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MP-1 专为测试固体、液体、糊状物和粉末的热导率、热扩散率、比热、热阻和界面热阻而设计，结合了多种强大的方法。
ISO 22007-2, ISO 22007-7, GB/T 32064, ASTM E3088（固体）
ASTM D7896 (液体)
ISO 22007-7:2023
ASTM D5334-22a, ASTM D5930
用于固体的瞬态平面热源（TPS）和用于液体瞬态热丝（THW）的强大组合被广泛用于精确测量绝对热导率、热扩散系数、比热和热渗透率。随着Thermtest专有的温度平台（TP）的加入，这种通用性得到了极大的扩展，该平台受到了学术和商业用户的赞赏。遵循ISO 22007-2和ASTM 7896标准，采用TPS和THW作为主要的测量方法，受到全世界的信任，发表了1000多篇论文。
* 取决于所选的测试模块。
** 温度需要外部控制装置。
方法类型 | TPS | THW | MTPS | THS | TLS |
|---|---|---|---|---|---|
材料类型 | 固体、膏体和粉末 | 液体和 PCMs | 固体、膏体和粉末 | 固体、片材 | 固体、膏体和粉末 |
测试模块 | 3-D: 各项同性, 各项异性, 平板，平板各项异性，有限尺寸，薄膜 1-D: 各项同性, 1-D 平板, 薄膜,热阻，接触热阻 整体: 比热容 | 整体 | 3-D: 各项同性, 各项异性, 平板， 1-D: 各项同性, 1-D 平板 | 各项同性, 各项异性, 平板 | 整体 |
导热系数 (W/m•K) | 0.005 ~ 2000 | 0.01 ~ 2 | 0.03~ 500 | 0.01 ~ 2 | |
热扩散系数 (mm²/sec) | 0.01 ~ 1200 | Up ~ 0.5 | 0.01 ~ 300 | Up ~ 0.5 | |
比热容(MJ/m³·K) | Up ~ 5 | Up ~ 5 | Up ~ 5 | Up ~ 5 | |
热渗透率 (W√s/m²K) | 5 ~ 60000 | N/A | 20 ~ 40000 | N/A | |
接触热阻 (m²K/W) | 自动测试 | N/A | 自动测试 | N/A | N/A |
最小样品尺寸 (mm | mL)* | 5 mm直径/边长 | 20 mL | 25 直径/边长 | N/A | |
样品厚度 (mm)* | 0.01 | N/A | 0.1 | N/A | |
最大样品尺寸 (mm) | 不限 | 不限 | 不限 | 不限 | 不限 |
测试时间 (s) | 0.25 to 2560 | 1 | 0.25 to 2560 | 0.25 to 2560 | 180 |
精度 (导热系数) | 3% | 2% | 5% | 5% | 5% |
重复性 (导热系数) | 1% | 1% | 2% | 2% | 2% |
温度范围 (°C)** | 0 ~ 300 -160 | -45 ~ 300 up to 750 / 1000 | 10 ~ 200 -40 ~ 200 -160 | -40 | 0 ~ 300 | 0 ~ 100 | -50 ~ 200 | -75 ~ 300 | -40 ~ 100 |
样品配置 | 对称 (双面) 不对称 (单面) | 整体插入 | 不对称 (单面) | 对称 (双面) 不对称 (单面) | 整体插入 |
遵循标准 | ISO 22007-2:2022, ISO 22007-7:2023, GB/T 32064-2015 ASTM E3088-25 | ASTM D7896-19 | ISO 22007-7:2023 | ASTM D5334-22a, ASTM D5930-17, IEEE 442-2017 |
专为液体和相变材料（PCM）设计的THW传感器，由一根可更换的细长加热丝（长度40毫米）组成，固定在特制的传感器和样品腔体上。该结构可对液体进行反向加压，用于测量沸点以上液体的导热系数、热扩散率和体积比热容。测量采用短时测试（1秒），以减少对不同粘度样品的对流效应影响。
专为土壤、糊状物和聚合物设计的TLS传感器由一根细加热丝和密封在钢管内的温度传感器组成。该传感器完全插入待测样品中，通过恒流电源（q）向样品提供热量，并在规定时间内记录温度上升情况。利用温度上升与调整后时间对数之间的曲线斜率（a）来计算热导率（k）。
THS传感器与TPS传感器采用相同的理论和样品配置，但具有测量复杂形状的独特能力。可获得样品的热导率、热扩散系数和体积比热容等结果。提供块体、三维各向异性及板状模块。
由于材料的特殊性，依靠参考资料来预测热导率或其与温度的关系可能导致使用的数据不准确。使用NIST（美国国家标准与技术研究所）的《Thermal Conductivity of Selected Materials》（选定材料的热导率）铝和石英的参考资料，我们可以看到热导率随温度的变化有很大的差异。由于全球材料来源的巨大差异，全面表征材料的热物理性质从未像现在这般重要。每一台MP-1都集成有强大的温度性能，可以进行全面的温度表征。
引用: Powell, R.W.，Ho, C.Y.，和Liley, P.E. (1996)，《Thermal Conductivity of Selected Materials》（选定材料的热导率）。美国华盛顿：商务部，国家标准局；由美国政府印刷局文献总监处出售。第17、99页。
MP-1数据测量软件（DAQ）从初始设计，对测试的所有方面进行智能控制。可智能地控制所有方面的测试(包含测试方法、实验参数)和时序安排。MP-1的特点之一是具有整合四个端口的切换系统，目的在于同时对多个设备和传感器进行自动化控制，以此大幅提升测试效能。
任何方法、设备和传感器的组合都可以被安排在各种条件下操作， 比如温度范围。
TPS理论认为，温度上升与时间的非线性部分（即为接触热阻）必须去除，因此固有的热物理计算是奠基在瞬态的线性区域。这可以通过手动移除数据的起始点来完成，直到达到最佳拟合。尽管这是一种合适的方法，但它确实需要有经验的使用者来降低偏差并实现所需的再现性。
传感器与样品之间的接触热阻取决于样品表面的品质。当手动去除接触热阻时，会去除少量资料点（步骤1），并重新计算以进行最佳的拟合分析。如果得到的残留平均偏差可以获得改善，可以去除更多的数据点（步骤2），并重复计算步骤。
此外，使用Thermtest独家的接触热阻分析（CA）， MP-1能够计算传感器与样品之间的接触热阻（m²K/W），自动去除相应的起始时间。除了更好地理解表面粗糙度对测量的影响，亦大幅简化了对固有的热物理性质的分析。
为了展示接触分析测量的应用，我们对四个具有不同表面粗糙度的316不锈钢样品进行了热物理性质测量。由于MP-1能够测量接触热阻，因此大幅简化了对计算窗口的选择，从而最大限度地提高了样品固有特性的再现性。根据下表，可看到随着样品表面粗糙度的增加，测得的接触热阻也随之增加。
| 表面处理 | 表面粗糙度 Ra(um) | 接触热阻 (m²K/W) |
导热率 (W/m·K) |
热扩散率 (mm²/s) |
体积比热 (MJ/m³K) |
热渗透 (W√s/m²K) |
|
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
镜面抛光 |
0.101 |
平均 |
1.00E-04 |
13.80 |
3.73 |
3.70 |
7149 |
|
%RSD |
6 |
0.1 |
0.4 |
0.3 |
0.2 |
||
|
机械加工 |
0.324 |
平均 |
1.54E-04 |
13.93 |
3.75 |
3.71 |
7194 |
|
%RSD |
1 |
0.1 |
0.3 |
0.2 |
0.1 |
||
|
400 目 |
0.516 |
平均 |
1.32E-04 |
13.84 |
3.74 |
3.71 |
7163 |
|
%RSD |
2 |
0.1 |
0.3 |
0.3 |
0.1 |
||
|
80 目 |
2.78 |
平均 |
2.41E-04 |
13.85 |
3.73 |
3.71 |
7171 |
|
%RSD |
1 |
0.02 |
0.2 |
0.2 |
0.1 |
该传感器（双面）的标准操作是将其夹在两块相同的样品之间；若扩展到单面传感器，仅需一块样品。
新型专利传感器（TPS垂直带状传感器）的设计是一个近乎完美的圆，更符合理想的TPS理论。当使用较小的传感器半径进行测试时，这种优化设计减少了分析时所需的修正，同时降低了测量不确定性。当对小直径TPS传感器之间的修正半径进行比较时，TPS垂直带状传感器(2mm,1.30%)比相同半径的TPS双螺旋传感器(2mm, 5.75%)需要的修正更小。随着TPS传感器半径的增加，这种优势会随之减少。
| 半径 (mm) | 修正半径 (mm) | %差异率 | |
|---|---|---|---|
|
TPS垂直带状传感器 |
2 |
2.026 |
1.30 |
|
3.2 |
3.201 |
0.03 |
|
|
6.4 |
6.405 |
0.08 |
|
|
TPS双螺旋传感器 |
2 |
2.115 |
5.75 |
|
3.2 |
3.28 |
2.50 |
|
|
6.4 |
6.591 |
2.98 |
|
|
9.9 |
10.11 |
2.12 |
Thermtest提供多样测试模块可供选择，根据其测试原理分为3D（3维）模块和1D（1维）模块
精准测量比热值，并提供多种置具尺寸，以提高异质材料的准确性
用于在环境压力下测量复合材料中的液体、糊剂和小颗粒粉末的 THW 传感器
用于液体、糊剂和细颗粒粉末的THW传感器是不锈钢结构，有密封的液体置具，允许施加背压在超过沸点的情况下进行测试
用于液体、糊剂和细颗粒粉末的THW传感器是不锈钢结构，有密封的液体置具，允许施加背压在超过沸点的情况下进行测试
低温THW传感器用于低温条件下的液体、糊剂和 细颗粒粉末。
THW观察样品单元用于液体、粉末和糊剂测试。该单元带有方便的玻璃端口，用于观察样品的变化情况。典型的应用是相分离、沸腾或颗粒沉降等等。
THW测试单元带有螺旋式压缩系统，用于改变粉末样品的密度，同时确保粉末与THW金属丝保持接触。
以下是水和乙二醇的热物理测量结果，证明了瞬态热丝法的准确性。可以施加背压，以利在超过沸点的情况下进行测试。
使用选配的PCM置具易于特殊相变材料（PCM）的载入与测试。独特的弹簧设计允许样品膨胀和收缩，同时确保样品在测量过程中与THW金属感测线保持良好的接触。 测量异丙醇在20 °C 到 -110 °C之间的热导率、热扩散率和比热，在样品熔化过程中，出现了相变过程中预期应出现的热导率急剧的“反常”上升。
仪器型号 | ||||
导热系数 | 0.005 ~ 2000 W/m•K | 0.01 ~ 500 W/m•K | 0.03 ~ 70 W/m•K | 0.029 ~ 20 W/m•K |
其他测试属性 | 热扩散系数、比热容、热渗透率、接触热阻 | 热扩散系数、比热容、热渗透率 | 热扩散系数、比热容 | N/A |
测试时间 | 0.25 ~ 2560 s | 2 ~ 160 s | 10 ~ 160 s | 10、20 和 40 s |
样品尺寸* | 5 mm直径或边长 ~ 无限 | 10 mm直径或边长 ~ 无限 | 40 mm直径 x 5 mm高度 ~ 无限 | 25 mm直径或边长~无限 |
重复性 | 1% | 2% | 2% | 2% |
精度 | 3% | 5% | 5% | 5% |
温度范围 | 0 ~ 300 °C -160 | -45 ~ 300 °C up to 750 / 1000 °C | 0 ~ 300 °C -75 ~ 300 °C | 10 ~ 80 °C | 0 ~ 80 °C |
可选传感器/方法 | THW, TLS, MTPS, THS | THW, TLS, MTPS | N/A | THW, TLS, TPS-EFF |
遵循标准 | ISO 22007-2, ISO 22007-7, GB/T 32064 | ISO 22007-2, ISO 22007-7, GB/T 32064 | N/A | N/A |
iTransient 参数自动化 | 支持 | 支持 | N/A | N/A |
单面测试 | 支持 | 支持 | MTPS (Ø 12.8 mm) | N/A | 支持 |
*取决于所选择的模块。
仪器型号 | |||
材料类型 | 液体和 PCMs | 液体和 PCMs | 液体 |
测试属性 | 整体 | 整体 | 整体 |
兼容其他方法 | TPS方法测试固体 | N/A | TPS和TLS方法测试固体 |
导热系数 | 0.01 ~ 2 W/m•K | 0.01 ~ 2 W/m•K | 0.01 ~ 1 W/m•K |
最小样品量 | 20 mL | 20 mL | 15 mL |
其他测量属性 | 热扩散系数和比热容 | 热扩散系数和比热容 | N/A |
温度范围 | 10 ~ 200 °C -40 ~ 200 °C -160 | -40 | 0 ~ 300 °C | 10 ~ 200 °C | -40~ 200 °C -160/-40/0 ~ 300 °C | 0 ~ 80 °C |
压力范围 | Up to 35 bar* | Up to 35 bar* | 常压 |
测试时间 | 1 s | 1 s | 1 s |
数据采集 | 400 点/秒 | 100 点/秒 | 60 点/秒 |
导热系数测量精度 | 2 % | 2 % | 5 % |
导热系数测量重复性 | 1 % | 1 % | 2 % |
遵循标准 | ASTM D7896-19 | ASTM D7896-19 | ASTM D7896-19 |
外部制冷装置 | No | Yes* | No | Yes* | Yes |
*取决于所选择的模块。
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