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激光法測量熱擴散系數(shù)原理
點擊次數(shù):4208 更新時間:2014-06-27

嚴(yán)格來說,閃光法(因為光源可以是激光,有時候又稱作激光法)并不是測量導(dǎo)熱系數(shù)的方法,而是測量材料熱擴散系數(shù)的方法.

 

熱擴散系數(shù)測量原理

該方法使用激光或者疝燈脈沖均勻照射圓盤狀試樣的正面,照射時間在毫秒級甚至更短;通過記錄樣品背面的溫度響應(yīng),就可以得到試樣的熱物性。其物理模型為,初始條件為在恒定溫度下,樣品正面收到一個瞬間能量脈沖的作用,是根據(jù)試樣的厚度、熱量從正面?zhèn)鬟f到背面所需的特征時間函數(shù)可以獲得試樣的熱擴散系數(shù);根據(jù)比較法獲得被測樣品的比熱,然后根據(jù)輸入的密度值,計算得到樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。

 

比熱測量原理

利用閃光法測量比熱,是基于比較法測定的。用比較法測定比熱容,是將已知比熱容的標(biāo)準(zhǔn)樣品與待測樣品一起,放在多樣品的閃光法熱擴散儀內(nèi),在相同條件下測定標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測樣品。假設(shè)標(biāo)樣和待測樣品分別吸收到的脈沖輻射強度相同,根據(jù)能量平衡方程式就可以求得待測樣品的比熱容:

Q = CpB×MB×ΔTB = CpX×MX×ΔTX

B 表示標(biāo)樣;

X 表示被測樣品;

其中,MB,MX 分別表示標(biāo)樣和待測樣品的質(zhì)量;

ΔTB,ΔTX 分別表示標(biāo)樣和待測樣品收到激光輻照射之后的zui大溫升;

 

用激光法測量比熱,有一個很重要的前提是,被測樣品的結(jié)構(gòu)、表面特性、以及物理性質(zhì)必須與參考樣品非常接近,否則將容易產(chǎn)生誤差。

 

激光法獲得導(dǎo)熱系數(shù)

在閃光法獲得導(dǎo)熱系數(shù)的應(yīng)用中,對于公式

λ = α×ρ×Cp

式中,材料的熱擴散系數(shù)由閃光法直接測量;

材料的體積密度由其他方法測量或計算得到;

材料的比熱可以通過查找文獻、其他方法測量或者同時利用閃光法方法測量得到;

 

從上可以看出,用激光法獲得的導(dǎo)熱系數(shù)的準(zhǔn)確度,將很大程度取決于比熱、密度的測量準(zhǔn)確度。

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