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真空隔热材料:稳态法导热系数准确测量难度分析<真空板导热系数表图片>

真空隔热材料:稳态法导热系数准确测量难度分析

(2)稳态法测试中的热流计法,要求样品两面温度均匀,采用热流计来测量流经样品厚度方向上的热流密度。热流计法的优点是测量样品中心区域的热流密度而不用太考虑侧向热损失,但带来的问题是这里的热流计要采用稳态防护热板法仪器进行校准,如果要测量流经真空绝热板和真空玻璃的微小热量,同样需要稳态防护热板法仪器能准确提供如此小热量的准确热流来进行热流计校准。由此可见,热流计法测量真空绝热材料的测试难题同样归结到了上述稳态护热板法无法实现的技术难题上。

(3)为了实现稳态法微小热量下导热系数的准确测量,Wessling等人[1]采用了ASTM C 1114“薄加热装置稳态热传导特性的试验方法”对真空绝热板进行了测试研究,如图1所示。ASTM C 1114方法实际上一种防护热板法的变化形式,是将双样品防护热板法装置中的主加热器和护热加热器用一个薄加热器代替,两个尺寸和性能完全相同的被测样品板把此薄加热器加持在中间,这样可以有效的降低侧向热损,并认为施加在薄加热器中的电能完成转换为热量传递给样品。Wessling等人的工作证明了薄加热器装置测量真空绝热板导热系数的有效性,但这种测试方法和装置只能适用于双样品测试,而且样品尺寸会因为真空腔体和薄加热器等因素的限制而有固定限制,不太适合作为适合各种不同规格尺寸真空绝热板和真空玻璃导热系数测试的通用型仪器设备。

图1 ASTM C 1114薄加热器真空绝热板导热系数测试系统

(4)尽管上述薄加热器改善了稳态法测试中的热损,但热损失还是实际真空绝热板和真空玻璃导热系数测量中的主要误差源,这是因为大多数真空绝热板外表面耐磨损的金属或塑料薄膜,而这些薄膜是侧向热损的主要热通道,而真空玻璃的外部玻璃也是热损的主要通道。这些热通道对于普通隔热材料而言所造成的热损可以忽略不计,但对于真空绝热板和真空玻璃测试中的微小热流,则这些热通道所带来的热损失则显着十分突出。

(5)目前稳态法测试中的一个突出难题是测试仪器很难覆盖各种规格尺寸真空绝热板和真空玻璃的导热系数测试评价,一般是采用庞大的测试设备来进行覆盖,使得测试仪器的造价十分昂贵。

2.解决方案

为了解决上述真空绝热材料导热系数测试中存在的难度,上海依阳实业有限公司采用最新独创性技术,提出了以下具体解决方案以及具体分析。

(1)测试方法还是基于稳态法,但采用的稳态热流计法,这样就无需考虑热损给准确测量带来的影响,同时还可以实现测试仪器的较低造价和灵巧尺寸。

(2)为了保证测量的准确性和快捷性,方案中所用的稳态热流计法是一种改进型方法,即护热式稳态热流计法,即在被测样品的两个表面都进行了高精度的护热,以在被测样品两个表面上形成一定面积的高精度均温区,避免被测样品表面导热对测量结果带来的影响。

(3)热流计法高精度测量绝热材料超低导热系数的核心技术是对热流计进行高精度的校准。上海依阳实业有限公司在热流计校准技术方面最近取得了突破,采用高精度量热技术,可以在测量仪器上通过量热模块以自校准方式快速和高精度的校准测量用热流计,校准精度远大于经典防护热板法测量仪器的校准精度。再结合使用高灵敏度热流计,可以实现对流经真空绝热板和真空玻璃微小热流的高精度测量。

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