”键。

5、选择自动加压或手动加压方式，自动加压方式需输入加压值，按“确认”键。

6、按“开始实验”键，仪器进入自动测试状态，直至测试完成，装另一厚度试样，按“继续实验”键，仪器进入第二厚度自动测试，完成后，可再测第三厚度试样，按“完成实验”键，结束实验。

7、按“生成报告”键，实验数据传到EXCEL，可修改，编揖，另存。其操作与EXCEL相同。

8、重复2-4-5-6-7步骤，测试其它试样。

（四）铝基板的热阻测试

1、制样：按直径30mm制取试样，再制取一块直径30mm铝基板中的铝板，作为零点接触热阻测试用。

2、热极温控设置温度中输入热极温度值，一般高于恒温水槽30-40℃，按“确认设置”键，观察程控温度是否与实测温度相同，如不相同按“修改设置”后再按“确认设置”键。按“加热启动”键，观察热极温控表下显示框跳动的“stop”是否消失，如没有按“加热停止”后再按“加热启动”键。

3、零点测试：主机上手动/自动开关拔向手动位置，按“卸载”按扭，让下测试杆下降到底（可调大电机速度），在零点接触热阻测试用铝板的两个端面涂覆导热硅脂（此导热硅脂必须与测试样品时相同），将铝板放置在下热极上，然后按“加载”按扭，使下测试杆上升，离接触上测试杆1mm位置按“停止”键停止上升，把手动/自动开关拔到自动，调小电机上升速度。选择自动加压方式，输入加压值（如200N，此压力必须与试样测试压力相同），按“确认”键，再按“零点测试”键，仪器进入零点测试状态，直至零点测试完成。

4、样品检测：主机上手动/自动开关拔向手动位置，按“卸载”按扭，让下测试杆下降到底（可调大电机速度），在样品的两个端面涂覆导热硅脂（必须与零点测试所用相同），将样品放置在下热极上，然后按“加载”按扭，使下测试杆上升，离接触上测试杆1mm位置按“停止”键停止上升，把手动/自动开关拔到自动，调小电机上升速度。

5、输入试样传热截面积，选择手动输入试样厚度数据，输入样品绝缘层厚度数据时，测试的导热系数为绝缘层导热系数；输入样品层厚度数据时，测试的导热系数为样品导热系数，按“确认”键。

6、选择自动加压方式，输入加压值（此压力值必须与零点测试相同），按“确认”键。

7、按“开始实验”键，仪器进入自动测试状态，直至测试完成。弹出“输入样品名称”窗体时，输入样品名称后按“确认”键，保存此次结果；按“取消”键，不保存此次结果。按“生成分析图”键，，实验数据传到EXCEL，生成热阻分析图，可修改，编揖，另存。其操作与EXCEL相同。

8、重复4-5-6-7步骤，测试其它试样。

9、按“生成报告”键，实验数据传到EXCEL，可修改，编揖，另存。其操作与EXCEL相同。

10、铝基板测试时，一定要注意样品两端面是否有氧化现象，如有时一定去除氧化，否测试误差变大。

（五）实验后的工作

1、停止加热，退出程序。

2、观察热极温控表下显示框是否有“stop”跳动，没有请手动关闭升温程序。关闭测试主机电源开关。

3、关闭恒温水槽制冷开关，关闭循环开关，关闭电源开关。

4、保护好测试头接触面，可经常用无水酒精清洗测试头接触面。

（六）压力和位移调零

1、上测试头不受力自然状态下按“压力清零”键，完成清零。

2、上下测试头耦合并加点压力，按“位移清零”键，清零。