水的導熱系數測量注意事項
發表時間：2023-08-29
通常用兩個數據來描述分析技術有多“好”。一個是準確度，表示測量結果有多準確，另一個是精確度，表示結果的重現性有多好。本應用說明處理導熱系數測量的準確性，利用水來舉例說明如何保證Hot Disk測量的質量。
在文獻中有許多發表的關于許多材料熱傳導特性的數值，有些可以追溯到19世紀。所有這些數據都是基于測量數據，因為沒有導熱系數的基準材料。在最好的情況下，發表的結果是在受控條件下用不同的技術從許多測量中整理而成的，即所謂的Round Robin測試。如果是這樣，所有測量值的平均值可能是對真實值的一個公平的估計，但絕不會少包含誤差和偏差，以及未知的幅度。
連接比熱和導熱系數
與上述描述唯一的例外是水的熱容。根據定義，1卡路里是在20°C的溫度下，將1克水的溫度升高1攝氏度所需要的能量。在SI單位中，水的Cp在20°C是4.18 J/gK。因為這是比熱的定義，所以它是準確和正確的。已知單位體積比熱(密度乘以Cp)等于導熱系數除以熱擴散系數，我們就有很好的機會通過同時測量水的導熱系數和擴散系數來測試準確度。20℃時，純水密度為1.00 g/cm3，單位體積比熱容為4.18 MJ/m3K。
測試水
要測量水，必須提前注意一些問題:水需要蒸餾，以去除所有離子。它還必須進行脫氣，并保存在密封的容器中，以去除溶解的氣體并防止與空氣接觸時新的吸收。用這種方法制備的水樣本被密封在一個裝有Hot Disk傳感器的容器中，并進行相應的測試。
采用符合ISO 22007-2標準的TPS 2500 S儀器進行分析。采用半徑為3.2 mm的傳感器，加熱功率為25 mW，測量時間為3 s。
結果
水的導熱系數在0 ~ 100℃之間，用Hot Disk TPS 2500 S測量結果如下。
水的初始測量溫度為20℃，結果顯示Cp為4.186 MJ/m3K。然后在0°C和以20°C為臺階上升到100°C時進行測試，最后在20°C再次進行測試。當樣品開始溶解周圍空氣中的氣體時，Cp值逐漸減小，如上20°C數據所示。
在每個溫度下都進行了5次測量，并計算每個溫度下的標準偏差，以評估測試的精度。標準差也被用來計算可信度水平，這樣小的變化可以被判斷為真實的或隨機的。在這些實驗標準差都被證明在2σ水平。
結論
用Hot Disk方法同時測量了熱導率和擴散率。再根據這些測量值，計算出單位體積比熱容。沒有使用或需要校準或與標準進行任何比較，因此Hot Disk方法是絕對的。計算結果與預期比熱值很好的吻合，可以得出熱導率和擴散率結果具有很高確定性的準確度。在熱導率和擴散率不準確的情況下卻得到和理論值相同的計算比熱的風險是可以忽略的。
原文：http://www.soux8.com/Tech_Detail.aspx?id=235
