TP02用于热导率测量的非稳态探针

TP02是一种探头，它能够以高精度对插入其中的介质的热导率(或热阻率)进行实用而快速的测量。它符合ASTM D5334-14、D5930-97和IEEE 442-1981标准。标准TP02探头已被证明适用于土壤、热回填材料、沉积物、食品、 粉末、污泥、油漆、胶水和各种其他材料。非稳态探针(NSSP)测量方法(也称为瞬态线源、热针、热针、热脉冲和热线技术)具有快速和绝对的基本优点，而样品大小并不重要。Hukseflux专注于NSSP设计。为现场实地实验开发了特殊模型。对于土壤中的永久安装，可提供专用型号TP01。TP02是与瓦赫宁根大学应用物理组合作设计和测试的。

图1 TP02非稳态探针由一个带有两个热电偶接点的探针组成；热接头(3)和冷接头(4)(尖端的冷接头保持稳定的温度)以及电热丝(2)。将针插入被研究的介质中。基准温度传感器(pt 1000)(1)安装在底座(6)中。这种设计的优点:与介质温度无关的*佳精度和对热梯度的*小敏感性。针长150毫米。所有尺寸以毫米为单位。

一、介绍 

美国材料与试验协会(ASTM)和电气与电子工程师协会 (IEEE)的标准描述了确定材料热导率的成熟方法。 ASTM D5334-14和D5930-97以及IEEE标准 442-1981“标准试验方法”规定了非稳态探针(NSSP)在各种应用中的使用。一般来说，NSSP由代表理想线热源 的电热丝和能够测量该热源温度的温度传感器组成。探针插入被研究的介质中。NSSP原理依赖于线源的一个独特属性:在短暂的瞬态周期后，温升∆T仅取决于加热器功率Q和介质热导率λ:

 ∆T = (Q / 4 π λ) (ln t + B) 

 其中∆T以K为单位，Q以W/m为单位，λ以W/mK为单 位，t以秒为单位，B为常数。通过测量加热器功率，并及时跟踪温度(对于TP02，通常加热100秒)，可以计算λ。样本大小并不重要。

Q、t和∆T的测量分别是功率、时间和温度的直接测量。 这些都是在不需要参考资料的情况下完成的。TP02的测量是绝对的。 

TP02可以作为一个单独的探头安装在用户的测量和控制系统中。它适合与坎贝尔科学公司的CR10X和CR1000一起使用。

二、TP02 设计 

Hukseflux TP02的设计能够覆盖广泛的应用。设计考虑因素如下: 

*佳精度:TP02在探针中集成了2个热电偶结，产生与t成比例的电压输出U。尖端的热电偶结不加热。主信号是在长度的1/3处的这个热接头和在尖端的冷接头之间的差分信号。 

在这种配置中，开始测量前的电压总是很小，与介质温度无关。在针中只有一个传感器的设计中，信号U将出现在更大的信号之上。 

当在高温和低温下测量时，双结设计具有较高的精度。

此外，通过在针头中设置冷接点和热接点，可以*大程度地降低对介质温度变化的敏感性。 

底座中的温度传感器:底座中的参考温度传感器(Pt1000) 用作“冷接点”测量，以确定绝对介质温度T。这是ASTM所要求的。 

耐温防潮:TP02中的所有材料都具有很高的耐温性。它有一个全不锈钢针和基地。TP02完全密封。它有一个焊接的尖端。这种不妥协的密封保证了传感器的长期稳定性。 带有胶合密封或环氧树脂外壳的设计在这方面不太可靠， 尤其是在潮湿环境中工作时。 

标准电缆和连接器:将Pt1000温度传感器放在底座中允许 使用普通铜芯电缆和连接器进行TP02的电缆延伸。 

数据处理:用TP02获得的数据可以在任何正常的电子表格 程序中处理。