امروزه دستگاه­هایی که بر پایه تئوری­های علمی برای اندازه ­گیری ضریب هدایت حرارتی مواد مورد استفاده قرار میگیرند، بر مبنای یکی از روش­های زیر ساخته می­شوند.

• Laser Flash
• Hot wire Method
• Guarded hot plate
• Heat flow meters

اکنون شرح مختصری از روش­های فوق را ارائه مینماییم:

• روش لیزر فلش

در این روش پس از رسیدن قطعه نمونه به دمای مورد نظر جهت آزمایش، توسط یک پالس انرژی کوتاه به سطح پایینی قطعه نمونه گرما داده می­شود. تغییرات دمایی سطح بالایی قطعه نمونه توسط یک آشکارساز مادون سرخ ثبت می­گردد. نمونه نمودار افزایش دما در شکل 2 آمده است. هرچقدر که ضریب انتشار حرارتی بالاتر باشد، سیگنال ثبت شده بیشتر می­شود.

شکل 1: شماتیک روش لیزر فلش

a: ضریب انتشار حرارتی

ρ: چگالی

C_p: ظرفیت گرمایی ویژه

λ: ضریب هدایت حرارتی

T: دما

شکل 2: نمونه نمودار خروجی از دستگاه

با استفاده از مقدار تغییرات در زمان t_1/2 (نصف مدت زمان تغییرات دمایی) و ضخامت قطعه نمونه (d)، ضریب انتشار حرارتی و در نتیجه ضریب هدایت حرارتی با استفاده از رابطه موجود در شکل 2 بدست می­آید. در نهایت می­توان با استفاده از ΔT_max و مقدار گرمای داده شده به قطعه نمونه، ظرفیت گرمایی ویژه را بدست آورد.

از مزایای این روش می­توان به مدت داده ­برداری بسیار کوتاه­تر نسبت به سایر روش­ها اشاره کرد.

یکی از مواردی که باعث خطای زیاد در این روش می­شود عدم یکنواختی گرمای داده شده به سطح قطعه نمونه است، که باعث می شود که جریان گرما در قطعه نمونه دیگر یک بعدی نباشد.

 از معایب این روش می­توان به هزینه زیاد آن اشاره کرد همچنین چون داده برداری در مدت زمان بسیار کوتاهی در حال انجام است باید کاربر از عملکرد صحیح دستگاه کاملا مطمین شود. همچنین تنوع قطعه نمونه در این روش بسیار کم است، به گونه ­ای که فقط اجسام جامد می توانند در این دستگاه ها مورد آزمایش قرار بگیرند، و مواد پودری، یا موادی مانند پشم شیشه را نمی توان با این روش مورد آزمایش قرار داد.

• روش Guarded Hot Plate

این روش به عنوان تنها روش قطعی جهت اندازه­ گیری ضریب هدایت حرارتی در حالت پایا برای مواد همگن با دقت زیر 2درصد شناخته می­شود. مبنای این روش بر ایجاد یک فلاکس حرارتی ثابت، یک سویه در قطعه نمونه که بین دوصفحه عایف قرار دارد، استوار است.

از معایب این روش می­توان به مدت زمان طولانی داده برداری اشاره کرد.  همچنین به علت طولانی بودن فرآیند داده برداری در این روش امکان اتلاف حرارتی بسیار زیاد بوده و نتایج دارای خطا بوده، مخصوصا در دماهای بالاتر.  در منابع معتبر بازه دمایی که این روش در محاسبه ضریب هدایت حرارتی معتبر است حداکثر تا 300 درجه سانتی گراد گزارش شده است.

شکل 3: شماتیک دستگاه

روش Heat Flux Meter

در این روش قطعه نمونه بین دو سنسور اندازه­ گیری فلاکس حرارتی ثابت می­گردد. قطعه نمونه بین دو صفحه دما متغیر قرار می­گیرد. یک گرادیان دمایی محوری بین سطح بالایی و پایینی قطعه نمونه ایجاد می­گردد. ضریب هدایت حرارتی با انداز ه­گیری دمای دو سطح قطعه نمونه و فلاکس حرارتی محاسبه می­شود.

شکل 4: شماتیک دستگاه

• روش Hot Wire Method

در این روش از یک سیم پلاتین جهت ایجاد گرما در جسم استفاده می­شود. سپس تغییرات دمایی سیم پلاتین ثبت می­گردد و توسط روابط ارائه شده در شکل زیر ضریب هدایت حرارتی محاسبه می­گردد.

از مزایای این روش می توان به هزینه مناسب آن، دقت بسیار بالا، حساسیت بسیار بالا اشاره کرد. همچنین دستگاه های ساخته شده مبتنی بر این روش می توانند تمامی مواد جامد به هر شکل اعم از پودری، جامد، آجر و ... را مورد آزمایش قرار دهند. به دلیل اینکه این روش، روشی گذرا است در نتیجه در صورتی که تمامی المان های دستگاه به درستی کار کنند، خطای آزمایش بسیار کم خواهد بود، و در صورتی که المانی به درستی کار نکند و یا اوپراتور دچار خطا گردد، به راحتی قابل تشخیص است.

در ادامه به مقایسه روش­های فوق میپردازیم.

شکل5: محدوده کاربرد و جوابدهی روش­های اندازه­گیری ضریب هدایت حرارتی

شکل 6: مقایسه روش های مختلف