Lambda-messtechnik防护热板法导热系数仪EP500e、热导率测试仪EP500e
热导率测试工具 λ-Meter EP500e（防护热板装置）是一种基于嵌入式PC的测试工具，用于按照 ISO 8302、DIN EN 1946-2、DIN EN 12667 和 ASTM C177 (DIN 52612) 的护环式热板法进行绝对值测量。
热导率测试工具 λ-Meter EP500e（防护热板装置）能够测量插入样品的厚度、样品上的温差以及相当于测量加热器电功率的热流。
热导率根据定义的测量区域和一维热传导公式确定，具体如下：
这款设备并非热流计，因此相比于市面上大多数测试工具，其设计原理可提供更高的测量精度。该设备专为长期使用而设计，即使多年后也无需校准。
利用现代技术设计的传感器板使其无需使用测量舱环境，而测量舱通常是其他设备的标准配置。因此，该设备更易于实现自动化。
热导率测试工具 λ-Meter EP500e（防护热板装置）不需要热稳定控制的测量环境。只需接入常规电源即可在任何房间或办公室中使用。
该设备运行时噪音非常小（类似于PC），并且散热量极少。其先进的控制算法可以为每次测量计算出最佳测量参数，并将测量时间缩减到最短。
热导率测试工具 λ-Meter EP500e（防护热板装置）是一款紧凑型桌面设备。
下部和中部组件包含传感器板，这些传感器板以同心方式构建。传感器板的核心部分是经过计算机优化的铝制单元，厚度为40毫米，用于维持等温温度。空气冷却的高性能珀尔帖模块负责将传感器板的温度调节至-15°C至65°C之间，从而可以在传感器板温差为5K至15K的情况下，进行10°C至40°C范围内的热导率测量。与其他传统测试工具不同，该设备并非通过热电偶对样品表面进行局部温度测量，而是整体覆盖整个测量表面。这种设计确保了即使对于不均匀样品，也能实现极高的测量精度。
理想的测试样品尺寸为500 x 500 mm²。设备的实际测试区域位于样品的正中央，其尺寸取决于设备的类型（例如200 x 200 mm²或150 x 150 mm²）。对于500 x 500 mm²的样品，该设备将测量适用于样品中央区域的热导率，而外围材料不会纳入测试结果中。然而，外围材料是必要的，它用于建立热条件以确保一维、稳定的温度场。
上部组件包含所有电子模块、电动升降缸（用于驱动中部组件）、用于样品厚度和测试压力的测量仪器，以及所有显示和控制单元。设备的操作非常方便和简单。电动升降机制通过前面板上的两个按钮进行控制。按钮操作可以抬起上部传感器板，以便插入样品。为方便样品插入，设备在侧面开口。在降低上部传感器板的过程中，当上部传感器板下侧的微型定位销或耦合光栅接触到底部时，升降机制将切换到慢速模式。这种模式提供了更高的精度，并防止可能的损坏。当达到所需的测试压力时，升降机制将自动停止。样品厚度的测量符合DIN 18164和DIN 18165标准的要求，这些标准规定了施加在样品上的特定表面压力（范围为0.05至2.5 kN/m²或50至2500 Pa）。
热导率测试工具 λ-Meter EP500e（热板装置） 是一款高度精密的仪器，用于测量材料的热导率。它通过精确控制样品与周围组件之间的温度和热流来工作。以下是传感器板的设计和功能概述，重点介绍它们在 λ10 测试中管理热条件的作用。
1. 样品加热与反向加热器设计
该装置包括：
- 上传感器板：这是主要的热量输入界面，热量通过此板传递到样品。
- 反向加热器：位于上传感器板上方，作为热屏障，确保热量主要传递到样品中。这一设计最小化了向周围环境的热量损失，并最大限度地将热量传递到样品本身。
反向加热器 对于保持样品的热梯度并确保热流按预定方向流动至关重要。如果没有它，系统可能会经历不必要的热损失或温度分布不均，这可能导致热导率测量的误差。
2. 热流传感器用于对流检测
系统包括一个 高灵敏度的热流传感器，用于检测加热板与反向加热器之间可能发生的对流热传递。这样可以确保任何意外的热流（可能干扰测量的热流）都会被及时检测并进行修正。如果没有此传感器，热流的对流可能会导致热导率测量中的误差，因为它们可能会将热量意外地带走或带入样品。
3. 热密封与测量精度
该系统实现了精准的热密封，这是确保热导率测量准确性的关键。这种热密封是常规方法（如热电偶）无法达到的，因为热电偶的分辨率不足以检测热流或温差中的微小变化。
4. 横向热流的偏转与热管理
λ-Meter EP500e 的一个特别先进的方面是其管理 横向热流偏转。横向热流指的是在测量区和周围保护加热元件之间不必要的热流，通常这种热流的管理非常复杂。
为控制这一点，保护加热环 起着核心作用。具体工作原理如下：
- 热电偶链：超过 100 个热电偶均匀分布在测量区和保护加热环之间的间隙中。这些热电偶能够检测到即使是最微小的横向热流，通常这种微小的热流很难在热测量中被察觉。
- 补偿不必要的热流：根据来自热电偶的数据，保护加热环会对任何检测到的热流进行补偿，从而确保测量结果的准确性。
5. 温控环与冷却环的配合
除了保护加热环，设备还配备了另外一圈保护加热环，并且有一个冷却或温控环围绕着保护加热环。热流在这两圈环之间的流动将通过另一组热电偶链（热流传感器）进行测量。这些传感器会测量环之间的温差，并确保整个系统在热传递过程中保持平衡和稳定。
6. 样品温度场和控制变量计算
根据传感器采集的数据，λ-Meter EP500e 会计算出样品的温度场。这个计算考虑了预设的测试方案、样品厚度、室温以及保护加热环和冷却温控环的控制变量。通过这些复杂的数据处理，系统能够精确评估样品的热导率，并保证测量的可靠性。
通过这一系列高精度的热控制和传感技术，λ-Meter EP500e 可以提供极为准确的热导率测量，尤其是在面对难以管理的横向热流和微小热变化时，具有无可比拟的优势。
热导率测量的热条件原理
以下图示（图 3 和图 4）展示了在 λ10 测量中，不同的热导率测量工具对 120 毫米样品所引起的热场条件，这两个工具均符合 ISO 8302 标准的要求。
图 3：传统的守护热板装置
图 3 显示了使用传统守护热板装置进行测量时样品中的热场分布。在这种设置中，理想的情况是样品的热场为均匀的、一维的、且是静态的。这种理想的热场只有在以下条件下才能实现：样品两侧的区域的温度与样品的平均温度相等。
图 4：λ-Meter EP500e热导率测试工具
图 4 显示了λ-Meter EP500e 热导率测试工具（守护热板装置）中引起的温度场。这种设备在传统设计的基础上，增加了加热和冷却环，在样品的两侧提供热屏障，创建了一个与周围环境（如室温）无关的热场。通过这种设计，样品的温度场能够保持一维且静态，即使在不同的环境条件下，也能确保温度场的一致性。
温度场的形成条件
- 传统装置（图 3）：在传统的守护热板装置中，理想的情况是样品的热场为均匀且一维的。当样品的两侧区域温度与样品的平均温度一致时，热场才能均匀分布。这要求样品与装置之间的热传递不受横向温差影响。
- 升级装置（图 4）：对于 λ-Meter EP500e 热导率测试工具，通过增加额外的加热环和冷却环，这些环在样品的两侧形成热屏障，创造了一个独立于周围环境温度的热场。这种设计能够确保温度场始终保持一维且静态，不受外部环境（例如室温）的干扰
- 冷却环：通过冷却环控制边界温度，避免室温或湿气影响测量结果，确保一维静态温度场。
- 减少测量时间：优化的设计缩短了测量时间，相比传统装置更加高效。
- 不需要恒温室：该装置可在任何常规环境下使用，无需特定的恒温控制。
- 智能控制：内置智能控制系统自动优化测量参数，提升测试效率。
总体来说，λ-Meter EP500e 在热导率测量中提供了更高的准确性、更短的测试时间和更大的灵活性，尤其是在环境温度变化较大的条件下，展现了其显著的优势。
