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6-3ω法测量单根碳纤维导热系数和热容

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关键词３ｕ法；导热系数；热容；碳纤维
中图分类号：ＴＫｌ２４
文献标识码：Ａ
文章编号：０２５３—２３１ｘ（２００７）０３－０４９０—０３
ＳＩＭＵＩⅡ’ＡＮＥｏＵＳ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ ｏＦ ＴＨＥＲＭＡＬ ＣｏＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ． ＴＨＥＲＭＡＬ ＣＡＰＡＣＩＴＹ ｏＦ ＡＮ ＩＮＤＩＶＩＤＵＡＬ ＣＡＲＢＯＮ ＦＩＢＥＲ
ｉｎ ｄｉａｍｅｔｅｒ、Ⅳｅｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｙｉｅｌｄｅｄ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ８４．３５ Ｗ．ｍ～．Ｋ～，ｔｈｅｒｍａｌ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ １．１９ ＭＪ·ｍ一３·Ｋ一１ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ
Ⅵ厂ＡＮＧ Ｚｈａｏ—Ｌｉａｎ９１，２ ＴＡＮＧ Ｄａ－、ｖｅｉｌ ＺＨＥＮＧ Ｘｉｎｇ—Ｈｕａｌ ＢＵ、Ｖｂｎ—Ｆｅｎ９１ ＺＨＡＮＧ Ｗｂｉ—Ｇａｎ９３ （１．工ｎｓｔｊ亡ｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅ谢ｎｇ弛ｅｒｎｌｏｐｊｌｙｓｊｃｓ，∞ｊｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ ｓｄ即ｃｅｓ， Ｂｅ巧ｊｎｇ １０００８０；
Ｒｔｈ＝ｆ／入ｓ。其中ａ＝Ａ／Ｊ９ｑ为热扩散率。沿加热 丝的平均温度波动为
受没有直流偏转的交流电流的作用，纤维两端 产生的电压响应为
ｕ（ｔ）＝南ｓｉｎ（ｕｔ）Ｒ（１＋＆ｃＲ９（￡））
（４）
实验过程中采用锁相放大器直接测量三次谐波
分量的幅值和相位，取级数的第一项
现。＝ ４Ｊ３Ｒ２ａＧＲＲｔｈ
１
丌２防２＋（ｃ１＋ｃ２）７－］圻再百ｉ五手面
ＨＴＡ５１３１－ ， 上． 。，。Ｏ
４４实００ｔｅｘ 验结果与分析忻面再瓦西面再币砸ｉ两丽（８）
图３（ａ）、（ｂ）和图４（ａ）、（ｂ）分别为相位与频率 的关系以及谐波大小与交流电流的关系。利用式（５） 拟合图３中频率为４ Ｈｚ时的三次谐波与电流的测 试数据，得到铂丝和ｃＦ内交流电流的指数分别为 ２．９３和２．８８，与理论分析的三次方关系比较接近， 也说明了ＣＦ内部热量的扩散迁移特性符合导热的 基本规律。拟合得到铂丝和ＣＦ的导热系数分别为 ６６．５和８４．３５ Ｗ·ｍ～·Ｋ＿。。利用式（７）拟合相位 移数据得到铂丝和ｃＦ的热容分别为ｏ．２６２和１．１９ ＭＪ·ｍ～·Ｋ～。因此单根ｃＦ沿纤维方向的热扩散 率为７．０９×１０＿５ｍ２·ｓ＿。。与表１中ｃＦ的导热系数 相比，单根ｃＦ沿纤维方向的导热系数是利用传统 方法测试的体材料导热系数的５倍。从测试方法上 看，上述差别的主要原因是：传统测试方法直接测试 碳纤维组成的复合材料，然后利用复合材料导热系 数的公式得到ｃＦ的导热系数，由于ｃ／ｃ复合材料 内部ｃＦ的排列方向和纤维之间的接触热阻的影响 以及碳纤维本身的导热系数具有明显的各向异性， 很难准确描述单根ｃＦ的导热系数。利用测试的ｃＦ 的热容和表１给出的ＣＦ密度，得到ｃＦ的比热为
可调电阻
［·一等裂］
碳纤维
㈤
图２测试系统
万方数据
４９２
工程热物理学报
２８卷
表１ ７ｒｅｎａｘ公司丝状ｃＦ参数
与纤维的直径ｄ、长度ｚ、电流，和电阻Ｒ以及电
型
密度
比热
导热系数
直径
阻温度系数ａＧＲ和传热系数＾的不确定度有关，总
号
（ｇ·ｃｍ一３）（Ｊ·ｋｇ～·Ｋ一１）（ｗ·ｍ～·Ｋ一１）（ｐｍ）
的不确定度表示为
第２８卷第３期 ２００７年５月
工程热物理学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ｏＦ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＴＨＥＲＭｏＰＨＹＳＩＣＳ
Ｖ０１．２８．Ｎｏ．３ Ｍａｙ，２００７
３∽法测量单根碳纤维导热系数和热容
王照亮１，２唐大伟１郑兴华１布文峰１张伟目０ ３
（１．中国科学院工程热物理研究所， 北京 １０００８０； ３．中国科学院过程工程研究所， 北京 １０００８０）
删腿ｎ薹—蒜· 的加热强度的不均匀性可以忽略，利用冲量定理或
Ｆｏｕｒｉｅｒ级数法得到沿纤维轴向的温度响应波动解
ｓｉｎ罕［·一筹捌］ ㈤
其中， 鼠ｈ为纤维热阻， ｃ·、 ｃｚ为分别与辐射 热损失和空气对流等有关的参数， 丁为沿纤维轴 向导热过程的特征热扩散时间。上述参数分别定义
酬‰薹丽‰· 为： ｃ】＝４丌￡盯ｄ丁孑／ｐｃ名ｓ，ｃ２＝７ｒａＢｉ／ｓ，丁＝ｆ２／ａ，
２．ＣｂＪｊｅｇｅ ０ｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａ亡ｊｏｎ ａｎｄ Ｃｊ订Ｊ Ｅｎ百ｎｅｅ—ｎ禹Ｐｅｔｒｏｊｅｕｍ Ｕｎｊｖｅｒｓｊｔｙ ｏｆ Ｃｈ抽ａ，Ｄ０ｎｇｙｉｎｇ ２５７０６ｌ； ３．如ｓ亡ｊ亡ｕｔｅ ｏｆ ＰＩ．ｏｃｅｓｓ Ｅｎ百ｎｅｅ—ｎ毋Ｇ啦ｊｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｎｌｙ ｏｆ ｓｃｊｅｎｃｅｓ， Ｂｅ咖ｎｇ １０００８０，Ｇ『ｈｊｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ３ｕ．ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｎｏｉｓｅ ｃａｎｃｅＵａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉＶｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ａｎ ｉｎｄｉＶｉｄｕａｌｌｙ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｗｉｒｅ． Ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎ ｔｈｅ ｗｉｒｅ ｉｓ ｍｏｄｅｌｅｄ ａｓ ｏｎｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｔａｋｉｎｇ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ ａｍｂｉｅｎｔ ａｉｒ ｃｏｒⅣｅｃｔｉｏｎ，ｗａｓ ｄｅＶｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ ｆｉｔｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｈｅａｔ １０ｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｂ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ Ｖａｌｉｄｉｔｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｎ ａ Ｐｔ ｗｉｒｅ．Ｔｈｅ ｆｌｒｓｔ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｎ ａｎ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｐｏｌｙａｃｒｖｌｏｎｉｔｒｉｌｅ＿ｂａｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｏｆ ７肛ｍ
黧＋窭ｓｉｎ２ ｕｔ［１＋咖刎一
ＵＺ。
＾５
三（兰霉＋Ｂｉ）ｐ：三霎 （１）
ｓ、
Ａ
’
ａ ｄ￡
、’
若忽略ｚ＝ｏ，２处的接触热阻，对应的边界条件
和初始条件为
ｐｌ。：ｏ＝ｏ， ｐＩ。：ｚ＝ｏ， ｐＩｔ：ｏ＝ｏ
其中，入为纤维导热系数；ｆ为中间两焊盘问纤维长 度；ｓ为纤维截面积；ｐ＝Ｔ一％；ｕ＝２丌，，，为交 流信号频率；Ｒ为电阻；ａＧＲ为电阻温度系数；￡为 黑度；仃为Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ常数；Ｔ为温度波动；乃为 环境温度；Ｂｉ＝＾ｄ／Ａ为Ｂｉｏｔ数；危为空气传热系 数。与交流加热功率相比，假设由纤维电阻波动引起
６７６Ｊ．ｋｇ一１．Ｋ一１。
５ ４
言３
ｇ２ １ Ｏ
图３相位与频率的关系
图４％。与电流，的关系
５不确定度分析
３ｕ一线法测量碳纤维导热系数的不确定度主要
直径的测量误差比较大，利用精度为ｏ．０２ ｍｍ的 游标卡尺测量长度，由直径和长度测量的不确定度引 起的导热系数测量不确定度分别为３．５％和ｏ．２％。 口ｅＲ的不确定度主要取决与电阻和温度的测量。电 阻和电流的相对误差分别为ｏ．０６％和ｏ．１８％。温度 测量的最大误差为ｏ．２ Ｋ。ａＧＲ的最大不确定度为 ３％，由此引起的导热系数不确定度为２．５％。导热 系数总的不确定度为５．３％。对于热容测量不确定度 的分析与上述类似，主要取决于导热系数、长度和 相位测量的不确定度。３ｕ实验属于典型的微弱信号 测量技术，相位测量的误差比幅值的影响大，实验 中相位测量的不确定度估计为４％，总的热容测量 不确定度为７．５％。
３∽谐波的相位定义为
ｔａｎ圣＝２ｕ丁／［丌２＋（ｃ１＋ｃ２）丁】
（６）
ｐ％＝面赤‰ 热容可以表示为 （７）
由式（５）一（７）可见，低频下满足％。。ｃ Ｊ３，相 位正切与角频率之间满足线性关系。
图１试样结构
３实验系统
实验系统如图２所示。主要仪器为锁相放大器 ７２８０，用来测量１ｕ基波和３∽谐波信号的幅值和 相位。由于锁相的动态存储有限，必须滤除谐波内 包含的基波。实验中设计了模拟平衡电桥完成此过 程。采用锁相放大器的输出信号可以减小相位测量 误差。模块ｕ１把交流电压信号转变为电流信号。来 自试样和精密可调电阻的电压信号分别通过Ｕ２和 ｕ３两个差动放大器。调节可调电阻使电桥平衡，通 过锁相放大器的差动输入可以消除谐波包含的基波 成分。实验过程中，在１—１００ Ｈｚ范围内，需要关闭 锁相放大器内部所有的线性滤波器以尽可能消除噪 声对１ｕ和３ｕ信号的干扰。验证实验采用的铂丝直 径为１７肛ｍ，长度为４．５ ｍｍ。直径为７ ｐｍ的ＰＡＮ 基ｃＦ的其他参数见表１。
压，其中包含与纤维热物理参数有关的信息。悬空
纤维试样的结构如图ｌ所示。Ｃｕ焊盘和Ｓｉ基体起
热沉作用，厚度为５０ ｎｍ的ｓｉ０２薄膜的热阻很小并
起绝缘作用。施加角频率为ｕ的微弱交流电流，由 于周围环境的散热作用比较小，假设沿纤维径向的
温度分布均匀，考虑与环境的散热损失，对纤维试
样建立沿轴向的一维导热方程
单根纤维内部的传热特性。近十几年来， ３∽技术 被证明是一种有效的微尺度热物性测量手段，由于 中、低温下可以不考虑辐射影响，用来测量微／纳 米膜、固体材料和棒状导体的导热系数【５，引。考虑 辐射热损失和环境的散热，本文设计了滤除噪声影 响的测试系统，利用加热信号的频域特性、锁相放 大和谐波探测技术，提出了利用３ｕ技术直接测量单 根碳纤维导热系数和热容的方法。
２．中国石油大学（华东）储建学院，
山东东营 ２５７０６１

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3ω法测量热障涂层热导率和热扩散率

3ω法测量热障涂层热导率和热扩散率


1 3ω法测试原理
3ω技术是一种利用交流热波探测材料热物理性质的测量手段No. 50876103)资助
沉积在 TBC 样品表面的金属带加热器在角频率为ω的正弦交流电流驱动下，产生角频 率为 2ω的温度波动，这个温度波动的幅值和相位与金属带和样品的热物性参数有关。 在小温度变化范围内，金属带的电阻温度系数与温度成线性关系，因此电阻也以 2ω的 角频率变化。频率为ω的交流电流与频率为 2ω的电阻波动作用产生角频率为 3ω的三 次谐波电压，其中包含与样品热物理参数有关的信息。实验中，将样品沉积在不锈钢基 座上，而金属带又沉积在样品上，测试结构如图 1 所示。
图 5 La2Zr2O7 陶瓷热导率与温度的关系
图 6 不同孔隙率 Y2SiO5 陶瓷室温附近的热扩散率
4 结论
本文给出了利用 3ω法测量典型 TBC 材料热导率和热扩散率的测量原理， 并且通过 实验验证了 3ω法测量 TBC 的热导率和热扩散率的可行性。 测量了室温下不同孔隙率的 -1 -1 Y2SiO5 和 La2Zr2O7 的热导率值分别为 1.39 W・m ・K （Y2SiO5，孔隙率 3.96%） ， -1 -1 -1 -1 1.36W・m ・K （Y2SiO5，孔隙率 4.74%） ，1.26 W・m ・K （Y2SiO5，孔隙率 4.82%） ， -1 -1 -1 -1 1.85 W・ m ・ K （La2Zr2O7， 孔隙率 7.25%） ， 1.68 W・ m ・ K （La2Zr2O7， 孔隙率 8.12%） ， 与文献中的测试结果吻和良好，具有很高的准确性。同时分析了温度和孔隙率对热导率 的影响，验证了室温附近热障涂层陶瓷的热导率与热力学温度近似成线性关系的规律， 与文献中的分析结果一致。 参考文献
[1] [2] Sun Ziqi, Li Meishuan, Zhou Yanchun. Thermal Properties of Single-phase Y2SiO5. Journal of the European Ceramic Society, 2009, 29: 551-557 Zhou Hongming, YI Danqing. Effect of Rare Earth Doping on Thermo-physical Properties of Lanthanum Zirconate Ceramic for Thermal Barrier Coatings. Journal of Rare Earths, 2008, 26(6): 770-774 [3] [4] Cahill D G, Pohl R O. Thermal Conductivity of Amorphous Solids above the Plateau. Phys. Rev. B, 1987, 35(8): 4067-4073 王照亮. 微纳米尺度材料热物性表征与热输运机理研究: [博士论文]. 北京: 中国科学院工程热 物理研究所, 2007 Wang zhaoliang. Micro and Nano-scale Materials and Thermal Transport Mechanism Analysis: [Ph.D. Thesis]. Beijing: Institute of Engineering Thermophysics of CAS, 2007
导热系数检测内容及方法

导热系数检测内容及方法

导热系数检测内容及方法（1）防护热板法检测导热系数本方法适用于处于干燥状态下单一材料或者复合板材等中低温导热系数的测定。

依据标准：《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》GB/T10294-88原理：在稳态条件下，防护热板装置的中心计量区域内，在具有平行表面的均匀板状试件中，建立类似于以两个平行匀温平板为界的无限大平板中存在的一维恒定热流。

为保证中心计量单元建立一维热流的准确测量热流密度，加热单元应分为在中心的计量单元和由隔缝分开的环绕计量单元的防护单元。

并且需有足够的边缘绝热或（和）外防护套，特别是在远高于或低于室温下运行的装置，必须设置外防护套。

通过测定稳定状态下流过计量单元的一维恒定热流量Q、计量单元的面积A、试件冷、热表面的温度差/T,可计算出试件的热阻R 或热导率CA（C1试验仪器：1.1平板导热仪(1)导热系数测定范围：(0∙020~L000)W∕(m∙K)(2)相对误差：±3%(3)重复性误差：±2%(4)热面温度范围：(0-80)℃(5)冷面温度范围：(5~60)℃1.2、钢直尺1.3、游标卡尺2、试件要求：1)尺寸试件测量范围：30OmmX30OnInIXI(10~38)mm试件的表面用适当方法加工平整，使试件与面板紧密接触，刚性试件表面应制作的与面板一样平整，并且整个表面的不平行度应在试件厚度的±2%。

试件的尺寸应该完全覆盖加热单元的表面，由于热膨胀和板的压力，试件的厚度可能变化，在装置中在实际的测定温度和压力下测量试件厚度。

热敏感材料不应暴露在会改变试件性质的温度下，当试件在实验室空气中吸收水分显著(如硅酸盐制品)，在干燥结束后尽快将试件放入装置中以避免吸收水分。

3、试件加工试验前，将试件加工成30OnlnI(长)×300mm(宽)的正方形，并且保证冷热两个传热面的平行度，特别是硬质材料的试件，如果冷热两个测试面不平行，这种情况下必须将试件磨平后才能做实验。

导热系数的测定

导热系数的测定


、
面和待测样品厚度。 2．将一个电热偶的插头插在表盘的测2内，把冷端放入装有冰水混合物的真空保温 杯内的细玻璃管中，热端插在散热盘的小插孔上；将另一个热电偶插头插在表盘的 测1内，冷端也放入装有冰水混合物的真空保温杯内的另一细管中；热端插入加热盘 上的小插孔中； 3．插好加热板的电源插头：再将 线的一端与数字电压表相连，另一端插在表盘的 中间位置； 4．分别接好导热系数测定仪与数字电压表的电源；数字电压表采用3位半LED显示， 最大量程为20mV。 5．调节数字电压表的调零旋钮，再将加热开关拨至220V档，开始加热； 6．待稳定后，可以将切换开关分别拨至测1和测2端，记录此刻样品上、下表面的温 度；(每隔3分钟读样品上下表面的温度，若在10分钟内样品上下表面的温度示数都 不变，可以认为已经达到稳定状态了)； 7．移去样品，使加热盘与散热盘较好的接触，再将加热开关拨至220V档，加热散热 盘； 8．移开加热板，在散热盘上放置胶木板，使散热盘自然冷却；稳定状态时，通过样 品上表面的热速率与由散热盘向周围环境散热速率相等。记录散热盘冷却至稳态时 的温度。 根据上述装置，由傅里叶导热方程式可知，通过待测样品B盘的热流量 Q / t 为：
Q 2 R 2 1 t h
式中h为样品厚度，R为圆盘样品的半径， 为样品热导率，
1
2
分别为稳态时样品上下平面的温度。
、
实验过程中，当传热达到稳态时，样品上下平面的温度将稳定不变，这时可以认为发 热盘A通过圆盘样品上平面传入热量的速率与由散热盘P向周围环境散热的速率相等。 因此可以通过散热盘P在稳定温度 时的散热速率求出热流量.方法如下：当读得稳 后，将样品B盘抽去，让发热盘A的底面与散热盘P直接接触，使盘P的温 态时的 度上升到比 高出1mV左右时，再将发热盘A移开，放上圆盘样品（或绝缘圆盘）， 让散热盘P自然冷却（电扇仍处于工作状态），每隔30秒钟读一次散热盘的温度示 值，选取邻近 的温度数据，求出铜盘P在的冷却速率 ，则 就是散热盘在 时的散 h 1 mc | 热速率，代入式（3-2）得： t R (3-3)式中, 为样品的质量，为样品 比热容。但须注意，这样求出的 是散热盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，其 p 2 R p h p 散热表面积为 2 R2 （其中 与 分别为散 热盘P的半径与厚度）。然而，在观测样品稳态传热时，P盘的上表面（面积为 ）是 被样品覆盖着的。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，则稳态时散热盘散 热速率的表达式应修正如下：
热导率测量(归纳)

热导率测量(归纳)

如今测量导热系数方法与仪器有许多种。

使用Fourier方程所描述的稳态条件的仪器主要适用于测量中低导热系数材料。

使用动态（瞬时）方法的仪器，如热线法或激光散射法，用于测量中高导热系数材料。

一、稳态方法1、热流法如图1所示，将厚度一定的方形样品（例如长宽各30cm，厚10cm）插入于两个平板间，设置一定的温度梯度。

使用校正过的热流传感器测量通过样品的热流。

测量样品厚度、温度梯度与通过样品的热流便可计算导热系数。

图2示出了一种新型的热流法导热仪（HFM 436系列）。

样品的厚度可达到10cm，长与宽可达30或60cm。

测量温度为-20℃到100℃之间（取决于不同的型号）。

这种仪器能测量导热系数在0.005到0.5W/m·K之间的材料，通常用于确定玻璃纤维绝热体或绝热板的导热系数与k因子。

该仪器的优点是易于操作，测量结果精确，测量速度快（仅为同类产品的四分之一），但是温度与测量范围有限。

2、保护热流法对于较大的、需要较高量程的样品，可以使用保护热流法导热仪。

其测量原理几乎与普通的热流法导热仪相同。

不同之处是测量单元被保护加热器所包围，因此测量温度范围和导热系数范围更宽。

3、保护热板法热板法或保护热板法导热仪的工作原理和使用热板与冷板的热流法导热仪相似。

保护热板法的测量原理如图3所示。

热源位于同一材料的两块样品中间。

使用两块样品是为了获得向上与向下方向对称的热流，并使加热器的能量被测试样品完全吸收。

测量过程中，精确设定输入到热板上的能量。

通过调整输入到辅助加热器上的能量，对热源与辅助板之间的测量温度和温度梯度进行调整。

热板周围的保护加热器与样品的放置方式确保从热板到辅助加热器的热流是线性的、一维的。

辅助加热器后是散热器，散热器和辅助加热器接触良好，确保热量的移除与改善控制。

测量加到热板上的能量、温度梯度及两片样品的厚度，应用Fourier方程便能够算出材料的导热系数。

相比热流法，保护热板法的优点是温度范围宽（-180到650℃）与量程广（最高可达2W/m·K）。