脉冲缆测试仪

电缆故障测试仪是一种用于检测电缆各种故障的设备。当电缆在运行过程中出现问题时，普通人很难判断故障点。只有借助电缆故障测试仪，才能检测出问题段的电缆，从而根据检测到的显示结果确定电缆的故障点和故障原因，然后进行有针对性的解决！那么使用电缆故障测试仪有哪些测试方法呢？让我们和福禄德一起好好看看吧！　　[b][url=http://www.whfulude.com/]电缆故障测试仪[/url]的测试方法主要有以下五种：[/b]　　1、脉冲故障测距法：　　这种方法是一种非常传统的故障测距方法，利用故障点产生的电波传播到测试点的时间来计算故障点的距离。该方法适用于所有电缆故障，但测试精度较低，因为测试结果受电缆长度和故障点反射脉冲强度的影响较大。　　2、低压脉冲反射法：　　低压脉冲反射法主要用于低阻抗电缆故障测试。通过在电缆中施加低压脉冲，当脉冲在传播过程中遇到故障点时，反射回波会因阻抗不匹配而产生。通过使用示波器记录回波，可以分析故障点的位置。这种方法操作简单，直观易懂。[align=center][img=电缆故障测试仪产品,484,300]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/12/202312281901153664_8925_6337156_3.jpg!w484x300.jpg[/img][/align]　　3、直闪法：　　闪光法是一种用于闪光故障的测试方法。这种方法是将DC电压施加到电缆上，使故障点闪光放电，从而产生可检测的电波信号。故障点的位置可以通过分析回波信号的传播时间来计算。因为直闪法需要在较高的电压下操作，所以需要特别注意安全问题。　　4、冲闪法：　　闪光法是介于直闪法和低压脉冲反射法之间的一种方法。这种方法通过向电缆施加逐渐增加的电压，使故障点在较高的电压下闪光放电。与直闪法相比，闪光法的操作更安全，还可以产生可检测的电波信号。故障点的位置可以通过分析回波信号的传播时间来计算。　　5、二次脉冲法：　　二次脉冲法是一种相对较新的故障测距方法。这种方法通过向电缆施加脉冲信号，当脉冲信号在传播过程中遇到故障点时，反射回波会因阻抗不匹配而产生。在回波信号中，包括二次脉冲信号和一次脉冲信号，二次脉冲信号通过特殊电路分离，然后施加到电缆中，产生新的反射信号。通过分析一次和二次反射信号，故障点的位置可以更准确地计算出来。该方法操作简单，精度高，是目前故障测距的理想方法。　　上面介绍的电缆故障测试仪主要有五种测试方法，希望大家能理解，这对后续的电缆故障测试有很大的帮助。查看更多关于电缆故障测试仪的产品，欢迎来：http://www.whfulude.com/hangye/1663.html

[img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/12/202312120919087125_66_5604214_3.png!w690x690.jpg[/img] 　电缆故障测试仪是一种专门用于检测电缆故障的仪器，它可以帮助用户快速、准确地确定电缆故障的位置和性质，从而保障电力系统的稳定运行。本文将详细介绍电缆故障测试仪的应用。　　一、电缆故障测试仪的基本原理　　电缆故障测试仪基于脉冲反射原理，通过向电缆发送脉冲信号，然后分析反射回来的信号来确定故障的位置和性质。根据不同的脉冲类型和测量方法，电缆故障测试仪可以分为多种类型，如脉冲电压法、脉冲电流法、低压脉冲法等。　　二、电缆故障测试仪的应用范围　　1.电力行业　　在电力行业中，电缆故障测试仪被广泛应用于电力传输、配电网络和变电站中。当电缆出现故障时，使用电缆故障测试仪可以快速找到故障点，提高维修效率，缩短停电时间，减少经济损失。　　2.铁路行业　　铁路系统中的电力传输线路长且复杂，电缆故障测试仪可以帮助铁路维护人员快速找到铁路电力线路中的故障点，保障铁路运输的可靠性。　　3.石化行业　　石化行业中，电缆广泛应用于各种设备中，如泵、风机、压缩机等。电缆故障测试仪可以帮助石化维护人员快速找到电缆故障点，保障生产设备的正常运行。　　4.建筑行业　　建筑行业中，电缆广泛应用于照明、空调、电梯等设备中。使用电缆故障测试仪可以快速检测出电缆的故障，保障建筑的正常供电和用电安全。　　三、电缆故障测试仪的优点　　1.快速准确：电缆故障测试仪可以快速准确地找到电缆故障点，提高维修效率。　　2.安全可靠：电缆故障测试仪采用非破坏性测试方法，不会对电缆造成损伤，保证维修安全可靠。　　3.易于操作：现代的电缆故障测试仪采用智能化的操作系统，用户界面友好，操作简单易懂。　　4.多功能性：现代的电缆故障测试仪不仅可以用于测试电力电缆的故障，还可以用于通信电缆、光纤等不同类型电缆的测试。　　5.适应性强：电缆故障测试仪可以在不同的环境中使用，如室内、室外、高温、低温等环境。　　四、电缆故障测试仪的使用注意事项　　1.使用前应认真阅读使用说明书，了解仪器的使用方法和注意事项。　　2.使用电缆故障测试仪时应注意安全，避免触电等事故的发生。　　3.应选择适合的型号和测量方法，不同的电缆类型和故障类型需要使用不同的仪器和测量方法。　　4.测试时应注意周围环境的影响，如其他电磁干扰等。　　5.在使用过程中如遇到问题，应立即停止使用并联系专业维修人员进行检查和维修。　　五、结论　　电缆故障测试仪在电力、铁路、石化、建筑等多个行业中都有广泛的应用，它可以快速准确地找到电缆故障点，提高维修效率，保障电力系统的稳定运行。在使用过程中，应注意安全和准确操作，以保证测试结果的准确性和可靠性。同时，对于不同的行业和不同的电缆类型和故障类型，应选择适合的型号和测量方法，以达到最佳的测试效果。　　?　　?

众所周知，激光脉冲法测试原理是试样在绝热条件下前表面受瞬时脉冲热流加热根据试样背表面温度随时间的变化情况，确定试样的热扩散率。问题： 1 每种材料吸收激光的速度对测试结果有影响吗？ 2 材料有没有反光的问题，如果是镜面，存在部分反光，那吸收的激光能量就没有那么多了，这样对最终测试结果有没有影响？ 3 再添加一问题，采用激光脉冲法测试透明半透明材料时，在脉冲照射后样品起始升温的区域存在基线的“跃迁”，这个“跃迁”是什么导致的？耐驰说明书上写这种情况需要选择辐射模型+脉冲修正，难道说这个跃迁是材料本身辐射导致的？怎么产生辐射的？http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/03/201303272042_432667_1698940_3.jpg

最近有朋友对导热系数测试方法如何选择想进行一些讨论，这里就我们在导热系数测试中的经验，以及导热系数测试设备研制和测试方法研究中的体会谈一些感受，欢迎大家批评指正。 材料的导热系数一般采用两类测试方法，一类是稳态法，主要包括护热板法、护热板热流计法和护热式圆筒法等；另一是非稳态法，主要包括激光脉冲法、热线法、热探针法和平面热源法等。这些方法国内外都有相应的测试标准，是比较成熟和经典测试方法。 对于稳态护热板法和激光脉冲法来说，这两种测试方法基本上属于互补性关系，即分别覆盖不同导热系数范围的测量。通常，稳态法的导热系数测试范围为0.005~1 W/mK；非稳态激光脉冲法的导热系数测试范围为1～400 W/mK。在满足测试条件的前提下，稳态法的测量精度可以达到±3％以内，激光脉冲法的测量精度可以达到±5％以内。 材料的导热系数一般采用两类测试方法，一类是稳态法，主要包括护热板法、护热板热流计法和护热式圆筒法等；另一是非稳态法，主要包括激光脉冲法、热线法、热探针法和平面热源法等。这些方法国内外都有相应的测试标准，是比较成熟和经典测试方法。 低导热材料一般泛指导热系数在0.1～1W/mK 范围的隔热材料。这类材料由于导热系数低常被用作工程隔热材料，如各种玻璃钢类材料、树脂基类复合材料和陶瓷材料等。在这类低导热材料的导热系数测量中，测试方法的选择常常容易出现偏差，很多测量机构由于只有激光脉冲法测试设备，而就用激光脉冲法测量这类低导热材料，测量结果往往出现比稳态法准确测量值低15％～20％的现象。采用氟塑料（导热系数0.2 W/mK 左右）和纯聚酰亚氨树脂材料Vespel SP1（导热系数0.4W/mK 左右），用稳态法和瞬态激光脉冲法进行的比对试验也证明激光脉冲法的测试结果确实偏低。有些材料研制机构也利用这种现象来证明研制的材料达到了验收标准，这样很容易误导材料设计和使用部门的正常使用。 对于低导热材料的测试，造成激光脉冲法测量结果总是要低于稳态法测量结果的主要原因是由测量装置的固有因素造成，主要体现在以下两个方面：一、激光脉冲法测量装置的影响 激光脉冲法测试设备的试样支架，一般都是采用导热系数较低的陶瓷材料做成，其目的是在固定试样的同时尽可能减少传导热损失，以保证激光脉冲加热试样后，试样内的热流沿着试样厚度方向以一维形式传递。如果被测试样的导热系数小于1W/mK，基本上与陶瓷支架相近，这样必然会引起较大的侧面热失，破坏一维传热模型。如图 1 所示，侧面热损会使得试样背面的最大温升Tm 降低，从而造成较大的测量误差。而这些热损情况在稳态测量方法中不会出现。 如图 1 所示，采用激光脉冲法测量材料热扩散时，导热系数越大，背面温升达到一半最高点的时间t0.5 越短，背面温升采集时间10t0.5 也越短。一般金属材料背面温升达到一般最大值的时间t0.5 大约在50 毫秒以内，而对低热导率材料，背面温升达到一半最大值时间t0.5 就需要上百毫秒以上，同时总的采集时间10t0.5 也将相应的增大很多，如此长的传热时间，必然会引起强烈的侧面热损。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/03/201503202143_539038_3384_3.png图1 激光脉冲法典型背面温升曲线 激光脉冲法一般都是采用间接测量方式获得被测材料的导热系数，即激光脉冲法测量材料的热扩散率，然后与其它方法测得的密度和比热容数据相乘后得到被测材料的导热系数。这样得到的导热系数数据势必会叠加上其它方法测量误差，特别是比热容的测试误差一般较大。这样获得的导热系数测量精度就势必要比稳态法直接测量的热导率误差偏大。二、激光脉冲法试验参数的影响 如图 1 所示，激光脉冲法在测试过程中，试样在激光脉冲加热后，试样背面温升快速升高，最大温升也仅1 ~ 5℃之间。但对于低导热材料，由于材料导热系数比较低，要使背面温度达到可探测的幅度很困难。为了解决背面温升的可探测性，必须通过两种途径：一是采用很薄的试样，约为1mm 厚，否则很难探测到有效信号；二是在采用薄试样的同时增大激光脉冲的能量，也就是提高脉冲加热试样的功率，使得试样前表面达到更高的温度。这两种途径都会对低导热材料的测量结果带来影响： （1）低导热材料多为复合材料，密度一般都很小。激光脉冲法的试样直径（10mm ～ 12mm）本来就很小，如果试样厚度再很薄，对于复合材料来说很难具有代表性。并且密度分布的不均匀，会使得测量结果的离散性比较大。而稳态法测量所用的试样一般较大，代表性强。 （2）激光脉冲法认为激光脉冲加热试样前表面时，前表面热量的吸收层相比试样总体厚度越小越好。而一般低导热材料的热分解温度和熔点较低，高功率脉冲激光很容易使得试样表面产生高温加热而带来化学反应，反应层厚度相比试样总体厚度较大，破坏了激光脉冲法测试模型的要求，带来测量结果的不真实性。而在稳态法测量过程中，测试过程中的温度变化都严格控制在被测材料热分解温度点以下，就是为了避免热分解现象的产生带来测量结果的不真实性。 （3）一般导热系数测量过程都带有温度变化和一定的温度梯度。激光脉冲法测量如果在静止气氛中进行，背面温升的变化会受到辐射和对流的影响。所以，激光脉冲法在测量过程中，一般需要抽真空测试，以消除对流影响。而对一般复合材料来说，密度越低，在真空下发生真空质量损失的现象也越强烈。如果被测材料密度较低，真空质量损失会使得试样厚度和质量发生变化，如果再加上激光脉冲加热更会加剧质量损失过程，对测量结果带来影响。 （4）由于低密度材料内部容易存在着空隙和气孔，如果在真空中测量这类材料，真空环境将严重的改变试样内部的传热方式，基本上不再有对流传热。因此真空下测量的热导率会比在常压大气环境的测量值明显偏低。而稳态法测试设备绝大多数是在常压大气下进行，通过特别的护热装置使得在试样外部不存在温度梯度以消除对流，传热现象只发生在试样内部，因此稳态法测量结果代表的是常压大气环境下材料的热导率。个别变真空稳态法测量装置，也是专门用来测量评价材料在不同真空度下的热导率，以用于准确表征材料在不同真空度下的隔热性能。 因此，对于低导热材料热导率的测量，如果条件允许，尽量采用稳态测量方法，并明确试验条件，建议不采用激光脉冲法测量低导热材料热导率。 目前在国内的军工系统中都普遍采用稳态的保护热流计法导热系数测定仪来进行树脂基复合材料的导热系数测试，并已经做为工艺考核标准。多数采用的是美国TA公司的MODEL 2022导热仪，圆片状试样直径有1英寸（25.4mm）和2英寸（50.8mm）两种规格，最高测试温度为300℃。同时，美国TA公司的MODEL 2022导热仪也是该公司的主流产品，由此也可以看出这种稳态测试方法的应用十分广泛。

绝缘电阻测试仪广泛应用于设备检测和故障排除。它广泛应用于电力检测行业。甚至可以说，电力设备离不开绝缘电阻测试仪设备。对于许多经验丰富的电力测试工人来说，[url=http://www.whfulude.cn/jieyuan/]绝缘电阻测试仪[/url]的常规测量范围和方法应该非常清楚。在本文中，我们将向一些新的电力测试工人介绍这两个问题。我希望他们能对你有所帮助！　　[b]一、绝缘电阻测试仪的测量范围[/b]　　绝缘电阻测试仪的测量范围通常为0.1兆欧（MΩ）至1000兆欧（MΩ）之间。一些好的绝缘电阻测试仪甚至可以测量较低的电阻值，例如0.01兆欧元（MΩ）或者还要少。另外，有些仪器还具有较高的电压测量范围，能够满足不同设备的绝缘电阻测试要求。[align=center][img=绝缘电阻测试仪,484,300]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/12/202312272133194003_9946_6337156_3.jpg!w484x300.jpg[/img][/align]　　[b]二、绝缘电阻测试仪的测量方法[/b]　　1、直接测量法　　直接测量是最常用的绝缘电阻测试方法之一。在这种方法中，绝缘电阻测试仪通过高压电源和电阻对设备施加电压，并测量流过设备的电流。然后，根据欧姆定律计算设备的绝缘电阻值。直接测量方法的优点是易于使用，适用于大多数设备的绝缘电阻测试。　　2、电流衰减法　　电流衰减法是一种通过测量电流根据时间的变化来计算绝缘电阻的方法。在这种方法中，设备的绝缘电阻是由绝缘电阻测试仪在给设备施加一定的电压后，通过测量电流根据时间的变化率来计算的。电流衰减法的优点是可以测量较大的电阻值，并且对测试环境的干扰有很强的抵抗力。　　3、脉冲法　　脉冲法是一种通过向设备施加脉冲电压来测量绝缘电阻的方法。在这种方法中，绝缘电阻测试仪向设备施加一定幅度的脉冲电压，并测量设备上脉冲电压产生的泄漏电流。然后，仪器根据欧姆定律计算设备的绝缘电阻值。脉冲法的优点是可以测量较小的电阻值，并且可以防止设备在测试过程中受到电压的影响。　　4、反接法　　反向连接法是一种通过反向连接设备电源的正负极来测量绝缘电阻的方法。在这种方法中，绝缘电阻测试仪将设备的绝缘电阻反向连接到设备的电源的正负极后，通过测量流过设备的电流来计算设备的绝缘电阻。反向连接法的优点是可以避免设备在测试过程中受到电压冲击的影响，并在正常工作条件下测量设备的绝缘性能。　　以上关于绝缘电阻测试仪常规测量范围和测量方法的介绍来自经验丰富的老电力人员的总结。我希望它能对你有所帮助！更多关于绝缘电阻测试仪的产品及相关信息，欢迎来武汉福禄德电力查看：http://www.whfulude.cn/jywd/165.html

绝缘子测试仪是一种理想的运行线路试验设备,主要用于交流线路10～500kV的带电测量过线塔的绝缘子串电压分布值。随着科学的发展，绝缘子测试仪走进了实验室，主要用于试验室内各种35kV以及交流电压绝缘子的电压分布测量。绝缘子测试仪是一种理想的保障线路运行安全的电力检测设备和带电作业辅助工具。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/01/201401071254_486962_2781177_3.jpg 随时科技的不断进步，绝缘子测试仪的样式与种类也越来越多，但其在原理上基本上是一样的：测量绝缘子两点之间电位差，将被测电压变成电场进行测量。因而阻抗高，对于被测量系统的影响最小。被测出的信号经内部放大处理，最后以电压值的形式，由LCD数字显示输出。 如果某一片绝缘子的电位差为 O 时 , 则该片绝缘于为零值绝缘子。如测试中某一节是标准值 50% 时说明其是劣化绝缘子。最后根据所测的数据还可以绘制绝缘于分布电压图，通过绝缘子电压分布图就可以很方便的绝缘子的优劣或者使用状态。从绝缘子测试仪的测试原理来看，整个测量过程是非常简单的。 下现以三新电力旗下产品SX-15绝缘子带电测试仪为例说明其使用方法 用M8螺丝将SX-15表装于绝缘操作杆上，杆的长度应符合带电作业的规定。调整接头，使接触杆与被测绝缘子的悬挂方式对应，能顺利地接触到被测绝缘子两端的金属部分。连接好插头，打开开关，有液晶显示便可工作，读数的单位为kV。 测量过程中有两需要注意：第一，本测试仪采用了独特的升压方式，即晶体震荡，再通过特殊的频率脉冲分配电路，产生脉动脉冲信号，整流滤波后得到高压。5000V直流电压容易受到外界环境的影响而改变，特别是环境湿度的影响，一般情况下，高压应在4000V至6000V之间；第二“电源开关”打开后，不要用手直接接触“测试杆”，以免高压静电伤人。

记一次脉冲强磁场设备维修原创：大陆2015-11-13一、前言磁场设备是磁学研究中产生磁场的设备，根据可产生最高磁场强弱可以分为亥姆赫兹线圈、永磁场发生器、电磁铁、超导磁体与强脉冲磁场发生器几种，其中使用脉冲磁场发生器原理是短时间通大电流产生强磁场，在相同的散热及供电功率等配套条件下可以产生比稳恒磁体强一个数量级以上的磁场，因而可以在物理、化学与生物研究中需要强场的场合应用。目前脉冲强磁场能产生的最高磁场的世界纪录超过2千特斯拉，不过这些极端磁场的产生过程伴随爆炸冲击波作用，只是一次性的产生，线圈无法再次使用，而且需要防爆实验环境；能够重复使用同一个线圈可控产生的脉冲强磁场最高约1百特斯拉，这需要配套专门的实验室与供电通道；在普通实验室条件下对脉冲磁场发生装置的需求一是不需要专门的电力改造，且整个装置方便移动，不过产生的磁场最高超过10特斯拉，我们实验室(磁学国家重点实验室)就有一套这样的样机设备，是实验室几位老前辈在1990年前后自己做的，设备整体照片如图1，它的主体分为充放电控制模块、线圈负载与电容柜(如图02中肚子里主要装的是1kV，0.1mF的电容阵列，合计98个，总容量9.8毫法拉) 、。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573466_1611921_3.png图01 脉冲强磁场装置照片http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573467_1611921_3.jpeg图02 脉冲强磁场装置中的电容二、故障及诊断维修前段时间有使用者在使用过程中发现设备电容无法充到设定电压，从而无法放电产生磁场。首先通过沟通，获知设备是在用户更换自己的负载线圈之后引起，用户自己的负载线圈电感约10纳亨，而设备标配的负载线圈是280微亨，相差4个数量级；然后结合图03所示的脉冲强磁场的电路分析故障在充电模块；最后打开机柜，通过肉眼观察线路板与元器件，如图04所示，可以看到大功率晶闸管的散热固定木柱有裂纹，从而将故障诊断在晶闸管上。值得一提的是，必须赞一下实验室前辈们：在设备制造过程中保留着晶闸管的铭牌，这样尽管他们退休好多年了，设备出现问题，后人还可以找到配件的线索。将晶闸管拆下来后发现正反向都是导通状态，显然控制端无法控制其单向积累电荷给电容充电，因而根据铭牌上的最大电流500A、耐压1800V、控制电压1.5V指标购买替换晶闸管，幸运的是市场上还能找到同样规格的KP-500A晶闸管，买回来替换上后测试发现仪器可以正常充放电，至此维修工作完成。简单分析其原因是使用者将负载换成特别轻的电感，这样在最高800V充电后，电感几乎不能增加阻抗，此时放电回路电路中的阻抗幅值约0.5欧姆，导致放电回路中的电流瞬间超过1600安培，而晶闸管的最高承受电流只有500安培，所以损坏导致故障。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573468_1611921_3.gif图03 脉冲强磁场装置充放电原理电路图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573469_1611921_3.png图04 脉冲强磁场装置充放电电路照片http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573470_1611921_3.jpeg图05 更换的晶闸管照片三、测试验证我们知道，设备维修让设备能工作与是否适合科学研究是两码事，为了让使用者更好的在该设备上开展研究，需要在正常工作的基础上对其性能做一次测试验证，测量不同充电电压对应在标准负载线圈中的放电脉冲磁场。测试用到的工具是带轴向(霍尔传感器)磁场探头的特斯拉计(高斯计)，与一台示波器，如图06所示，由于仪器尾部自带有BNC模拟接口，将其连在示波器上，但初步测试发现仪器标配的模拟信号在较高磁场下有饱和截断平台，如图07所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573471_1611921_3.png图06 测试验证需要的仪器http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573472_1611921_3.png图07 直接使用模拟信号观测脉冲场波形经过与特斯拉计的工程师交流，得知其模拟输出的是原始霍尔电压信号放大10倍并做滤波限幅保护等电路处理之后输出的结果，而设备限幅4V，对应典型传感器最高只能测量4T的磁场。我们目前的应用明显要测量超过4T的磁场，那么要想获得高于4T的模拟脉冲信号，怎么办呢？使用原始(未经放大、调理、限幅处理的)霍尔电压信号！于是打开特斯拉计机箱，如图08所示，http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573473_1611921_3.png图08 特斯拉计内部电路结构http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573474_1611921_3.png图09 改变模拟BNC输入线的接入位置做好以上的准备工作后，开始进行测量系统标定，为了简便，这里使用一块永磁体产生磁场做动态模拟电压-磁场标定，放在探头边上，通过调节距离改变特斯拉计的输入磁场，记录特斯拉计与示波器上直流信号的平均值，绘制成曲线并拟合如图10所示。然后将磁场探头放入负载线圈的中心位置，测量不同放电电压下产生的脉冲磁场波形，并根据指数衰减放电函数拟合出峰值与脉宽，如图11所示。最后将所有的初始放电电压获得的脉冲磁场信号曲线的拟合结果汇总可得脉宽不随放电电压变化，恒定约1毫秒，峰值磁场与初始放电电压关系经拟合满足为B(特斯拉)=20V(千伏)关系，该设备在最高800V电压充电时产生峰值磁场约16T，使用相对简单的原理与低成本[c

[color=#cc0000]摘要：本文介绍了一种闪光法热扩散系数测试规范——闪光能量外推法，即在样品恒温阶段采用一系列不同大小的闪光脉冲加热能量进行测试，然后将相应的热扩散系数测试结果外推至零加热能量，由此准确得到与试验参数（样品厚度和加热能量）无关的热扩散系数准确值。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][color=#cc0000]1.问题的提出[/color] 在采用闪光法测量材料热扩散系数过程中，诸如样品厚度和闪光脉冲加热能量这些试验参数的选择，使得测试人员最常面临的困惑就是试验参数选择合理性和测试结果的准确性，这种现象在实际测试中主要表现在以下几个方面： （1）对于相同材料和厚度的样品，设置不同闪光脉冲加热能量，往往会得到不同测试结果，无法判断加热能量参数选择的合理性和测试结果的准确性。 （2）对于未知材料，无法确定合理的样品厚度，往往造成不同样品厚度测试的热扩散系数有明显偏差。 （3）对于相同材料和厚度的样品，不同实验室采用不同型号闪光法仪器，经常会得出不同的测试结果，有时相互之间的偏差还很大。 （4）对于相同材料和厚度的样品，不同实验室采用相同型号闪光法仪器，也常会得出不同的测试结果。 总之，由于存在以上困惑，这就需要开发出一种闪光法测试规范来准确测量热扩散系数，而最终得到的热扩散系数与闪光法仪器的试验参数无关。也就是说，希望采用任何正常的闪光法设备和任意试验参数，都可以测量得到准确的热扩散系数。 本文将介绍一种闪光法热扩散系数测试规范——闪光能量外推法，即在样品恒温阶段采用一系列不同大小的闪光脉冲加热能量进行测试，然后将相应的热扩散系数测试结果外推至零加热能量，由此准确得到与试验参数（样品厚度和加热能量）无关的热扩散系数准确值。[color=#cc0000]2.外推法的基本原理[/color] 众所周知，闪光法测试中，根据温升曲线计算得到的热扩散系数取决于测试条件，如脉冲加热能量和样品厚度。图 2-1显示了温升曲线和热扩散系数随温度的变化曲线。[align=center][img=,690,341]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201616538529_4916_3384_3.png!w690x341.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图 2-1 （a）温升曲线和（b）在Tbase附近温度对热扩散系数的依赖关系[/color][/align] 当在规定温度Tbase（脉冲加热前保持恒定）下进行激光测量时，样品温度会升高Tmax。热扩散系数是一种依赖于温度的物理性能，因此，样品背面温升曲线反映了测量过程中起始温度Tbase和最高温度Tmax之间热扩散系数的温度相关性，即闪光法热扩散系数测量结果是样品温度升高后的等效热扩散系数，而不是起始温度Tbase时样品的固有热扩散系数，由此所带来的误差就是等效热扩散系数与固有热扩散系数之间的差值，此差值就是常见闪光法热扩散系数测量误差的主要来源。 从图 2-1可以看出，当样品背面温升ΔT较大时，如果材料样品的热扩散系数对温度非常敏感，则等效热扩散系数与固有热扩散系数之间的差值将会较大。另外，较大ΔT可能会样品背温红外辐射器信号带来非线性影响，也会增大测量值偏差。 由此可见，由于背面温升ΔT的存在，对于某一样品厚度和加热能量下测试得到是等效热扩散系数，此等效热扩散系数取决于样品厚度、脉冲加热能量、脉冲光吸收率和样品体积热容。从理论上讲，背面温升ΔT越小，所测试的等效热扩散系数就越接近于固有热扩散系数。但在实际测试过程中，往往会选择较大的脉冲加热能量来获得漂亮的背面温升曲线，以提高背温信号的信噪比。由此可见，脉冲加热能量的大小与热扩散系数准确测量是一对矛盾。 为了解决上述试验参数对测量结果带来的影响，日本国家计量研究所（NMIJ）的Akoshima等人开发了一种外推法热扩散系数测试规范[1]。外推法的基本原理是在恒定温度Tbase下，假设样品厚度、脉冲光吸收率和样品体积热容不随温度发生改变，通过改变脉冲加热能量（即改变背面温升ΔT大小）测试得到一系列相应的等效热扩散系数。如图 2-2所示，以背面温升ΔT为横坐标、等效热扩散系数测量值为纵坐标，建立起等效热扩散系数与背面温升的线性函数关系，最终用此线性函数外推得到脉冲加热能量为零时的等效热扩散系数，由此认为此外推得到的热扩散系数即为样品材料在温度Tbase时的固有热扩散系数。[align=center][img=,690,402]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201617142109_5211_3384_3.png!w690x402.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图 2-2 不同加热能量时的等效热扩散系数测量结果和外推法示意图[/color][/align] 由此可见，通过外推法可以得到样品材料固有的热扩散系数，而且所得到的热扩散系数与样品厚度和脉冲加热能量无关，这样就可以在实际测试中消除了测试参数对热扩散系数测量结果的影响。[color=#cc0000]3.外推法的验证[/color] 为了全面验证外推法在闪光法热扩散系数测试中的有效性，日本国家计量研究所（NMIJ）和法国国家计量和测试实验室（LNE）开展了专门的比对测试研究[2]，并计划将外推法补充到闪光法热扩散系数标准测试方法中。 对比测试选择了四种材料，分别是IG-110各项同性石墨、Armco铁、YSZ陶瓷和氮化硅，如图 3-1所示。这四种材料基本覆盖了10E-4~10E-6㎡/s范围的热扩散系数，并在脉冲光和探测光的透过性上非常有代表性，从而也代表了不同样品表面吸热涂层和遮光涂层的处理方式。[align=center][img=,690,161]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201617320094_8341_3384_3.png!w690x161.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图 3-1 外推法对比测试样品：从左到右的IG-110石墨、Armco铁、3YSZ和氮化硅 [/color][/align] 两个实验室分别在室温下分别对不同样品厚度的上述四种材料进行了测试，每种厚度样品采用不同脉冲加热能量测试表观热扩散系数，结果如图 3-2~图 3-5所示。然后针对每种厚度样品的表观热扩散系数测试结果计算获得零脉冲能量外推值。每个样品的外推值以及每个实验室的平均值和标准偏差如表 3-1所示。[align=center][color=#cc0000][img=,690,255]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201617457894_7515_3384_3.png!w690x255.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#cc0000]图 3-2 两实验室分别在室温下对不同厚度IG-110石墨样品采用不同脉冲加热能量测试得到的测试值和外推值，符号表示测试值，线条表示线性回归函数[/color][/align][align=center][color=#cc0000][img=,690,256]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201618077493_2590_3384_3.png!w690x256.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#cc0000]图 3-3 两实验室分别在室温下对不同厚度Armco铁样品采用不同脉冲加热能量测试得到的测试值和外推值，符号表示测试值，线条表示线性回归函数[/color][/align][align=center][color=#cc0000][img=,690,253]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201618183304_8193_3384_3.png!w690x253.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#cc0000]图 3-4 两实验室分别在室温下对不同厚度3YSZ样品采用不同脉冲加热能量测试得到的测试值和外推值，样品表面带金和/或石墨涂层[/color][/align][align=center][color=#cc0000][img=,690,260]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201618287874_3031_3384_3.png!w690x260.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#cc0000]图 3-5 两实验室分别在室温下对不同厚度Si3N4样品采用不同脉冲加热能量测试得到的测试值和外推值，样品表面带金和/或石墨涂层 [/color][/align][align=center][color=#cc0000]表 3-1 两实验室对比测试四种材料的固有热扩散系数，根据室温下不同厚度样品测量的表观热扩散系数值的平均值进行估算（LNE 296K，NMIJ 298K）[/color][/align][align=center][img=,690,793]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/02/202002201618432974_4190_3384_3.png!w690x793.jpg[/img][/align] 在各向同性石墨的情况下（其显示出室温附近热扩散系数的强温度依赖性），从具有最大温升的温升曲线计算的表观热扩散系数比使用外推法估计的固有值小3%。由于NMIJ和LNE估计热扩散系数测量的典型不确定度约为2~3%，因此这种误差就非常明显。结果表明，外推法有助于获得固有热扩散系数，同时避免测量过程中由于样品温度变化造成的偏差。通过对两种半透明性材料（3YSZ和Si3N4）的测试对比，也证明了外推法有助于检测热扩散系数的估计值是否正确，并具有识别材料任何潜在半透明效应的功能。 通过上述NMIJ和LNE这两个国家计量机构对四种固体材料进行的热扩散系数测量，验证了外推法测试技术的有效性和准确性。尽管两实验室使用了不同的测试设备和不同的温升曲线分析方法，但两实验室测量的热扩散系数依然显示出很好的一致性。由此可以确认，结合了外推法的闪光法热扩散系数测量，在10E-4~10E-6㎡/s范围内的热扩散系数测试可以不受测量条件、仪器、分析方法和实验室的影响。[color=#cc0000]4.总结[/color] 热扩散系数是材料固有的特性，据此，热扩散率不取决于测量条件、形状和尺寸。然而众所周知，闪光法热扩散系数测试经常受到这些因素的影响，因此外推法的出现为解决上述问题提出了一个很好的解决方案。 自2005年外推法提出以来，在国际度量衡委员会（CIPM）温度测量咨询委员会第9工作组（CCT-WG9）组织的实验室间热扩散系数对比框架内，一直采用外推法这一试验规程进行所有的对比测试[3]。经过多年的验证试验和实际测试，证明了外推法主要有以下特点和优势： （1）外推法是一种通用性方法。在采用外推法测试材料热扩散系数过程中，尽管不同实验室和不同测试设备采用不同脉冲加热能量和不同数据处理方法会得到不同的外推斜率，反映了与测量仪器和所用评估方法相关的测量条件，但对应于固有热扩散系数的截距值与斜率无关。 （2）外推法对热扩散系数随温度变化敏感的材料更有效。从上述石墨与金属材料的对比测试可以看出，Armco铁的外推斜率要小于IG-110石墨外推斜率，石墨材料热扩散系数在对温度变化敏感的范围内，外推法对于更能显著提高测量的准确性。 （3）有助于识别潜在的材料半透明效应。采用外推法测量时，如果材料完全不透明则会得到与样品厚度无关的相同的外推值，反之则会看出明显的厚度变化所带来的半透明效应。这种功能在识别未知材料的潜在半透明性中非常有用。 （4）由于使用外推法只需在不同脉冲加热能量下进行测量，与样品厚度和数据处理方法无关，加上目前闪光法测试设备自动化程度很高，可以自动按照设定程序改变脉冲加热能量进行连续测量，因此只需选定一种厚度样品就可以快速准确的测定热扩散系数，既能保证测量准确性又能提高测试效率。另外，通过外推法还可以在大的信噪比下进行测量，解决了信噪比与测量精度的矛盾。[color=#cc0000]5.参考文献[/color][align=left]（1） M. Akoshima, T. Baba, in Proceedings of Thermal Conductivity 28/Thermal Expansion 16, ed. by R.B. Dinwiddie, M.A. White, L. McElroy (DEStech Publications, Lancaster, 2006), p. 497–506[/align][align=left]（2）Akoshima M, Hay B, Neda M, et al. Experimental verification to obtain intrinsic thermal diffusivity by laser-flash method[J]. International Journal of Thermophysics, 2013, 34(5): 778-791.[/align][align=left]（3）Akoshima M, Hay B, Zhang J, et al. International comparison on thermal-diffusivity measurements for iron and isotropic graphite using the laser flash method in CCT-WG9[J]. International Journal of Thermophysics, 2013, 34(5): 763-777.[/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]