瞬态法热物性测试仪

热瞬态测试原理⼀、引⾔热瞬态测试是评估电⼦设备在温度变化条件下性能表现的重要⼿段。

随着科技的不断发展，电⼦设备在各个领域的应⽤越来越⼴泛，对设备的热性能要求也越来越⾼。

因此，理解和掌握热瞬态测试原理对于提升电⼦设备性能和稳定性⾄关重要。

⼆、热瞬态测试基本原理热瞬态测试主要研究电⼦设备在温度变化下的热响应⾏为。

其基本原理基于热传导、热对流和热辐射三⼤基本传热⽅式。

当电⼦设备在⼯作过程中产⽣热量时，其内部温度会发⽣变化，这些变化会通过材料的热传导引起温度梯度。

同时，与周围环境之间的热量交换也会通过热对流和热辐射的⽅式进⾏。

三、热瞬态测试⽅法1.稳态热测试：稳态热测试主要研究电⼦设备在稳定状态下，各部分的温度分布和热流情况。

这种⽅法适⽤于确定设备的⻓期热性能。

2.瞬态热测试：瞬态热测试则主要研究设备在温度突然变化时的热响应。

这种⽅法适⽤于评估设备的热设计和冷却性能。

四、热瞬态测试的实践应⽤1.电⼦元件性能评估：通过对电⼦元件进⾏热瞬态测试，可以了解其在温度变化下的性能表现，从⽽优化元件的设计和选型。

2.设备可靠性分析：通过分析设备的热瞬态响应，可以评估其在各种⼯作环境下的可靠性，从⽽制定更为合理的维护策略。

3.冷却系统性能评估：对于需要强制冷却的设备，通过热瞬态测试可以评估其冷却系统的性能，进⽽优化冷却⽅案。

五、未来展望随着科技的进步，电⼦设备的复杂性和集成度越来越⾼，对设备的热性能要求也越来越严格。

因此，未来对于热瞬态测试的研究将更加深⼊，测试技术也将更加先进。

具体来说，以下⼏个⽅⾯值得期待：1.测试精度提升：随着测量技术的发展，未来热瞬态测试的精度有望得到进⼀步提升，为设备的性能优化提供更为准确的数据⽀持。

2.多物理场耦合分析：随着多物理场仿真技术的发展，未来热瞬态测试将进⼀步考虑多种物理场之间的耦合效应，如电场、磁场、⼒场等，从⽽更准确地模拟和预测设备的实际⼯作状态。

3.在线监测与控制：利⽤先进的传感器和信号处理技术，未来有望实现设备的实时热瞬态监测与控制，从⽽提⾼设备的运⾏稳定性和可靠性。

建筑用材料导热系数和热扩散系数瞬态平面热源测试法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：建筑用材料的导热系数和热扩散系数是评价材料隔热性能的重要参数之一，对于建筑物的保温和节能效果起着关键作用。

为了准确测定建筑材料的导热系数和热扩散系数，研究人员设计了一种全新的测试方法——瞬态平面热源测试法。

瞬态平面热源测试法是一种基于热传导原理的新型测量技术，通过在材料表面施加瞬态热源，观察材料中温度的变化情况，从而计算出材料的导热系数和热扩散系数。

相比传统的试样厚度等不同形式的热传导试验方法，瞬态平面热源测试法有以下优点：瞬态平面热源测试法采用平面热源施加在材料表面，能够模拟实际建筑中的热传导情况，更加贴近实际使用环境，提高了测试的准确性和可靠性。

瞬态平面热源测试法的测试过程简单方便，不需要复杂的试样制备过程，减少了实验中的人为误差。

测试时间较短，可以快速得到建筑材料的热传导参数，提高了研究效率。

瞬态平面热源测试法可以实现对不同材料的导热系数和热扩散系数的高精度测量。

根据瞬态热源施加后材料表面温度的变化情况，可以更加准确地计算出材料的热传导性能，为建筑设计和材料选择提供了重要参考。

瞬态平面热源测试法在建筑材料热传导性能研究中的应用广泛。

通过对不同种类及厚度的建筑材料进行瞬态平面热源测试，可以评估材料的隔热性能，指导建筑节能设计和保温材料的选择。

在新型建筑材料的研发过程中，瞬态平面热源测试法也可以用于评估材料的热传导性能，为材料的改良和优化提供科学依据。

瞬态平面热源测试法是一种有效的建筑材料导热系数和热扩散系数测量方法，具有测试准确、简便快捷、精度高等优点。

在建筑保温节能领域具有广泛的应用前景，将为建筑材料性能评估和建筑节能设计提供重要支持。

期待瞬态平面热源测试法的进一步研究和应用，为建筑行业的可持续发展做出贡献。

第二篇示例：建筑用材料的导热系数和热扩散系数是衡量建筑材料热传导性能的重要指标，它们直接影响建筑物的隔热性能和节能效果。

目前，随着电子产品行业的微型化、轻量化和高性能化，对相应材料热管理的要求也随之提升。

因此，如何迅速而准确地测试出材料的导热性能就成为该行业的研究重点。

目前，已经商业化的导热测试设备按照测试原理主要分为稳态法和瞬态法[1]- [3]。

稳态法由于达到测试所需的稳态时间较长，在离室温较远的测试条件下，不利于样品的物态保持。

与之相反，瞬态法由于其测试时间较短、精准度高，便得到了更为广泛的应用[3]- [5]。

瞬态法的基本原理是测试材料表面在瞬态或周期性热源下温度随时间的变化，主要包括激光闪点法、热带法以及平面热源法。

本文采用的瞬态平面热源法（TPS）导热系数测试仪（型号1500）为瑞士Hot Disk公司所生产，通过螺旋状的大接触面热源向试样传递热量和测试温度变化，经数学模型处理，得到待测样品的导热系数，相关偏差为5%。

一、Hot Disk导热仪测试原理Hot Disk导热仪的核心部件为由经蚀刻形成的具有连续双螺旋结构的导电金属探头。

该探头同时具备热源及温度感应的双重作用。

测试时需要选取两块表面相对平整的样品，将探头夹在其中形成类似于三明治的结构。

测试时，通过恒定输出的电流对探头进行加热，依据待测材料导热系数的差异，探头的热量传递（散失）情况可依据其随温度改变的电阻变化关系得到，进而通过热传导方程的一系列数学工具，得到待测材料的热传导系数与比热容，进而计算出其热导率。

该测试过程中，最为重要的一个前提是假设外部热流只通过导电金属探头沿待测样品的轴向进行一维传播，即不考虑传感器内部的热损耗以及扩散出样品边界的热量损失。

内部的热损耗可以通过隔热层材料的选取以及导电金属螺旋设计的优化而尽可能减少；样品边界的热量损失则显著依赖于测试条件的选取。

通常，由于测试时间较短，施加的热量较少，相对于样品的厚度，其水平方向的尺寸可以视作无限大，进而忽略该部分误差，满足ISO22007－2.2008标准和国标GB/T 32064-2015。

【⾦鉴材料分析】热阻热瞬态测试仪（T3ster）热瞬态测试仪(T3ster)⼀.T3ster及其特点热瞬态测试仪T3Ster，⽤于半导体器件的先进热特性测试仪，同时⽤于测试IC、SoC、SIP、散热器、热管等的热特性。

1.兼具 JESD51-1定义的静态测试法（Static Mode）与动态测试法（Dynamic Mode），能够实时采集器件瞬态温度响应曲线（包括升温曲线与降温曲线），其采样率⾼达 1 微秒，测试延迟时间⾼达 1 微秒，结温分辨率⾼达 0.01。

2.既能测试稳态热阻，也能测试瞬态热阻抗。

3.满⾜JEDEC最新的结壳热阻（θｊｃ）测试标准（JESD51-14）。

4.测试⽅法符合 IEC 60747系列标准。

5.满⾜ LED 的国际标准 JESD51-51，以及LED 光热⼀体化的测试标准 JESD51-52。

6.测试⽅法符合 MIL-STD-883H method 1012.1 和 MIL-750E 3100 系列的要求。

7.结构函数分析法，能够分析器件热传导路径上每层结构的热学性能（热阻和热容参数），构建器件等效热学模型。

8.可以和热仿真软件 Flotherm，FloEFD ⽆缝结合，将实际测试得到的器件热学参数导⼊仿真软件进⾏后续仿真优化。

测试LED产品的相关参数：基板温度：室温~90最⼩采样时间间隔：1µs结温测试分辨率：0.01典型电压测量分辨率：12µV⼆. T3Ster 系统及备件⼀览表序号设备名称制造商产地单位数量1热阻分析仪主机MentorGraphics匈⽛利台12恒温器MentorGraphics匈⽛利台13热电偶前置放⼤器MentorGraphics匈⽛利台14参考标定模型MentorGraphics匈⽛利台15功率放⼤器MentorGraphics匈⽛利台16热瞬态测试系统前置脉冲分频器MentorGraphics匈⽛利台17前置脉冲分频器MentorGraphics匈⽛利台18前置脉冲分频器MentorGraphics匈⽛利台19制冷盘MentorGraphics匈⽛利台110直流电源MentorGraphics匈⽛利台111加热/制冷循环器MentorGraphics匈⽛利台112软件MentorGraphics匈⽛利台1序号备件设备名称制造商产地单位数量1电源线MentorGraphics匈⽛利套42测试⼯具及专⽤⼯具MentorGraphics匈⽛利套4三. T3Ster 系统技术规格1.加热功率：0-10A/150V（电流线性可调），满⾜⼤功率⾼压LED产品测试；2.电流范围：0-10A，线性输出；3.器件电压：0-150V；4.电流准确度：0.05%；5.K系数测试电流：0-200mA（电流线性可调），与外部控温装置联动，⾃动测试K系数；6.电流范围：0-200mA，线性输出；7.器件电压：0-150V；8.电流准确度：0.05%；9.Gate控制电压：0-10V（线性可调）；10.电压范围：0-10V；11.电压准确度：0.05%；12.加热状态到测试状态切换时间：1s；13.具有循环脉冲输出功能：输出脉冲循环次数可设置⼀次到⽆数次；14.温度测试⽅法：ETM测试法（器件导通电压作为温度敏感变量），兼容三⼤测试标准：JEDEC（JESD51-1，JESD51-14，JESD51-50，JESD51-51，JESD51-52），MIL-STD-750E，IEC60747；15.瞬态热测试⽅法：提供两种测试⽅法：静态测试法（持续加热，热平衡后，冷却中连续测试）；动态测试法（脉冲加热，单点测试）；16.电压信号采样速率：1us/次；17.温度采样精度：0.0006（电压分辨率12uV模式下）；18.瞬态热测试完成后，输出的热阻热容⽹络模型，可以被热仿真软件使⽤，进⾏仿真分析；19.通过分析软件可得到内部机构函数，结构函数反映了从发热源（原点）到环境（最后直线向上部分）的热流路径上的所有热容与热阻分布。

瞬态热阻和稳态热阻测试方法瞬态热阻和稳态热阻是两种常用于热传导性能测试的方法。

瞬态热阻测试方法用于测量材料在瞬态状态下的热阻，而稳态热阻测试方法则用于测量材料在稳态状态下的热阻。

本文将详细介绍这两种测试方法的原理和操作步骤。

一、瞬态热阻测试方法瞬态热阻测试方法主要用于测量材料在瞬态条件下的热传导性能。

其原理基于温度传感器记录材料温度变化的过程，通过分析温度变化曲线可以计算出瞬态热阻。

下面是该测试方法的操作步骤：1. 准备测试样品：选择适当的材料样品，并确保其表面光洁平整，以保证热传导的准确性。

2. 安装温度传感器：将温度传感器固定在样品的表面，并确保其与样品紧密接触，以避免温度测量误差。

3. 施加热源：将热源放置在样品的一侧，以提供热量。

热源可以是恒温水槽、电热板等，根据实际需要选择合适的热源。

4. 记录温度变化：启动温度记录设备，并开始记录样品表面温度的变化。

记录时间应足够长，以确保获取到完整的温度变化曲线。

5. 数据分析：将记录到的温度数据导入计算软件中，通过分析温度变化曲线，可以计算出瞬态热阻的数值。

二、稳态热阻测试方法稳态热阻测试方法主要用于测量材料在稳态条件下的热传导性能。

其原理基于施加稳定的热流量，测量样品两侧的温度差，通过计算可以得到稳态热阻。

下面是该测试方法的操作步骤：1. 准备测试样品：选择适当的材料样品，并确保其尺寸和形状符合测试要求，以保证热传导的准确性。

2. 安装温度传感器：将温度传感器固定在样品的两侧，并确保其与样品紧密接触，以避免温度测量误差。

3. 施加稳定热流量：使用热源将稳定的热流量施加到样品的一侧，可以是电热丝、热板等，根据实际需要选择合适的热源。

4. 测量温度差：使用温度计或热电偶等设备测量样品两侧的温度差，确保测量的准确性和稳定性。

5. 计算热阻：根据施加的热流量和测得的温度差，通过计算可以得到样品的稳态热阻。

通过瞬态热阻和稳态热阻测试方法，可以获得材料的热传导性能数据，用于评估材料的热性能和热管理能力。

利用瞬态热线法测量固体导热系数摘要:在利用瞬态热丝法测量固体与流体导热系数方法研究的基础上,对固体的导热系数进行了计算,提出了既有理论意义又包含了测量参数、既严格又简便的新表达式;分析与定量计算了模型误差、截断误差、热阻误差、热容忽视误差及测量系统的合成误差;并指出了减小误差的措施。

在实验研究中,建立了试件测试台和自动化参数采集与数据处理的计算机测控系统。

测量结果表明,所测得的3种固体材料的导热系数值与文献参照值相差约5%。

具有一定的实用价值。

1 引 言导热系数 是各种物体最基本也是最重要的物性参数。

通常,物体的导热系数都是通过实验测定的。

按实验的导热过程宏观特性来区分,测定方法可分为两大类:稳态法和瞬态法。

其中瞬态法具有实验时间短、测定速度快、准确而且无需测量试件导热量的优点。

瞬态热线法是瞬态法的一种,由于它更快捷、准确和方便,故早在二十世纪30至60年代间就被用来测量液体及某些气体的导热系数[1~2]。

二十世纪80年代,文献[3]将该方法用于测量流体和某些固体的导热系数。

作者在上述研究的基础上,建立了实施本方法的具体装备,并在理论上研究了更准确、简明的导热系数计算公式和误差的定量分析与计算,以推广本方法的实际应用。

2 测量原理将一根直径很小的金属导线置于初温为T0的试件物体中间,然后通电加热,其热流q=I2R(I为电流,R为电阻)。

于是在被测试件中形成了以加热导线为轴心的长圆柱体瞬态温度场。

该方法就是根据导热逆(反)问题原理,利用所测得的温度值T反算试件的导热系数。

当热扩散系数a为常数且忽略热流沿加热导线的轴向传播时,该定解问题的数学表达式[5,6]为T=a2Tr2+1rTr, >0,0<r<(1-1)=0, T(r,0)=T0(1-2) r=r0, >0,q=-2 r0Tr=const(1-3)式中:a= ( c p),其中c p、 分别为试件的比热和密度;r为圆柱坐标系的径向坐标值,r0为导线表面处径向坐标值。

Hot Disk瞬态平面热源法在建筑节能材料测试中的应用 （北京中建建筑科学技术研究院 丰台区南苑新华路1号 100076） 摘 要本文介绍了Hot Disk瞬态平面热源法测试原理，以及采用Hot Disk瞬态平面热源法测试建筑材在不同含水率条件下导热系数的变化趋势。

关键词导热系数静态法瞬态法瞬态平面热源法含水率1引言导热系数是反应材料热工性能的参数，是鉴别材料保温性能优良的主要标志。

近几年，随着我国建筑节能法规和标准的出台，建筑业对建筑节能越来越重视。

因此，准确测得建筑材料在不同含水率条件下导热系数的变化趋势，对于工程合理选材及工程验收具有十分重要的意义。

然而伴随材料科学的飞速发展，对材料的测试方法提出了更高的要求，即不断拓宽应用范围、提高测试精度和测试速度。

因此需要不断地改进传统测试方法，并采用全新的测量技术。

如今，很多新材料和材料在不同含水率条件下热工性能的变化等很难从资料中获得相关数据，因此对材料的实际检测变得十分必要。

2国内外导热系数测定方法2.1静态方法最早的测量使用静态方法，分为防护热板法和热流计法，它的普遍特点是操作人员在已知样品的壁厚上建立温度梯度，并控制从一边传递到另一边的热量，最常用的热流是一维的。

在测量中最常用的变量是Guarded Hot Plate（GHP），即防护热板法。

GHP 是指防止热量通过边界从系统散发出去的一种设置。

该方法基于单向稳定导热原理，当试样上、下两面处于不同的稳定温度下，测量通过试样有效传热面积的热流（计量功率和面积）及试样两表面间温差和厚度，得出材料导热系数。

GB/10294－1988《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》就是测试方法标准。

该方法的测试的稳定期一般需要3-4小时，测试时间1-2小时，整个测试时间合计4-6小时（根据仪器性能而不同）。

另一种静态方法就是热流计法，热流计法是参照国标GB10295－1988建立起来的，属于建立在傅立叶定律一维稳定热流基础上的比较方法，需要由防护热板法测定过的标定试样或标准板进行热流计系数的标定。

HCDR-S 快速导热仪介绍
●公司名称：南京汇诚仪器仪表有限公司●品牌：汇诚
一、仪器简介
HCDR-S快速导热仪是利用瞬态平面热源技术（TPS）开发的导热系数测试仪，可用于各种不同类型材料的热传导性能的测试。

二、工具原理
瞬态平面热源技术（TPS）是用于测量导热系数的一种新型方法，由Silas Gustafsson教授在热线法的基础上发展起来的。

它测定材料热物性的原理是基于无限大介质中阶跃加热的圆盘形热源产生的瞬态温度相应。

利用热阻材料做成一个平面的探头，同时作为热源和温度传感器。

合金的热阻系数一温度和电阻的关系呈线性关系，即通过了解电阻的变化可知道热量的损失，从而反应了样品的导热性能。

在测试过程中，探头放置于样品中间进行测试。

电流通过探头时，产生一定的温度上升，产生的热量同时向探头两侧的样品进行扩散，热扩散的速度依赖于材料的热传导特性。

通过记录温度与探头的相应时间，由数学模型可以直接得到导热系数。

三、测量样品
金属、陶瓷、合金、矿物、聚合物、复合材料、织物、纸、泡沫塑料（表面平整的隔热材料、板材）胶体、液体、粉末、膏状固体等等，测试对象广泛。

四、TPS技术优点
●直接测量热传播，可以节约大量时间
●不会和静态法一样受到接触热阻的影响
●无须特别的样品制备，只需相对平整的样品表面●可测样品多样，测试范围广。

目录1、绪论 (1)1.1本课题研究的背景、目的及意义 (1)1.2瞬态高温测量基本方法 (2)1.2.1 接触式测温方法 (3)1.2.2 非接触式测温方法 (5)1.3瞬态高温测试国内外发展现状 (6)1.4本课题研究的内容 (8)2、比色测温系统结构及原理简介 (9)2.1系统结构概述 (9)2.2比色测温基本原理 (10)2.3系统测温原理 (11)2.4比色测温的优点 (12)2.5本章小结 (13)3、光电转换电路的设计 (14)3.1相关元器件简介 (14)3.1.1 PIN光电二极管 (14)3.1.2四象限探测器 (14)3.1.3运算放大器 (15)3.1.4窄带滤光片 (16)3.2电路设计 (16)3.2.1二维象限探测器的设计 (16)3.2.2放大及滤波电路的设计 (17)3.3电路的仿真 (18)3.3.1电路静态特性的仿真 (18)3.3.2动态特性的仿真 (20)3.4本章小结 (22)4、实验测试及数据处理 (23)4.1实验方案及用到的仪器 (23)4.1.1中温黑体炉工作原理 (23)4.1.2数据采集卡 (26)4.2实验数据及结果分析 (27)4.3本章小结 (29)5、结论 (30)参考文献 (31)致谢 (33)1、绪论1.1本课题研究的背景、目的及意义温度作为国际七个基本物理量之一，在工农业生产和科学试验中占据非常重要的地位，需要经常检测与控制。

据估计，全球每年在温度传感器和相关设备的经费开支达几亿美元，单从这一点也可以看出温度测量的重要性。

在很多领域，温度直接决定着仪器性能的发挥和科学试验的成败[1]。

随着科技的发展，有越来越多的研究对象需要对随时间快速变化的瞬态温度进行测量。

在武器的研制和生产领域，瞬态超高温场测试是温压弹爆炸过程及毁伤效能研究必不可少的手段。

温压弹、云爆弹等新型弹药都是通过药剂和空气混合生成能够爆炸的云雾，引爆后会发生剧烈燃烧，将空气中的氧气燃烧掉，造成爆点区暂时缺氧，并大量向四周辐射热量，同时产生高压冲击波，主要利用温度和压力效应产生杀伤效果[2,3]。

热常数分析仪测试热物理参数的不确定度评定范健;路新成【摘要】Thermal property parameters of rock were tested by TPS-2500S thermal constant analyzer in this paper , including thermal conductivity,thermal diffusivity and specific heat capacity,then the uncertainty of the test results were evaluated according to JJF 1059.1-2012 ,the sources of uncertainty were analyzed ,and the calculation method of uncertainty was also elaborated.%文章以TPS-2500S型热常数分析仪对岩石的热物性参数进行了测试，包括导热系数，热扩散系数和比热容，根据JJF 1059.1-2012对测试结果进行了不确定度的评定，分析了不确定度的来源，阐述了不确定度的计算方法。

【期刊名称】《江苏科技信息》【年(卷),期】2015(000)015【总页数】3页(P41-43)【关键词】热常数分析仪;导热系数;热扩散系数;比热容;不确定度【作者】范健;路新成【作者单位】江苏省地质调查研究院，江苏南京210018;江苏省地质调查研究院，江苏南京 210018【正文语种】中文热常数分析仪测试热物理参数的不确定度评定范健，路新成（江苏省地质调查研究院，江苏南京210018）摘要：文章以TPS-2500S型热常数分析仪对岩石的热物性参数进行了测试，包括导热系数，热扩散系数和比热容，根据JJF 1059.1-2012对测试结果进行了不确定度的评定，分析了不确定度的来源，阐述了不确定度的计算方法。

瞬态热丝法测导热系数原理
瞬态热丝法是一种基于时间-温度响应关系来测量材料导热系数的方法。

瞬态热丝法的测量原理是利用一个线状热源（通常为金属丝）在短时间内对样品施加一定的热量，然后记录样品的温度变化速率。

由于该方法涉及非稳定状态的热传导，它允许在较短的时间内完成测量，而不需要等待样品达到热平衡状态。

具体步骤如下：
1. 样品准备：将一根无限长的、垂直的具有无限大导热系数和热容量为零的线源插入待测样品中。

2. 初始条件：确保线源和样品在初始时刻处于热平衡状态，即它们的初始温度相同。

3. 加热过程：给线源施加一个恒定的热流（q），热量将从线源传递给样品。

4. 温度监测：记录距离线源一定距离处的样品温升随时间的变化。

5. 数据分析：根据Carslaw等人提出的公式，通过测量的温度变化速率来确定样品的热扩散系数，进而结合样品的其他已知参数计算出导热系数。

总的来说，瞬态热丝法的优势在于测试时间短，接触热阻等因素对测量精度的影响小，因此它可以在广泛的温度范围和量程内提供高精度的测量结果。

这种方法被广泛应用于固体、液体以及气体的导热系数测量。