YBF-3導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀講義

1、*9YBF-3型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀（實(shí)驗(yàn)講義）YBF-3型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀使用說(shuō)明一、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)材料的重要依據(jù)，而且是應(yīng)用材料時(shí)的一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，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)中的一個(gè)重要內(nèi)容。本

2、測(cè)試儀由加熱器、數(shù)字電壓表、計(jì)時(shí)秒表組成（采用一體化設(shè)計(jì)）二、主要技術(shù)指標(biāo)1、電源:AC（22010%）V,（50/60）Hz2、數(shù)字電壓表：3位半顯示，量程020mV，測(cè)量精度：0.1%2個(gè)字3、數(shù)字計(jì)時(shí)秒表：計(jì)時(shí)范圍：09999.9s；最小分辨率0.1S；精度：10-54、測(cè)量溫度范圍：室溫100C5、加熱電壓：高端：AC36V低端：AC25V6、散熱銅板：半徑：65mm厚度：7mm質(zhì)量：815g（以上的參數(shù)已在每一塊銅板上標(biāo)注）7、測(cè)試介質(zhì)：硬鋁、硅橡膠、膠木板、空氣等8、連續(xù)工作時(shí)間：8小時(shí)三、儀器的面板圖HZDHfiilH咔利曲日白“審-V上面板圖 下面板圖四、加熱溫度的設(shè)定：.按一

3、下溫控器面板上設(shè)定鍵（S）,此時(shí)設(shè)定值（SV）顯示屏一位數(shù)碼管開始閃爍。.根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需溫度的大小，再按設(shè)定鍵（S）左右移動(dòng)到所需設(shè)定的位然后通過(guò)加數(shù)鍵（）、減數(shù)鍵（）來(lái)設(shè)定好所需的加熱溫度。.設(shè)定好加熱溫度后，等待8秒鐘后返回至正常顯示狀態(tài)。五、儀器的連接卜罰股連線圖從銅板上引出的熱電偶其冷端接至冰點(diǎn)補(bǔ)償器的信號(hào)輸入端，經(jīng)冰點(diǎn)補(bǔ)償后由冰點(diǎn)補(bǔ)償器的信號(hào)輸出端接到導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀的信號(hào)輸入端。六、儀器維護(hù)與保養(yǎng)1、使用前將加熱盤與散熱盤面擦干凈。樣品兩端面擦凈，可涂上少量硅油。以保證接觸良好。注意，樣品不能連續(xù)做試驗(yàn)，特別是硅橡膠，必須降至室溫半小時(shí)以上才能下一次試驗(yàn)。2、在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如若移開電熱

4、板，就先關(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、數(shù)字電壓表數(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、儀器使用時(shí),應(yīng)避免周圍有強(qiáng)烈磁場(chǎng)源的地方。5、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。6、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%。7、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。8、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。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）基本形式之一，是工程熱物理、材料科學(xué)、固體物

5、理及能源、環(huán)保等各個(gè)研究領(lǐng)域的課題之一，要認(rèn)識(shí)導(dǎo)熱的本質(zhì)和特征，需了解粒子物理而目前對(duì)導(dǎo)熱機(jī)理的理解大多數(shù)來(lái)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)和工程設(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)或教科書的數(shù)據(jù)和圖表中查尋）1882年法國(guó)科學(xué)家J傅里葉奠定了熱傳導(dǎo)理論，目前各種測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的

6、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(lái)說(shuō)，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)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、了解熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的物理過(guò)程2、學(xué)習(xí)用穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)量材料的導(dǎo)熱系數(shù)3學(xué)習(xí)用作圖法求冷卻速率4、掌握一種用熱電轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行溫度測(cè)量的方法【實(shí)驗(yàn)儀器】1、YBF-3導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀一臺(tái)2、冰點(diǎn)補(bǔ)償裝置一臺(tái)3、測(cè)試樣品（硬鋁、硅橡膠、膠木板）一組4、塞尺一把【實(shí)驗(yàn)原理】為了測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)，首先從熱導(dǎo)率的定義和它的物理意義入手。熱傳導(dǎo)定律指出：如果熱量是沿著Z方向傳導(dǎo)，那么在Z軸上任一位置Z0處取一個(gè)垂直截面積dS（如圖1）以孚表示在Z處的溫度梯度，以dQ表示

7、在該處的傳熱速率（單位dzdt(S1-1)時(shí)間內(nèi)通過(guò)截面積dS的熱量），那么傳導(dǎo)定律可表示成：dQ=-X()ds-dtdzZ0式中的負(fù)號(hào)表示熱量從高溫區(qū)向低溫區(qū)傳導(dǎo)（即熱傳導(dǎo)的方向與溫度梯度的方向相反）。式中比例系數(shù)入即為導(dǎo)熱系數(shù),可見熱導(dǎo)率的物理意義：在溫度梯度為一個(gè)單位的情況下，單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積截面的熱量。利用（S1-1）式測(cè)量材料的導(dǎo)熱系數(shù)入，需解決的關(guān)鍵問(wèn)題兩個(gè)：一個(gè)是在材料內(nèi)造成一個(gè)溫度梯度d，并確定其數(shù)dzdQ1、關(guān)于溫度梯度dz值；另一個(gè)是測(cè)量材料內(nèi)由高溫區(qū)向低溫區(qū)的傳熱速率:。dTdt為了在樣品內(nèi)造成一個(gè)溫度的梯度分布，可以把樣品加工成平板狀，并把它夾在兩塊良導(dǎo)體銅板

8、之間（圖2）使兩塊銅板分別保持在恒定溫度T和T，就可能在垂直12于樣品表面的方向上形成溫度的梯度分布。樣品厚度可做成hWD（樣品直徑）。這樣，由于樣品側(cè)面積比平板面積小得多，由側(cè)面散去的熱量可以忽略不計(jì)，可以認(rèn)為熱量是沿垂直于樣品平面的方向上傳導(dǎo)，即只在此方向上有溫度梯度。由于銅是熱的良導(dǎo)體，在達(dá)到平衡時(shí)，可以認(rèn)為同一銅板各處的溫度相同，樣品內(nèi)同一平行平面上各處的溫度也相圖（2）T、T，就可以確定樣品內(nèi)的溫度梯度度12同。這樣只要測(cè)出樣品的厚度h和兩塊銅板的溫度當(dāng)然這需要銅板與樣品表面的緊密接觸，無(wú)縫隙，否則中間的空氣層將產(chǎn)生熱阻，使得溫度梯度測(cè)量不準(zhǔn)確。為了保證樣品中溫度場(chǎng)的分布具有良好的對(duì)

9、稱性，把樣品及兩塊銅板都加工成等大的圓形。2、關(guān)于傳熱速率dQdt單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)一截面積的熱量譽(yù)是一個(gè)無(wú)法直接測(cè)定的量，我們?cè)O(shè)法將這個(gè)量轉(zhuǎn)化為較為容易測(cè)量的量，為了維持一個(gè)恒定的溫度梯度分布，必須不斷地給高溫側(cè)銅板加熱，熱量通過(guò)樣品傳到低溫側(cè)銅塊，低溫側(cè)銅板則要將熱量不斷地向周圍環(huán)境散出。當(dāng)加熱速率、傳熱速率與散熱速率相等時(shí)，系統(tǒng)就達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，稱之為穩(wěn)態(tài)。此時(shí)低溫側(cè)銅板的散熱速率就是樣品內(nèi)的傳熱速率。這樣，只要測(cè)量低溫側(cè)銅板在穩(wěn)態(tài)溫度T下散熱的速率，也就間接測(cè)量出了樣品內(nèi)的傳熱速率。但是，銅板的散熱速率也不易測(cè)2量，還需要進(jìn)一步作參量轉(zhuǎn)換，我們已經(jīng)知道，銅板的散熱速率與共冷卻速率（溫

10、度變化率頁(yè)）有關(guān)，其表達(dá)式為:dQdtdT二medttS1-2)式中m為銅板的質(zhì)量，C為銅板的比熱容，負(fù)號(hào)表示熱量向低溫方向傳遞。因?yàn)橘|(zhì)量容易直接測(cè)量，c為常量，這樣對(duì)銅板的散熱速率的測(cè)量又轉(zhuǎn)化為對(duì)低溫側(cè)銅板冷卻速率的測(cè)量。測(cè)量銅板的冷卻速率可以這樣測(cè)量：在達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，移去樣品，用加熱銅板直接對(duì)下金屬銅板加熱，使其的溫度高于穩(wěn)定溫度T（大約高出10C左右）再讓其2在環(huán)境中自然冷卻，直到溫度低于T，測(cè)出溫度在大于T到小于T區(qū)間中隨時(shí)間的變222化關(guān)系，描繪出Tt曲線，曲線在T處的斜率就是銅板在穩(wěn)態(tài)溫度時(shí)T下的冷卻速率。22應(yīng)該注意的是，這樣得出的dT是在銅板全部表面暴露于空氣中的冷卻速率，其散d

11、t熱面積為2nR2+2nRh（其中R和h分別是下銅板的半徑和厚度）然而在實(shí)驗(yàn)中穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，銅板的上表面卩（面積為Fr2）是樣品覆蓋的，由于物體的散熱速率與它們的面P積成正比，所以穩(wěn)態(tài)時(shí)，銅板散熱速率的表達(dá)式應(yīng)修正為：dQdT兀R2+2兀Rh(S1-3)二mepP匚dtdt2兀R2+2兀Rhp根據(jù)前面的分析，這個(gè)量就是樣品的傳熱速率。將上式代入熱傳導(dǎo)定律表達(dá)式，并考慮到ds=nR2可以得到導(dǎo)熱系數(shù): 3 2h+R1hdT九二mep（S1-4）2h+2R兀R2TTdtf式中的R為樣品的半徑、h為樣品的高度、1m為下銅板的質(zhì)量、c為銅塊的比熱容、R和h分別是下銅板的半徑和厚度。右式中的各項(xiàng)均為常量或

12、直接易測(cè)量。PP【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/（Kkg）2、加熱溫度的設(shè)定：.按一下溫控器面板上設(shè)定鍵（S）,此時(shí)設(shè)定值（SV）后一位數(shù)碼管開始閃爍。.根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需溫度的大小，再按設(shè)定鍵（S）左右移動(dòng)到所需設(shè)定的位置，然后通過(guò)加數(shù)鍵（）、減數(shù)鍵（）來(lái)設(shè)定好所需的加熱溫度。.設(shè)定好加熱溫度后，等待8秒鐘后返回至正常顯示狀態(tài)。3、圓筒發(fā)熱盤側(cè)面和散熱盤P側(cè)面，都有供安插熱電偶的小孔，安放時(shí)此二小孔都應(yīng)與冰點(diǎn)補(bǔ)償器在同一側(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

13、，熱電偶冷端接到冰點(diǎn)補(bǔ)償器信號(hào)輸入端。根據(jù)穩(wěn)態(tài)法，必須得到穩(wěn)定的溫度分布，這就需要較長(zhǎng)的時(shí)間等待。手動(dòng)控溫測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，控制方式開關(guān)打到“手動(dòng)”。將手動(dòng)選擇開關(guān)打到“高”檔，根據(jù)目標(biāo)溫度的高低，加熱約20分鐘后再打至“低”檔。然后，每隔5分鐘讀一下溫度示值，如在一段時(shí)間內(nèi)樣品上、下表面溫度T、T示值都不變，即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。自動(dòng)PID控溫測(cè)量時(shí)，控制方式開關(guān)打到“自動(dòng)”,手動(dòng)選擇開關(guān)打到中間一檔，PID控溫表將會(huì)使發(fā)熱盤的溫度自動(dòng)達(dá)到設(shè)定值。每隔5分鐘讀一下溫度示值，如在一段時(shí)間內(nèi)樣品上、下表面溫度T、T示值都不變，即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。124、記錄穩(wěn)態(tài)時(shí)T、T值后，移去樣品，繼續(xù)對(duì)

14、下銅板加熱，當(dāng)下銅盤溫度比T高122出10C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秒讀一次下銅盤的溫度示值并記錄，直至溫度下降到T以下一定值。作銅板的T2t冷卻速率曲線。（選取鄰近的T測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)求出冷卻速率）。5、根據(jù)（S1-4）計(jì)算樣品的導(dǎo)熱系數(shù)八6、本實(shí)驗(yàn)選用銅-康銅熱電偶測(cè)溫度，溫差100C時(shí)，其溫差電動(dòng)勢(shì)約4.0mV，故應(yīng)配用量程020mV,并能讀到O.OlmV的數(shù)字電壓表（數(shù)字電壓表前端采用自穩(wěn)零放大器，故無(wú)須調(diào)零）。由于熱電偶冷端溫度為0C,對(duì)一定材料的熱電偶而言，當(dāng)溫度變化范圍不大時(shí)，其溫差電動(dòng)勢(shì)（mV）與待測(cè)溫度（0C）的比值是一個(gè)常數(shù)。由

15、此，在用（S1-4）計(jì)算時(shí),可以直接以電動(dòng)勢(shì)值代表溫度值?！緦?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。手動(dòng)測(cè)量時(shí)，為縮短時(shí)間，可先將熱板電源電壓打在高檔，一定時(shí)間后，毫伏表讀數(shù)接近目標(biāo)溫度對(duì)應(yīng)的熱電偶讀數(shù)，即可將開關(guān)撥至低檔，通過(guò)調(diào)節(jié)手動(dòng)開關(guān)的高檔、低檔及斷電檔，使上銅盤的熱電偶輸出的毫伏值在0.03mV范圍內(nèi)。同時(shí)每隔30秒記下上、下圓盤A和P對(duì)應(yīng)的毫伏讀數(shù)，待下圓盤的毫伏讀數(shù)在3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V和V值。2、測(cè)金屬的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí),TT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T。因此測(cè)量P盤的冷卻速率應(yīng)為：ATAT|h1.人=me

16、*AtT=tAtt=tTT兀R23312測(cè)T值時(shí)要在T、T達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，將上面測(cè)T或T的熱電偶移下來(lái)插到金屬兩端的31212小孔中進(jìn)行測(cè)量。高度h按小孔的中心距離計(jì)算。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)與杜瓦瓶在同一側(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，熱電偶冷端接到冰點(diǎn)補(bǔ)償器信號(hào)輸入端。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。5、本實(shí)驗(yàn)選用銅一康銅熱電偶，溫差100C時(shí)，溫差電動(dòng)勢(shì)約4.27mV，故配用了量程020mV的數(shù)字電壓表，并

17、能測(cè)到0.01mV的電壓。附錄1銅康銅熱電偶分度表熱電勢(shì)（mV）溫度C0123456789-10-0.383-0.421-0.458-0.496-0.534-0.571-0.608-0.646-0.683-0.720-00.000-0.039-0.077-0.116-0.154-0.193-0.231-0.269-0.307-0.34500.0000.0390.0780.1170.1560.1950.2340.2730.3120.351100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.749200.7890.8300.8700.9110.9510

18、.9921.0321.0731.1141.155301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.569401.6111.6531.6951.7381.7801.8821.8651.9071.9501.992502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.424602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.087301313.1763.2213.2662.312803.3573.4023.44

19、73.4933.5383.5843.6303.6763.7213.767903.8133.8593.9063.9523.9984.0444.0914.1374.1844.2311004.2774.3244.3714.4184.4654.5124.5594.6074.6544.7011104.7494.7964.8444.8914.9394.9875.0355.0835.1315.179附錄2部分材料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)材料名稱(20C)導(dǎo)熱系數(shù)W/（m.k）導(dǎo)熱系數(shù)密度溫度（C）W/(m.k)(kg/m3)-1000100200純鋁2362700243236240238鋁合金10726108610

20、2123148純銅3988930421401393389金31519300331318313310硬鋁1462800橡皮0.13-0.231100電木0.231270木絲纖維板0.048245軟木板0.044-0.079附錄3實(shí)驗(yàn)舉例（數(shù)據(jù)僅供實(shí)驗(yàn)老師參考）例1：實(shí)驗(yàn)時(shí)室溫25C，熱電偶冷端溫度0C。待測(cè)樣品：硅橡膠。實(shí)驗(yàn)步驟：1、用游標(biāo)卡尺和天平測(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=3.805X102./KgC-11.1散熱盤（下銅板）厚度h（多次測(cè)量取平均值）:P表1散熱盤厚度（不同位置測(cè)量）h/mmp6.996.987.027.047

21、.007.03所以散熱盤的厚度：h=7.01mm；P1.2散熱盤（下銅板）半徑R（多次測(cè)量取平均值）：P表2散熱盤直徑（不同角度測(cè)量）D/mmp130.01130.03129.96130.02129.98130.01所以散熱盤的半徑：R=65.00mm；P1.3散熱盤（下銅板）質(zhì)量mm=824g=0.824kg；1.4硅橡膠樣品厚度h（多次測(cè)量取平均值）：B表3硅橡膠樣品厚度（不同位置測(cè)量）h/mmB8.088.058.028.038.058.06所以硅橡膠樣品的厚度：h=8.05mm；B1.5硅橡膠樣品半徑R（多次測(cè)量取平均值）：B表4硅橡膠樣品直徑（不同角度測(cè)量）D/mmB127.0212

22、6.96127.00127.05126.98126.99所以硅橡膠樣品半徑：R=63.50mm；B2、在上銅板和下銅板中放入硅橡膠，調(diào)節(jié)支撐下銅板的3個(gè)固定調(diào)節(jié)旋鈕，使相互接觸良好，注意不要過(guò)緊或太松。3、把測(cè)量上銅板溫度的熱電偶的信號(hào)端與儀器面板的I信號(hào)輸入相連，熱電偶的熱端插在上銅板的小孔中（確?？字杏袑?dǎo)熱硅脂使導(dǎo)熱良好），冷端插在裝有冰水混合物的保溫瓶中；把測(cè)量下銅板溫度的熱電偶的信號(hào)端與儀器面板的II信號(hào)輸入相連，熱電偶的熱端和冷端分別放在下銅板和保溫瓶中。4、溫度控制器溫度設(shè)定在100C（或其他合適的溫度值），開關(guān)切換到自動(dòng)控制。5、2040分鐘后（時(shí)間長(zhǎng)短隨被測(cè)材料、測(cè)量溫度及環(huán)境

23、溫度等有所不同），待VT1讀數(shù)穩(wěn)定后（波動(dòng)小于O.OlmV）,每隔2分鐘讀取溫度示值見下表5,直到VT2讀數(shù)也相對(duì)穩(wěn)定（10分鐘內(nèi)波動(dòng)小于O.OlmV）：表5：VT1（mV）4.214.214.214.214.214.214.214.214.214.21VT2（mV）3.093.103.123.133.143.143.143.143.143.14由于熱電偶冷端溫度為oc,對(duì)一定材料的熱電偶而言，當(dāng)溫度變化范圍不太大時(shí),其溫差電動(dòng)勢(shì)（mV）與待測(cè)溫度（C）的比值為一常數(shù)。故可知穩(wěn)定時(shí)，上、下銅板穩(wěn)態(tài)溫度T1和T2對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為VT=4.21mV和VT2=3.14mV。6、測(cè)量下銅盤在穩(wěn)態(tài)值T2附

24、近的散熱速率。具體步驟是：先移去樣品，調(diào)節(jié)上銅板的位置,與下銅板對(duì)齊,并良好接觸,對(duì)下銅板加熱。當(dāng)下銅盤溫度比T高出10c2（對(duì)應(yīng)熱電勢(shì)高出0.39mV）左右時(shí)，移開上銅板，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30s記錄的溫度示值見下表6。表6：t(s)0306090120150180210240VT2(mV)3.343.303.263.223.183143.103.073.027、計(jì)算硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)：mch(2h+R)AV,九二B/兀R2(V-V)V2R+2h)AtT=T2B12PP_0.824x3.805x102x0.805x10-20.701x102+6.5x10-2

25、)(3.183.10)x10-3-3.14x(6.35x10-2)(4.213.14)x10-3*26.50 x10-2+0.701x10-2)x180-120=0.01851x0.5486x1.333x10=0.135Wm-iC-i8、誤差分析：根據(jù)以上公式，可得到不確定度的計(jì)算公式為l(Ah)2IB氏h丿By(AV)21V1丿(AV2lV2丿(AhP(h丿P(A(AV)(A(At)AV丿At因?yàn)闇y(cè)量直徑和厚度的不確定度為0.01mm,所以Ah.R.h.R均為0.01mm。BBPP數(shù)字表的讀數(shù)不確定度為0.01mV，所以AV、AV、AVV均為0.01mV。計(jì)時(shí)秒表i2（V）的分辨率為0.01

26、S，不確定度為土0.01S,所以At為0.02S。由此可計(jì)算出入的不確定度為：_0.01(0.01(0.01(0.01(0.01(0.01163.514.2113.1417.01(0.01+(3.183.10丿(0.02+(180-120!=0.125ay故：入二入=0.135X0.125=0.017Wm-iC-i九因此：入土入=（0.1350.017）WmiC-i從有效數(shù)字位數(shù)知，其不確定度主要來(lái)源于冷卻速率這一項(xiàng)，可外接電位差計(jì)測(cè)量熱電偶的熱電勢(shì)以提高測(cè)量精度，減小不確定度。例2：實(shí)驗(yàn)時(shí)室溫25C，熱電偶冷端溫度0C。待測(cè)樣品：硬鋁。實(shí)驗(yàn)步驟：1、用游標(biāo)卡尺和天平測(cè)量樣品、下銅板的幾何尺寸

27、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=3.805X102./KgC-i1.1散熱盤（下銅板）厚度h、散熱盤（下銅板）半徑R以及散熱盤（下銅板）PP質(zhì)量m見例1。1.2硬鋁樣品兩孔距離h（多次測(cè)量取平均值）：表7硬鋁樣品兩孔距離（不同位置測(cè)量）h/mm86.1386.1086.0086.0486.0585.97硬鋁樣品兩孔距離：h一86.05mm；1.3硬鋁樣品半徑R（多次測(cè)量取平均值）：B表8硬鋁樣品直徑（不同角度測(cè)量）D/mm40.1140.0539.9540.0339.9040.07B所以硬鋁樣品半徑：R20.02mm；B2、先在硬鋁的兩面涂上導(dǎo)熱硅脂，在硬鋁的

28、上端套上絕熱板，下端不用套，然后放入上銅板和下銅板中間，調(diào)節(jié)支撐下銅板的3個(gè)固定調(diào)節(jié)旋鈕，使相互接觸良好。3、將測(cè)量T1和T2的熱電偶熱端移下來(lái)分別插入到硬鋁的上端孔和下端孔中，冷端均置于冰水混合物中。（在孔中涂上導(dǎo)熱硅脂，確保導(dǎo)熱良好）4、溫度控制器溫度設(shè)定在100C,開關(guān)切換到自動(dòng)控制（實(shí)驗(yàn)時(shí)，溫度可以自由設(shè)定）。溫度的設(shè)定詳見溫度控制使用說(shuō)明。5、2040分鐘后（時(shí)間長(zhǎng)短隨被測(cè)材料和環(huán)境有所不同），待VT1讀數(shù)穩(wěn)定后（波動(dòng)小于O.OlmV）,每隔2分鐘讀取溫度示值見下表9,直到VT2讀數(shù)也相對(duì)穩(wěn)定（10分鐘內(nèi)波動(dòng)小于0.01mV）：表9：VT1(mV)3.863.863.863.863.

29、863.863.863.863.863.86VT(mV)3.493.503.513.523.533.543.543.543.543.54從表9可知穩(wěn)定時(shí)，硬鋁上、下孔穩(wěn)態(tài)溫度T1和T2對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為VT1=3.86mV和VT2=3.54mV。6、將測(cè)量硬鋁下孔溫度的熱電偶熱端移出插入到下銅板小孔中，穩(wěn)定后，記下下銅板在溫度T3時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度電勢(shì)VT3=3.44mV。7、測(cè)量下銅盤在穩(wěn)態(tài)值T3附近的散熱速率。具體步驟是：先移去樣品，調(diào)節(jié)上銅板的位置，與下銅板對(duì)齊，并良好接觸，對(duì)下銅板加熱。當(dāng)下銅盤溫度比T高出10C（對(duì)3應(yīng)熱電勢(shì)高出0.39mV）左右時(shí)，移開上銅板，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30s記錄的溫度示值見下表10。表10：t(s)0306090120150180210240VT3(mV)3.773.713.64