瞬態(tài)平面熱源法熱常數(shù)分析儀的核心部件就是超薄膜式探頭，如下圖2-0所示，探頭的材料是由刻蝕后的電熱金屬鎳絲，其結(jié)構(gòu)是由多圈雙螺旋構(gòu)成，同時(shí)做為加熱和傳感器，如下圖2-1所示。探頭用聚酰亞胺薄膜封裝，一方面可以防止電熱鎳絲被腐蝕，另一方面可以防壓保護(hù)探頭不會(huì)變形。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，探頭被緊密夾在二塊被測(cè)樣品之間，測(cè)量電路是由探頭和標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)，給該電路提供恒定電壓，使探頭產(chǎn)生熱量，溫度升高引起探頭的電阻變化，根據(jù)探頭電阻的變化可以求出其近表面的溫升曲線，再依據(jù)溫升曲線對(duì)傳熱模型進(jìn)行擬合，就可求出材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)。探頭的溫度響應(yīng)受被測(cè)材料的熱物性影響，若被測(cè)材料的導(dǎo)熱系數(shù)比較小，隔熱效果好，熱量不易被傳走，則探頭的溫升比較高；探頭與樣品材料的熱流傳遞情況如下圖2-2所示。
圖2-0 超薄膜式探頭
*，任何導(dǎo)體的電阻在溫度改變時(shí)都是會(huì)發(fā)生變化，如金屬的電阻總是隨溫度的升高而增大，這是因?yàn)楫?dāng)溫度升高時(shí)，金屬中分子熱運(yùn)動(dòng)加劇的結(jié)果。當(dāng)導(dǎo)體電阻為1Ω時(shí)，溫度變化1℃，其電阻變化的數(shù)值稱為電阻溫度系數(shù)。由于可見(jiàn)，溫度對(duì)不同物質(zhì)的電阻值均有不同的影晌。
1、電阻溫度換算公式： R2=R1*（T+t2）/（T+t1） R2 = 0.26 x （235 +（-40））/（235 + 20）=0.1988Ω ；計(jì)算值 80 。
t1-----繞組溫度
T------電阻溫度常數(shù)（銅線取235，鋁線取225）
t2-----換算溫度（75 °C或15 °C）
R1----測(cè)量電阻值
R2----換算電阻值。
2、在溫度變化范圍不大時(shí)，純金屬的電阻率隨溫度線性地增大，即ρ=ρ0（1+αt），式中ρ、ρ0分別是t℃和0℃的電阻率 ，α稱為電阻的溫度系數(shù)。多數(shù)金屬的α≈0.4%。 由于α比金屬的線膨脹顯著得多（ 溫度升高 1℃ ， 金屬長(zhǎng)度只膨脹約0.001%） ，在考慮金屬電阻隨溫度變化時(shí) ， 其長(zhǎng)度 l和截面積S的變化可略，故R = R0 （1+αt），式中和分別是金屬導(dǎo)體在t℃和0℃的電阻。
3、電阻溫度系數(shù)表示電阻當(dāng)溫度改變1度時(shí)，電阻值的相對(duì)變化，單位為ppm/℃。有負(fù)溫度系數(shù)、正溫度系數(shù)及在某一特定溫度下電阻只會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度系數(shù)。當(dāng)溫度每升高1℃時(shí)，導(dǎo)體電阻的增加值與原來(lái)電阻的比值，叫做電阻溫度系數(shù)，它的單位是1代，其計(jì)算公式為 α=（R2-R1）/R1（t2--t1） ；式中R1--溫度為t1時(shí)的電阻值，Ω; R2--溫度為t2時(shí)的電阻值。
為了測(cè)量探頭表面的溫升曲線，基本的方案是由測(cè)試探頭內(nèi)的電熱金屬線的電阻的變化來(lái)反推出溫度變化。把測(cè)量電路簡(jiǎn)單化，測(cè)量電路由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻R1 和探頭串聯(lián)組成，測(cè)試采集電路如下圖 2-4 所示。 儀器工作時(shí)，給該測(cè)試電路加上恒定電壓 E，用高精度電壓信號(hào)采集系統(tǒng)測(cè)出標(biāo)準(zhǔn)電阻 R1 的電壓值 U1 和探頭二端的電壓 U0，根據(jù)歐姆定律可以很快算出探頭的電阻 R(t) ，也就可以得到探頭的電阻變化 ΔR 了，再根據(jù)電阻與溫升的關(guān)系可以獲得探頭表面的溫升曲線.
圖 2-4 電壓采集電路
在線咨詢