(平板穩(wěn)態(tài)法)

使用說明書

湘 潭 市 儀 器 儀 表 有 限 公 司

地址：湖南省湘潭市雨湖區(qū)潭邵路519號(hào) 郵編:411105

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、 概述

導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量，它不僅是評(píng)價(jià)材料的熱學(xué)特性的依據(jù)，而且是材料在應(yīng)用時(shí)的個(gè)設(shè)計(jì)依據(jù)，在加熱器 、散熱器、傳熱管道設(shè)計(jì)、房屋設(shè)計(jì)等工程實(shí)踐中都要涉及這個(gè)參數(shù)。因?yàn)椴牧系臒釋?dǎo)率不僅隨溫度、壓力變化，而且材料的雜質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)變化都會(huì)明顯影響熱導(dǎo)率的數(shù)值，所以在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程技術(shù)中對(duì)材料的熱導(dǎo)率常用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。

測(cè)量熱導(dǎo)率的方法大體上可分為穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法兩類。本測(cè)試儀采用穩(wěn)態(tài)法測(cè)量不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)，其設(shè)計(jì)思路清晰、簡(jiǎn)捷、實(shí)驗(yàn)方法具有典型性和實(shí)用性。測(cè)量物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)是熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中的個(gè)重要內(nèi)容。

本測(cè)試儀由加熱器、數(shù)顯溫度表、數(shù)顯計(jì)時(shí)器等組成（采用體化設(shè)計(jì)）

二、 主要技術(shù)指標(biāo)

1、 電源：AC（220±10%）V，（50/60）HZ

2、 數(shù)字溫度表：測(cè)量精度：0.5%±1個(gè)字.

3、 數(shù)字計(jì)時(shí)表:計(jì)時(shí)范圍: 0～100min;小分辨率1S;精度:10^-5

4、 測(cè)量溫度范圍:室溫～100℃(高加熱溫度120℃)

5、 加熱電壓: 36VAC

6、 散熱銅板:半徑:65mm 厚度:7mm 質(zhì)量:815g(以上的參數(shù)已在每塊銅板上標(biāo)注,以上提供的僅為參考值)

7、 測(cè)試材料:硬鋁、橡皮、空氣等

8、 連續(xù)工作時(shí)間：＞8小時(shí)

三、 儀器維護(hù)與保養(yǎng)

1、 使用將加熱盤與散熱盤的表面擦干凈。樣品兩端面擦凈，可涂上少量硅油。以保證接觸良好。

2、 實(shí)驗(yàn)過程中，如若移開電熱板，應(yīng)先關(guān)閉電源。移開熱圓筒時(shí)，手應(yīng)拿住固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以免燙傷手。

3、 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，切斷電源，保管好測(cè)量樣品。不要使樣品兩端劃傷，以至影響實(shí)驗(yàn)的精度。數(shù)字溫度表數(shù)字出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)先查熱電偶及各個(gè)環(huán)節(jié)的接觸是否良好。

4、 儀器在搬運(yùn)及放置時(shí)，應(yīng)避免強(qiáng)烈振動(dòng)和受到撞擊。

5、 儀器長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)，請(qǐng)?zhí)咨纤芰洗�，防止潮濕空氣長(zhǎng)期與儀器接觸。房間內(nèi)空氣濕度應(yīng)小于80%。

6、 儀器使用時(shí)，應(yīng)避免周圍有強(qiáng)烈磁場(chǎng)源的地方。

7、 長(zhǎng)期放置不用后再次使用時(shí)，請(qǐng)先加電預(yù)熱30min后使用。

四、 成套性

1、DRP-Ⅱ?qū)�熱系�?shù)測(cè)試儀       1臺(tái)

2、電源線                 1根

3、用測(cè)量熱電偶           2根

4、保溫杯                1只

5、測(cè)試樣品（硬鋁、橡皮）     1組

6、使用說明書             1份

7、產(chǎn)品合格證             1份

五、    售后服務(wù)

在用戶遵守保管和使用規(guī)則的條件下，從發(fā)貨之日起十二個(gè)月內(nèi)因產(chǎn)品質(zhì)量不良而發(fā)生損壞或不能正常工作時(shí)，制造廠應(yīng)無償?shù)貫橛脩粜蘩砘蚋鼡Q零部件。

                         導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量

導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）是反映材料熱性能的物理量，導(dǎo)熱是熱交換三種（導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射）基本形式之，是工程熱物理、材料科學(xué)、固體物理及能源、環(huán)保等各個(gè)研究域的課題之，要認(rèn)識(shí)導(dǎo)熱的本質(zhì)和特征，需了解粒子物理而目對(duì)導(dǎo)熱機(jī)理的理解大多數(shù)來自固體物理的實(shí)驗(yàn)。材料的導(dǎo)熱機(jī)理在很大程度上取決于它的微觀結(jié)構(gòu)，熱量的傳遞依靠原子、分子圍繞平衡位置的振動(dòng)以及自由電子的遷移，在金屬中電子流起支配作用，在絕緣體和大部分半導(dǎo)體中則以晶格振動(dòng)起主導(dǎo)作用。因此 ，材料的導(dǎo)熱系數(shù)不僅與構(gòu)成材料的物質(zhì)種類密切相關(guān)，而且與它的微觀結(jié)構(gòu)、溫度、壓力及雜質(zhì)含量相聯(lián)系。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)作工程設(shè)計(jì)中所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)都需要用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。（粗略的估計(jì)，可從熱學(xué)參數(shù)手冊(cè)或圖表中查尋）

1882年法國(guó)科學(xué)家J·傅里葉奠定了熱傳導(dǎo)理論，目各種測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的方法都是建立在傅里葉熱傳導(dǎo)定律基礎(chǔ)之上，從測(cè)量方法來說，可分為兩大類：穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法，本實(shí)驗(yàn)采用的是穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)量材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

[實(shí)驗(yàn)原理]

式中的R為樣品的半徑、h為樣品的高度、m為下銅板的質(zhì)量、C為銅塊的比熱容、R_p和h_p分別是下銅板的半徑和厚度。右式中的各項(xiàng)均為常量或直接易測(cè)量。

[實(shí)驗(yàn)步驟]

1、 用自定量具測(cè)量樣品、下銅板的幾何尺寸和質(zhì)量等必要的物理量，多次測(cè)量、然后取平均值。其中銅板的比熱容C=0.385KJ/(K.Kg)

2、 先放置好等測(cè)樣品及下銅板（散熱盤），調(diào)節(jié)下圓盤托架上的三個(gè)微調(diào)螺絲，使待測(cè)樣品與上下銅板接觸良好。安置圓筒、圓盤時(shí)，須使放置熱電偶的洞孔與杜瓦瓶同側(cè)。熱電偶插入銅盤上的小孔時(shí)，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，使熱電偶測(cè)溫端與銅盤接觸良好，熱電偶冷端插在冰水混合物中。

3、 合上“加熱開關(guān)”，參照智能溫度控制器使用說明書設(shè)定好上銅板的溫度。對(duì)上銅板進(jìn)行加熱。

4、 上銅板加熱到設(shè)定溫度時(shí)，同時(shí)通過熱電偶選通開關(guān)，將信號(hào)先通開關(guān)打在（1）測(cè)量上銅板的溫度。當(dāng)上銅板的溫度保持不變時(shí)（可通過溫控儀的溫度顯示來觀測(cè)），記錄下此時(shí)上銅板的溫度（T₁），在不斷地給高溫側(cè)銅板（上銅板）加熱，熱量通過樣品不斷地傳到低溫側(cè)銅塊（下銅塊），經(jīng)過定的時(shí)間后，當(dāng)下銅板的溫度基本不變時(shí)，將信號(hào)選通開關(guān)打在（II）測(cè)量下銅板的溫度。記錄下此時(shí)下銅板的溫度值（T₂）。此時(shí)則可認(rèn)為已達(dá)到了穩(wěn)態(tài)。（大約在二分鐘內(nèi)下銅板的溫度保持不變）

5、移去樣品，繼續(xù)對(duì)下銅板加熱，當(dāng)下銅盤溫度比T₂高出10℃左右時(shí)，移去圓筒，讓下銅盤所有表面均暴露于空氣中，使下銅板自然冷卻。每隔30讀次下銅盤的溫度示值并記錄，直至溫度下降到T₂以下定值。作銅板的T-t冷卻速率曲線。（選取鄰近的T₂測(cè)量數(shù)據(jù)來求出冷卻速率）。

6、 根據(jù)（S1-4）計(jì)算樣品的導(dǎo)熱系數(shù)λ。

7、 設(shè)置上銅板不同的加熱溫度，在設(shè)定加熱溫度時(shí)，須高出室溫30℃。設(shè)定不同的加熱溫度，測(cè)量出不同溫度下樣品的導(dǎo)熱系數(shù)λ。

[實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)] 

1、 穩(wěn)態(tài)法測(cè)量時(shí)，要使溫度穩(wěn)定約要40分鐘左右，同時(shí)每隔30記下樣品上、下圓盤A和P的溫度T₁和T₂的數(shù)值，待T₂的數(shù)值在2分鐘內(nèi)不變即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，記下此時(shí)的T₁和T₂值。

2、 測(cè)金屬（或陶瓷）的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，T₁、T₂值為穩(wěn)態(tài)時(shí)金屬樣品上下兩個(gè)面的溫度，此時(shí)散熱盤P的溫度為T₃。因此測(cè)量P盤的冷卻速率應(yīng)為：

測(cè)T₃值時(shí)要在T_1、 T₂達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，將上面測(cè)T₁和T₂的熱電偶移下來進(jìn)行測(cè)量。

3、 圓筒發(fā)熱體盤側(cè)面和散熱盤P側(cè)面，都有供安插熱電偶的小孔，安放發(fā)熱盤時(shí)此二小孔都應(yīng)與杜瓦瓶在同側(cè)，以免線路錯(cuò)亂，熱電偶插入小孔時(shí)，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，保證接觸良好，熱電偶冷端浸于冰水混合物中。

4、 樣品圓盤B和散熱盤P的幾何尺寸，可用游標(biāo)尺多次測(cè)量取平均值。散熱盤的質(zhì)量m約0.8Kg，可用藥物天平稱量。

附錄:銅—康銅熱電偶分度表

附錄二：部分材料的密度和導(dǎo)熱數(shù)

DRP-Ⅱ?qū)�熱系�?shù)測(cè)試儀制樣附加說明

材料的范疇很廣，有金屬和非金屬、均質(zhì)的和非均質(zhì)的、單體的和復(fù)合材料、液態(tài)、固態(tài)、粉料等，導(dǎo)熱系數(shù)范圍非常寬。通過制取不同形狀的試樣，利用DRP導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試平臺(tái)，可檢測(cè)大部分材料。

高導(dǎo)熱材料的檢測(cè)方法：平板穩(wěn)態(tài)法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀測(cè)量材料導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，主要是測(cè)量冷熱面溫差和熱流兩個(gè)參數(shù)量，儀器測(cè)量這兩參數(shù)量時(shí)，都有測(cè)量量程和精度的限制。通過制樣可使材料的冷熱面溫差和熱流都落在儀器的量程和精度范圍內(nèi)。在測(cè)量高導(dǎo)熱材料時(shí)，要減小熱流傳遞和提高冷熱面溫差。減小熱流可通過減小試樣的傳熱面積來獲得，提高冷熱面溫差可通過增加試樣厚度來獲得。試樣與冷熱板的接觸熱阻相對(duì)高導(dǎo)熱試樣熱阻是非常大的，測(cè)量時(shí)必須消除接觸熱阻。方法是在試樣測(cè)量面兩端打2個(gè)溫度測(cè)量孔，把測(cè)量冷熱板溫度的熱電偶插在試樣的溫度測(cè)量孔內(nèi)，這樣，測(cè)量的冷熱溫差值就不包含接觸熱阻形成的溫差了，試樣厚度數(shù)據(jù)要以試樣2個(gè)溫度測(cè)量孔的間距來計(jì)算。如果熱面溫度比環(huán)境溫度高很多，就要考慮試樣表面散熱，可在試樣表面包上保溫層。測(cè)量鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)制樣如下圖所示：

粉狀或膠狀材料的檢測(cè)方法：測(cè)量膠狀物時(shí)，要做個(gè)圍框，裝樣時(shí)，裝滿并稍高于圍框邊。

粉狀料的緊實(shí)度與導(dǎo)熱系數(shù)有很大的關(guān)系，要考慮測(cè)量什么狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)，測(cè)量自然狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)，要做個(gè)圍框，裝樣時(shí)，裝滿并稍高于圍框邊。

有些粉狀料通過壓機(jī)制樣，可測(cè)量不同緊實(shí)度下導(dǎo)熱系數(shù)。

粉狀料還可調(diào)粘結(jié)劑進(jìn)行測(cè)量。

薄試樣的檢測(cè)方法：非常薄的試樣可采用疊層的辦法進(jìn)行測(cè)量。

以上是特殊試樣的取樣方法，般取樣是散熱板面積和定厚度，導(dǎo)熱系數(shù)高的取厚點(diǎn)，導(dǎo)熱系數(shù)低的取薄點(diǎn)。

總的規(guī)律是：導(dǎo)熱系數(shù)低的試樣取薄、面積大、冷熱溫差大，導(dǎo)熱系數(shù)高的試樣取厚、面積小、冷熱溫差小。

原創(chuàng)作者：湘潭市儀器儀表有限公司