TLS-100 热导率测试仪：基于标准与物理稳定的测量解决方案

TLS-100 热导率测试仪：基于标准与物理稳定的测量解决方案

 

TLS-100 是一款基于瞬态线热源法（热针法）的专业热导率测定仪，其设计、测试流程与性能指标全面遵循 ASTM D5334-22a《采用瞬态线热源法测定土壤和软岩热导率的标准试验方法》及 IEEE 442-2017《土壤和回填材料热阻率测量指南》两项核心国际标准。以下将从标准符合性角度，详细阐述仪器的设计核心、关键技术、设备规格及其应用价值。

 

设计核心

TLS-100 的测量周期严格遵循 ASTM D5334-22a 及 IEEE 442-2017 标准方法。其标称的3分钟测试时间，是一个完整的标准流程，包含初始温度稳态监控、标准线性加热阶段及后续数据处理。仪器设计以确保测试流程的规范性与一致性为首要目标，为数据的可比性与可靠性提供基础。

l 测试时长：根据探头尺寸优化，典型测试时长约为（50mm针：150秒；100mm针：90秒），符合标准中对加热时长与探头尺寸匹配的要求（ASTM 9.5）。

l 数据采集：仪器在加热与冷却阶段各自动记录60组高精度时间-温度数据。此做法不仅满足标准对数据点的要求，更通过采集冷却段数据参与计算，有效消除了系统漂移引入的误差，提高了结果的可靠性（符合ASTM对数据记录与分析的建议）。

 

关键技术

热针探头

l 100mm土壤探头：长度100mm，直径2mm，长径比严格保持50:1，完美符合IEEE 442-2017第4.2.1节和ASTM D5334-22a对实验室热针几何尺寸的要求，以模拟无限长线热源条件。

l 50mm岩石探头：适用于更小尺寸样品，但请注意其长径比50:4不满足IEEE 442-2017和ASTM D5334-22a 标准对实验室探针的规定。注意: 校准和数据分析仍按照 ASTM D5334-22a标准进行，从任何意义上讲，50 毫米测试针都符合 ASTM D5334-22a 标准，只是不符合标准中规定的长径比。

（左图为100mm探针，右图为50mm探针）

加热与电源系统

l 内置恒定电流源，在整个测试期间提供稳定加热功率（ASTM 6.2）。

l 加热功率设计合理，测试期间温升通常控制在环境温度25°C以内，符合IEEE 442-2017第5.2.2节对加热功率的指导原则，并提供低功率模式以适应极低导热性样品，确保温升符合ASTM 9.4的建议（温变＜10K/1000s）。

测量与记录系统

l 温度测量：分辨率高达0.01 K (0.01 °C)，远超IEEE 442要求的0.1°C，也优于ASTM D5334-22a对温度读数装置的要求（6.3）。

l 电参数测量：采用24位高精度模数转换器(ADC)，电压与电流测量精度均优于0.01单位，满足ASTM对电压-欧姆表(VOM)的精度要求（6.4）。

时间记录

时间分辨率达10毫秒，远高于标准要求的0.1秒（ASTM 6.5）。

 

设备界面

测试条件控制

预测试温度监控

TLS-100 采用预测试温度监控机制。在每次测试开始前，系统会持续监测样品与传感器的温度曲线，仅在确认达到稳定的热平衡后，才启动标准的线性加热程序。此方法从物理上确保了每次测试的起始条件一致，减少了因温度瞬变引入的系统误差，是实现高测量重复性（±2%）与长期数据稳定性的重要保障。

数据分析方法

遵循IEEE 442-2017第6章规定的计算方法，并创新性地纳入冷却段数据进行联合拟合，进一步提升了结果的抗干扰能力和准确性。

 

数据输出Excel制图案例

主要性能参数

Ø 测量方法：瞬态线热源法（TLS）

Ø 测量属性：热导率、电阻率（通过选配传感器可扩展更多功能）

Ø 热导率精度：±5%

Ø 测量重复性：±2%

Ø 典型测试时间：约3分钟（完整ASTM D5334-22a流程）

Ø 数据存储：最多1000条记录

Ø 标准符合性：符合 ASTM D5334-22a，IEEE 442-2017 标准

 

应用价值

TLS-100 不仅是一款高精度的实验室仪器，也适用于现场原位测试。它广泛应用于地热能调查、地下电缆管线热工设计、建筑地基热分析、岩土工程研究与材料开发等领域。其全面、透明的标准符合性设计，为用户提供了具有高度溯源性和可比性的可靠热物性数据，有力支持工程设计、学术研究及质量评估中的高标准数据需求。