Lambda-messtechnik防護熱板法導熱系數儀EP500e、熱導率測試儀EP500e
熱導率測試工具 λ-Meter EP500e（防護熱板裝置）是一種基于嵌入式PC的測試工具，用于按照 ISO 8302、DIN EN 1946-2、DIN EN 12667 和 ASTM C177 (DIN 52612) 的護環式熱板法進行絕對值測量。
熱導率測試工具 λ-Meter EP500e（防護熱板裝置）能夠測量插入樣品的厚度、樣品上的溫差以及相當于測量加熱器電功率的熱流。
熱導率根據定義的測量區域和一維熱傳導公式確定，具體如下：
這款設備并非熱流計，因此相比于市面上大多數測試工具，其設計原理可提供更高的測量精度。該設備專為長期使用而設計，即使多年后也無需校準。
利用現代技術設計的傳感器板使其無需使用測量艙環境，而測量艙通常是其他設備的標準配置。因此，該設備更易于實現自動化。
熱導率測試工具 λ-Meter EP500e（防護熱板裝置）不需要熱穩定控制的測量環境。只需接入常規電源即可在任何房間或辦公室中使用。
該設備運行時噪音非常小（類似于PC），并且散熱量極少。其先進的控制算法可以為每次測量計算出最佳測量參數，并將測量時間縮減到最短。
熱導率測試工具 λ-Meter EP500e（防護熱板裝置）是一款緊湊型桌面設備。
下部和中部組件包含傳感器板，這些傳感器板以同心方式構建。傳感器板的核心部分是經過計算機優化的鋁制單元，厚度為40毫米，用于維持等溫溫度。空氣冷卻的高性能珀爾帖模塊負責將傳感器板的溫度調節至-15°C至65°C之間，從而可以在傳感器板溫差為5K至15K的情況下，進行10°C至40°C范圍內的熱導率測量。與其他傳統測試工具不同，該設備并非通過熱電偶對樣品表面進行局部溫度測量，而是整體覆蓋整個測量表面。這種設計確保了即使對于不均勻樣品，也能實現極高的測量精度。
理想的測試樣品尺寸為500 x 500 mm2。設備的實際測試區域位于樣品的正中央，其尺寸取決于設備的類型（例如200 x 200 mm2或150 x 150 mm2）。對于500 x 500 mm2的樣品，該設備將測量適用于樣品中央區域的熱導率，而外圍材料不會納入測試結果中。然而，外圍材料是必要的，它用于建立熱條件以確保一維、穩定的溫度場。
上部組件包含所有電子模塊、電動升降缸（用于驅動中部組件）、用于樣品厚度和測試壓力的測量儀器，以及所有顯示和控制單元。設備的操作非常方便和簡單。電動升降機制通過前面板上的兩個按鈕進行控制。按鈕操作可以抬起上部傳感器板，以便插入樣品。為方便樣品插入，設備在側面開口。在降低上部傳感器板的過程中，當上部傳感器板下側的微型定位銷或耦合光柵接觸到底部時，升降機制將切換到慢速模式。這種模式提供了更高的精度，并防止可能的損壞。當達到所需的測試壓力時，升降機制將自動停止。樣品厚度的測量符合DIN 18164和DIN 18165標準的要求，這些標準規定了施加在樣品上的特定表面壓力（范圍為0.05至2.5 kN/m2或50至2500 Pa）。
熱導率測試工具 λ-Meter EP500e（熱板裝置） 是一款高度精密的儀器，用于測量材料的熱導率。它通過精確控制樣品與周圍組件之間的溫度和熱流來工作。以下是傳感器板的設計和功能概述，重點介紹它們在 λ10 測試中管理熱條件的作用。
1. 樣品加熱與反向加熱器設計
該裝置包括：
- 上傳感器板：這是主要的熱量輸入界面，熱量通過此板傳遞到樣品。
- 反向加熱器：位于上傳感器板上方，作為熱屏障，確保熱量主要傳遞到樣品中。這一設計最小化了向周圍環境的熱量損失，并最大限度地將熱量傳遞到樣品本身。
反向加熱器 對于保持樣品的熱梯度并確保熱流按預定方向流動至關重要。如果沒有它，系統可能會經歷不必要的熱損失或溫度分布不均，這可能導致熱導率測量的誤差。
2. 熱流傳感器用于對流檢測
系統包括一個 高靈敏度的熱流傳感器，用于檢測加熱板與反向加熱器之間可能發生的對流熱傳遞。這樣可以確保任何意外的熱流（可能干擾測量的熱流）都會被及時檢測并進行修正。如果沒有此傳感器，熱流的對流可能會導致熱導率測量中的誤差，因為它們可能會將熱量意外地帶走或帶入樣品。
3. 熱密封與測量精度
該系統實現了精準的熱密封，這是確保熱導率測量準確性的關鍵。這種熱密封是常規方法（如熱電偶）無法達到的，因為熱電偶的分辨率不足以檢測熱流或溫差中的微小變化。
4. 橫向熱流的偏轉與熱管理
λ-Meter EP500e 的一個特別先進的方面是其管理 橫向熱流偏轉。橫向熱流指的是在測量區和周圍保護加熱元件之間不必要的熱流，通常這種熱流的管理非常復雜。
為控制這一點，保護加熱環 起著核心作用。具體工作原理如下：
- 熱電偶鏈：超過 100 個熱電偶均勻分布在測量區和保護加熱環之間的間隙中。這些熱電偶能夠檢測到即使是最微小的橫向熱流，通常這種微小的熱流很難在熱測量中被察覺。
- 補償不必要的熱流：根據來自熱電偶的數據，保護加熱環會對任何檢測到的熱流進行補償，從而確保測量結果的準確性。
5. 溫控環與冷卻環的配合
除了保護加熱環，設備還配備了另外一圈保護加熱環，并且有一個冷卻或溫控環圍繞著保護加熱環。熱流在這兩圈環之間的流動將通過另一組熱電偶鏈（熱流傳感器）進行測量。這些傳感器會測量環之間的溫差，并確保整個系統在熱傳遞過程中保持平衡和穩定。
6. 樣品溫度場和控制變量計算
根據傳感器采集的數據，λ-Meter EP500e 會計算出樣品的溫度場。這個計算考慮了預設的測試方案、樣品厚度、室溫以及保護加熱環和冷卻溫控環的控制變量。通過這些復雜的數據處理，系統能夠精確評估樣品的熱導率，并保證測量的可靠性。
通過這一系列高精度的熱控制和傳感技術，λ-Meter EP500e 可以提供極為準確的熱導率測量，尤其是在面對難以管理的橫向熱流和微小熱變化時，具有無可比擬的優勢。
熱導率測量的熱條件原理
以下圖示（圖 3 和圖 4）展示了在 λ10 測量中，不同的熱導率測量工具對 120 毫米樣品所引起的熱場條件，這兩個工具均符合 ISO 8302 標準的要求。
圖 3：傳統的守護熱板裝置
圖 3 顯示了使用傳統守護熱板裝置進行測量時樣品中的熱場分布。在這種設置中，理想的情況是樣品的熱場為均勻的、一維的、且是靜態的。這種理想的熱場只有在以下條件下才能實現：樣品兩側的區域的溫度與樣品的平均溫度相等。
圖 4：λ-Meter EP500e熱導率測試工具
圖 4 顯示了λ-Meter EP500e 熱導率測試工具（守護熱板裝置）中引起的溫度場。這種設備在傳統設計的基礎上，增加了加熱和冷卻環，在樣品的兩側提供熱屏障，創建了一個與周圍環境（如室溫）無關的熱場。通過這種設計，樣品的溫度場能夠保持一維且靜態，即使在不同的環境條件下，也能確保溫度場的一致性。
溫度場的形成條件
- 傳統裝置（圖 3）：在傳統的守護熱板裝置中，理想的情況是樣品的熱場為均勻且一維的。當樣品的兩側區域溫度與樣品的平均溫度一致時，熱場才能均勻分布。這要求樣品與裝置之間的熱傳遞不受橫向溫差影響。
- 升級裝置（圖 4）：對于 λ-Meter EP500e 熱導率測試工具，通過增加額外的加熱環和冷卻環，這些環在樣品的兩側形成熱屏障，創造了一個獨立于周圍環境溫度的熱場。這種設計能夠確保溫度場始終保持一維且靜態，不受外部環境（例如室溫）的干擾
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- 冷卻環：通過冷卻環控制邊界溫度，避免室溫或濕氣影響測量結果，確保一維靜態溫度場。
- 減少測量時間：優化的設計縮短了測量時間，相比傳統裝置更加高效。
- 不需要恒溫室：該裝置可在任何常規環境下使用，無需特定的恒溫控制。
- 智能控制：內置智能控制系統自動優化測量參數，提升測試效率。
總體來說，λ-Meter EP500e 在熱導率測量中提供了更高的準確性、更短的測試時間和更大的靈活性，尤其是在環境溫度變化較大的條件下，展現了其顯著的優勢。
