【HotDisk】Hot disk (熱傳導係數儀) 參數原理說明－科邁斯科技股份有限公司

Keywore : HotDisk, 熱傳導係數儀, ISO22007-2.2,

多數測量熱傳導係數的儀器在測試完成後僅有數字呈現，沒有其他依據可佐證此測量值是否合理，HotDisk不僅在2008年正式公告ISO22007-2.2法規，成為熱傳導係數的標準測試方法，更有穿透深度（Probing depth，△p）、特徵時間(Total to characteristic time，t/θ)、平均偏差（Mean Deviation）等數據及測量圖可看出測量值是否正確。

1. 穿透深度（Probing depth，△p）

在熱傳導值測試過程中，穿透深度（Probing depth，△p）意味著給予電流產生熱源使材料溫度上升時，熱源所能穿透材料深(厚)度的範圍；合理的Probing depth應小於(或至少等於)樣品的截面積、厚度（Film及Slab模式僅需符合截面積即可）。

圖一穿透深度（Probing depth）顯示位置。

配合各類不同材質、大小的樣品，HotDisk提供各式尺寸(1~60 mm)之測量感測器(sensor)；感測器尺寸與穿透深度有關。

圖二穿透深度（Probing depth）判斷依據。

d_ρ值與材料之熱擴散係數及測量時間有關；樣品尺寸為固定，無法變更，當d_ρ值超過樣品尺寸時可採取減少測量時間(減少Data點數)或換尺寸較小的Sensor的方式。

2. 特徵時間(Total to characteristic time，t/θ)

圖三特徵時間(Total to characteristic time)顯示位置

特徵時間之考量點，是依據儀器測試原理-橢圓形理論而來的。因給予電流產生熱源(Sensor)使材料溫度上升時，熱是在樣品中央向上下左右延伸，所以如圖四所示，在正常情況下若樣品夠大，樣品受熱後會向四方傳遞擴散其受熱範圍應呈現橢圓形較為合理，如此一來，熱向四方傳遞的時間比例（特徵時間）從0.25（接近橢圓形理論）到小於1（圓形理論）之間的值是可接受的。(儀器燈號接受範圍設定較為嚴謹，0.3 < t/θ< 1)

圖四 Hot Disk橢圓形理論

當特徵時間過大時，表示熱流已充份的擴散在樣品中，測試結果呈現的是圓形理論(見圖五)。此時，可採取減少測量時間或增加感測器半徑(換Sensor)方式排除這個問題。

圖五特徵時間過長,呈現圓形理論

特徵時間與測量時間及感測器(Sensor)半徑有關。當特徵時間過小時，表示熱流還未開始傳導，測試就結束了，測試結果呈現的是平板理論(見圖六)。此時，可採取增加測量時間或降低感測器半徑(換Sensor)方式排除這個問題。

圖六特微時間過小,呈現平板理論

3. 平均偏差（Mean Deviation）

平均偏差是計算raw data的平均偏差值，表示樣品本身的狀態；偏差值越小越好，小於E^-5為理想狀態。偏差值越大表示樣品中的熱流還不穩定；熱流不穩定的原因可能為肌膚接觸、接觸熱阻之計算取點範圍或測量時間設定所致。通常，偏差值過大的原因90%以上是因為樣品擺放時，手部溫度殘留在樣品中未散去即開始測試所造成的，只要拉長樣品測試前的靜置時間(20~30分鐘)即可排除這個問題。8%的原因發生在接觸熱阻之計算取點範圍不正確；一般普遍認為扣除Data前8~12個點即可除去接觸熱阻的影響，實際上，還應仔細確認平均偏差值才能進一步確認計算範圍是否恰當。