DTC300中文操作说明.docx

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DTC300中文操作说明

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DTC300中文操作说明（总11页）

QUICKLINE-10TM

保护热流计法导热仪

操作手册

版本

2003年6月

第一章简介

QuickLine-10热导仪可以用于测量固体材料在室温附近的导热系数。

由于QuickLine-10的操作简便、实验的样品量少与实验所需的时间短等优点，所以非常适合用于材料性质的测定与例行性的质量控制。

金属、陶瓷、塑胶、复合材料、玻璃、橡胶与石墨等材料都能够准确的得到测量。

QuickLine-10也能够量测纸或者塑胶薄膜类厚度的样品。

QuickLine-10热导仪具有多种的型号可供选择。

受测样品的截面必须固定为边长25mm的矩形，或者是直径25mm的圆形，或者是直径50mm的圆形。

可供选择的使用电源为115、230以及110伏特交流电。

请确认您所收到的仪器与您所订购的型号是否相符，本手册适用于各种使用电源，配备或者未配备冷却水源的QuickLine-10-[3]。

QuickLine-10-[3]所适用的是直径50mm的圆形试片。

第二章测量方法

ASTME1530测试标准

QuickLine-10是依照ASTME1530来测量导热系数。

其测试标准是：

以具有再现性的压力，将受测样品夹在两个不同温度、经过抛光的金属表面之间。

下半部的金属接触平面是属于热流传感器的一部分，当热流从上半部平面经过样品到下半部平面时，一个垂直的温度梯度存在于上述系统中。

通过测量样品厚度、样品两端的温度差异与热流传感器所探测的热流量，就能够测定样品的导热系数。

在热平衡时，被测样品会符合下列Fourier热流方程式：

Rs=[（Tu━Tl）/Q]━Rint

（1）

式中Rs为测样品的热阻

Tu为上面板的表面温度

Tl为下面板的温度

Q为通过样品的热流量

Rint为样品与上下面板表面的总的接触热阻

受测样品的热阻值定义如下：

Rs=d/λ

（2）

whered=samplethickness

λ=thermalconductivity

方程式

（1）是包括界面间的热阻值，因为QuickLine-10并不是直接量测受测样品本身的实际温差，而是量测和样品接触的上下金属表面间的温差。

流经受测样品的热流量是被位于样品下方的热流传感器所量测。

热流传感器是由一个两侧被高传导材料包覆中间为参考卡计所构成的元件。

热流量是由参考卡计两侧的温差来决定。

Q=N（Tl━Th）（3）

whereN=referencecalorimeterheattransfercoefficient

Tl=lowerplatesurfacetemperature

Th=heatsinktemperature

合并方程式

（2）与（3）能够获得下列与样品热阻值有关的展开式：

Rs=F[（Tu━Tl）/（Tl━Th）]━Rint

orRs=F（ΔTs/ΔTr）━Rint（4）

whereF=proportionalityconstant

ΔTs=temperaturedifferenceacrossthesample

ΔTr=temperaturedifferenceacrossthereferencecalorimeter

在实验系统的表面没有获得或逸散热流的理想情况下，参数F与参考卡计的热转移系数N互为反比。

由于QuickLine-10所设计的样品温度接近室温，所以上述理想情况的假设与QuickLine-10的情况非常接近。

QuickLine-10必须先进行校正，才能求得方程式（4）中的参数F和Rint。

方程式（4）显示Rs和（ΔTs/ΔTr）间有线性关系。

对多种已知热阻值的样品进行实验，计算这些样品

ΔT的比率，并将上述结果绘图能够获得直线关系。

线段的斜率代表F，线段在y轴的截距是━Rint。

A、B、C、D各点代表不同的校正样品。

透过仪器校正找出Rs和ΔT的比例关系时，未知物的热阻值可以透过温度的量测，计算ΔT比例，再从图的线段中获得。

为了获得正确的实验结果，未知物的热阻值必须落于校正样品的热阻值范围内。

当热阻值获得确定时，热传导系数可以从方程式

（2）求得。

虽然Rint能够在实验数据中求得，但是它对于实验的准确度仍然有影响。

其数值小，实验的准确度越高。

为了达到这个目标，必需以高度抛光的金属表面与样品接触，以具有再现性的力量夹住样品，在接触面之间涂布导热膏等方法来完成。

可以透过气动系统来制造夹住样品的压力，在不需要以很大的压力夹住样品时，可以选择以固定重量的机构来压合样品。

当受测样品为多孔状或者是样品本身形状薄、可挠曲且能够贴合在QuickLine-10的金属表面时，不建议使用导热膏。

准确度与操作范围

视样品的热阻值不同，QuickLine-10所测量的热传导系数约有3%~8%的误差。

当方程式（4）中的Rint小于Rs时，能够获得最高的准确度。

QuickLine-10所能够量测的Rs最小值为m2K/W。

为了得到最好的结果，Rs必须大于m2K/W。

在试片厚度还没有固定而且其导热系数可以估计的情况下，可以利用方程式

（2）去推算最适合的样品厚度。

Rs值的上限是受到方程式（4）所决定，QuickLine-10所能够正确测定的最小ΔT是3C。

当实验区域的整体温差（Tu━Th）固定在30C时，⏊T比率的最大值是9。

在QuickLine-10仪器中的参考卡计是用来计算方程式（4）的比例常数F，其所能够量测的Rs上限值是m2K/W。

为了量测高热阻值的样品，特制机型的QuickLine-10采用不同比例常数F的参考卡计。

这种机型可以量测的Rs值范围为~m2K/W。

校正样品

每一台QuickLine-10导热仪配备一组3种的校正样品。

可供选择的校正样品其热阻值Rs的范围为~m2K/W。

在购买仪器的时候，您可以和我们讨论未来实验可能的热阻值范围，并根据上述需求来选择适合的校正样品。

Anter公司能够提供其他的校正样品。

当购买时未有特别指定的情况下，仪器所配备的校正样品其热阻值的范围为~m2K/W。

操作压力

标准的QuickLine-10以气压装置提供测试区域压力。

如同段落所说明。

垂直的压力可以尽量降低界面间的热阻值Rint，并且让校正样品或者是未知的受测样品与仪器的接触具有再现性。

调整空气压力可以改变仪器对样品所施加的压力，范围为35~350kPa（5~50psi）。

在测试一个表面平坦的硬质样品时，以35kPa（5psi）的压力压合即足以获得良好的接触。

在某些情况下，需要以大于35kPa（5psi）的压力来进行实验，例如塑胶薄膜（参考段落。

在某些情况下，操作压力必须越小越好，以避免减少试片厚度，例如可以压缩的纸制品等。

在特殊规格的QuickLine-10，采用固定重量的机构来压合试片，可以克服上述问题。

利用放置不同重量在支撑托盘上面，可以变化操作压力，范围为5~50kPa（~7psi）。

需要极高操作压力的情况下，Anter公司所制造的QuickLine-10SX67能够提供（500psi）的操作压力。

薄膜样品测试

厚度薄的样品，例如塑胶膜、纸制品与橡胶垫等的热阻值多半低于QuickLine-10所能够正确测定的最小值。

当薄型、可挠曲的样品其热阻值Rs低于段落所提及的最小值m2K/W时，下列所提出的两种实验方法可以正确的量出其值。

将样品堆叠成数层，其量测所得的热阻值大于m2K/W时，样品的导热系数可依下列方程式计算：

λË=（n*d）/Rs（5）

wheren*d=overallthicknessofnsamplelayers

Rs=measuredthermalresistanceofnsamplelayers

堆叠样品的层数不要多于10层，以避免受测物的整体厚度难以正确量测。

在单层样品本身的热阻大于样品层与层之间的界面热阻时，这个方法才能成立。

通常形状薄、可挠曲、低热传的物质，例如塑胶膜与纸制品等，都能符合上述要求。

形状薄但是坚硬、高热传的材料，例如陶瓷类等，就不符合上述条件。

如果堆叠10层的单层样品，所测得的热阻值仍然低于m2K/W时，可以先将QuickLine-10所配备校正用的不锈钢块放置于测试槽下方模组的平面上，再将单层样品堆叠成数层的受测物置于校正用不锈钢块的上方，将上述两者一起进行量测。

校正用不锈钢块的能够提高整体热阻值，使其大于仪器所能侦测的下限值。

透过量测不锈钢块与不同层数样品的热阻值，可以将不锈钢块对热阻值的影响排除。

图显示上述数据的分析方法。

从上图可见，实验所测得的热阻值与受测物的堆叠层数有直线关系。

当受测物的堆叠层数增加时，其所增加的热阻值Rtotal只和所增加的堆叠层数有关。

直线斜率的倒数是受测物的导热系数。

为了以这种实验方法求得最好的结果，必须量测5种以上不同层数的受测物。

至于受测物适当的层数范围从1至10层，视样品的厚度与热传导系数来决定。

执行程式

QuickLine-10提供电脑的执行程式来进行数据分析。

数据分析需要输入实验所得的各项温度与样品资料（例如厚度、材料种类等）。

这个执行程式能够建立校正档案与计算导热系数。

第三章安装

将QuickLine-10热传导分析仪放置于适当环境中的工作台上。

仪器的详细结构请参考图。

若是您选购的QuickLine-10是以固定重量的模式来压合样品时，仪器上端没有圆柱型的气压机械装置，面板前端也没有气压控制开关。

在上述情况下，本手册关于仪器气压装置的讨论可以不予理会。

将空压管与仪器后方的空压连接器连接。

必须用力的将空压管推入连接器中，直到无法推入为止，才算是成功的连接。

（要移除空压管时，必须一边将连接器上的塑胶小圆环向内推，一边将空压管拉出连接器。

）仪器所使用的空气压力不能大于690kPa（100psi）。

检示仪器面板的气压计数值，必要的话，可以顺时针或者逆时针旋转调压阀来调整空气压力。

（在调压阀无法转动的情况下，可以将调压阀上的锁定环拉出解除锁定。

设定压力后，再将锁定环推入调压阀中。

）将空气压力设定在10~20psi（69~138kPa）。

将气压开关保持在MOVE的位置并且扳动UP/DOWN开关，可以控制叠合模组的升降。

调整RAMSPEEDCONTROL旋钮，可以改变加热模组升降的速度。

建议使用缓慢的移动速率，避免样品或者是仪器接触面的损害。

以自来水或者是冷却器做为仪器的冷媒，必须直接连接在仪器后方冷却槽的接头。

仪器所提供连接水管用的配管，必须牢牢的推入两个冷却槽的接头中才算是成功的连接。

（要移除连接水管用的配管时，必须一边将连接器上的塑胶小圆环向内推，一边将连接水管用的配管拉出连接器。

）冷媒出入仪器冷却槽的方向并没有限制。

以自来水为冷媒时，适当的流速大约是l/min；使用冷却器做为冷媒时，可以将温度设定在10C。

将仪器所使用的电源线插入面板后方的插座，并依照ID标签上的标记连接适当的电源。

可使用的电源如下：

QuickLine-10-[A]115VAC━50/60Hz━kVA

QuickLine-10-[B]230VAC━50/60Hz━kVA

QuickLine-10-[C]100VAC━50/60Hz━kVA

开启位于热分析仪面板后方，输入电源插座旁边的主电源开关。

检视面板前端的温度控制器按下PV/SV键来显示