TLS-100 技术指南

TLS-100 技术指南

ThermTest TLS-100 便携式热导率测试仪完全符合 ASTM D5334-14 标准（使用针式探头法测定土壤和岩石热导率的标准测试方法），同时也符合  ASTM D5930-09 标准（通过瞬态线热源技术测定塑料热导率的标准测试方法）。

 

图1. TLS-100 可在 -40 至 100°C 的温度范围内，测量热导率范围为 0.1 至 5 W/m·K、热阻率范围为 0.2 至 10 m·K/W 的土壤、固体和粉末的热性能。

 

ThermTest TLS-100 是一款独特的便携式测试仪，用于测量热导率和热阻率，非常适合在现场或实验室使用。其测量原理是通过加热一个完全被样品包裹的针式探头。对于固体样品，通常的操作是在材料块上钻一个直径略大于探针的孔，涂上导热膏，然后将探针插入钻孔中。对于较薄、难以钻孔的材料，可以调整此过程，以便仍能进行测量。

 

如何用TLS‑100测定保温材料的热阻值（R值）

导热系数 λ

指当材料内部存在单位温度梯度（1°C/m 或 1°F/in）时，单位时间（1 秒或 1 小时）内通过单位面积（1 m² 或 1 ft²）的热量（单位：W 或 BTU）。

常用单位为 W/(m·°C) 或 BTU·in/(ft²·hr·°F)。

热阻率

是导热系数的倒数（1/λ），因此单位为 m·°C/W 或 ft²·hr·°F/(BTU·in)。

热阻率表示材料单位厚度（每米或每英寸）的阻热能力。

热阻

是热阻率与材料厚度的乘积，因此其数值不仅取决于材料本身，还与材料的实际厚度及结构相关。

在美国建筑行业中常用的 R 值，即为以 ft²·hr·°F/BTU 为单位的热阻。

使用TLS‑100测定R值的方法是：先测量材料的热阻率，再乘以样本厚度。

 

例如，使用TLS-100对一种绝缘材料进行了测量，发现其热阻率为15 m·℃/W。

如果该隔热层的厚度为4 英寸，那么其热阻值将为：

4 inches = 0.1016 m

1 m²·℃/W ≈ 5.678 ft²·°F·h/BTU

R = 15 m·℃/W * 0.1016 m = 1.524 m²·℃/W ≈ 8.65 ft²·°F·h/BTU

因此，该隔热材料的R值约为8.65。若厚度增加一倍，R值也会相应翻倍。

 

使用多个样品块测试聚合物材料

针对这种情况，可采用两种方法：

1. 分体式样品：可在两个样品块上分别加工或钻出浅槽，使其拼合后能环绕探针；也可将两个样品块拼合，直接从中间贯穿钻孔，再将探针插入孔中。

2. 整体式样品：对于单个固体块，则直接钻孔，在探针上涂抹导热膏后插入样品中。

通过上述技术，TLS-100导热系数测量仪可用于测量多种固体材料。

 

图2.可将两块固体材料加工至能贴合TLS-100探针。可在每块材料上开槽，或将两块拼合后一次性从中间钻孔。

 

 

图3. 对于整体块状样品，先钻孔，在探针上涂抹导热膏，再将其插入固体样品中。

 

橡胶与硅胶样品导热系数的测试

测试橡胶与硅胶样品的一般步骤如下：先在样品上钻孔，孔径应略大于所用金属套管的直径。将金属测试套管插入孔中（金属套管应插入样品至少90%的深度，以便测试结束后可用钳子将其取出），再将涂抹了导热膏的探针插入金属套管内。使用金属测试套管可防止探针直接卡在样品中。

经测试确认，使用AWG #26规格的钻头制备插孔最为合适。该尺寸既能确保金属套管顺利插入，不会因过紧而产生过大阻力，又便于在测试结束后用钳子将套管取出。

若条件允许，也可选择将样品剖开以取出金属套管。必须注意：切勿在不使用金属套管的情况下直接将探针插入硅胶样品，否则探针会卡在样品内，强行取出可能导致探针损坏。

 

图4. 在样品上钻出若干尺寸适宜的孔洞。用于测试的孔应彻底钻透、清洁无碎屑，且位于样品靠近中心的位置。

 

图5. 金属测试套管、导热膏及TLS-100探针

 

图6. 将金属测试套管插入钻好的孔中（套管总长度应至少有90%插入样品内）。套管需保留部分露在样品表面，以便测试结束后可用钳子将其取出。

 

图7. 将导热膏涂抹在TLS-100探针上，然后将其插入金属套管内。

 

图8： 插入金属套管的硅胶样品

 

图9：左图) 均匀涂抹导热膏的TLS-100 100mm vCP传感器；右图) 传感器正在插入套管中。