穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定材料導(dǎo)熱系數(shù)

一. 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定材料導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)穩(wěn)固和深化穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程的根本理論，學(xué)習(xí)用平板法測(cè)定材料導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)方法和技能。測(cè)定試驗(yàn)材料的導(dǎo)熱系數(shù)。確定試驗(yàn)材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系。二.試驗(yàn)原理導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱力量的物理量。對(duì)于不同的材料，導(dǎo)熱系數(shù)是不同的；對(duì)同一材料，導(dǎo)熱系數(shù)還會(huì)隨著溫度、壓力、濕度、物質(zhì)的構(gòu)造和重度等因素而變異。各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)都用試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定，假設(shè)要分別考慮因素的影響，就需要針對(duì)各種因素加以試驗(yàn)，往往不能只在一種試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)展。穩(wěn)態(tài)平板法是一種應(yīng)用一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程的根本原理來(lái)測(cè)定材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法，可以用來(lái)進(jìn)展導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定試驗(yàn)，測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)及其和溫度的關(guān)系。試驗(yàn)設(shè)備是依據(jù)在一維穩(wěn)態(tài)狀況下通過(guò)平板的導(dǎo)熱量Q 和平板兩面的溫差t成正比，和平板的厚度δ成正比，以及和導(dǎo)熱系數(shù)λ成正比的關(guān)系來(lái)設(shè)計(jì)的。我們知道，通過(guò)薄壁平板〔壁厚小于格外之一壁長(zhǎng)和壁寬〕的穩(wěn)定導(dǎo)熱量為 QtF [w]測(cè)定時(shí)，假設(shè)將平板兩面的溫差tt t 、平板厚度 、垂直熱流方向的R L導(dǎo)熱面積F和通過(guò)平板的熱流量Q測(cè)定以后，就可以依據(jù)下式得出導(dǎo)熱系數(shù)：QtF

W/(mC)需要指出，上式所得的導(dǎo)熱系數(shù)是在當(dāng)時(shí)的平均溫度下材料的導(dǎo)熱系數(shù)值，此平均溫度為：1t (t12 R

t)L

[C]在不同的溫度和溫差條件下測(cè)出相應(yīng)的值，然后將值標(biāo)在

t 坐標(biāo)圖內(nèi)，就可以得出

f(t)的關(guān)系曲線。三.試驗(yàn)裝置及測(cè)量?jī)x表穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定材料導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)裝置如圖1和圖2所示。被試驗(yàn)材料做成二塊方形薄壁平板試件，面積為300×300[mm2]，實(shí)際導(dǎo)熱計(jì)算面積F為200×200[mm2]，板的厚度為 〔實(shí)測(cè)〕[mm2]，平板試件分別被夾緊在加熱器的上、下熱面和上、下水套的冷面之間。加熱器的上下面和水套與試件的接觸面都設(shè)有銅板，以使溫度均勻。利用薄膜式加熱片來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下試件熱面的加熱而上下導(dǎo)熱面積水套的冷卻面是通過(guò)循環(huán)冷卻水〔或通過(guò)自來(lái)水來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在中間200×200[mm2]部位上安設(shè)的加熱器為主加熱器。為了使主加熱器的熱量能夠全部單向通過(guò)上下兩個(gè)試件，并通過(guò)水套的冷水帶走，在主加熱器四周〔即200×200[mm2之外的四側(cè)〕設(shè)有四個(gè)關(guān)心加熱器，測(cè)試時(shí)掌握使主加熱器以外的四周保持與中間主加熱器的溫度相全都，以免熱流量向旁側(cè)散失。主加熱器的中心溫度tt1(或t2)和水套冷面的中心溫度t3(或t4)用四個(gè)鎳鉻-康銅熱電偶埋設(shè)在銅板上來(lái)測(cè)量：關(guān)心加熱器1和關(guān)心加熱器2的熱面也分別設(shè)置兩個(gè)關(guān)心鎳鉻-康銅熱電偶t5tt和〔埋設(shè)在銅板的相應(yīng)位置上。其中關(guān)心熱電偶t6

5(t6

)接到溫度巡檢儀上，與t主加熱器中心的主熱電偶〔t1

〕的溫度相比較，通過(guò)跟蹤調(diào)整使全部關(guān)心加熱t(yī)2t器都跟蹤與主加熱器的溫度相全都。而在試驗(yàn)進(jìn)展時(shí)，可以通過(guò)熱電偶t1(t2)和熱電偶t3(t4)測(cè)量出一個(gè)試件的兩個(gè)外表的中心溫度。也可以再測(cè)量一個(gè)關(guān)心熱電偶的溫度，以便與主熱電偶的溫度相比較，從而了解主、輔加熱器的掌握和跟蹤狀況。溫度是利用萬(wàn)能信號(hào)輸入8電巡檢儀測(cè)量的，主加熱器的電功率可以用直流穩(wěn)壓電源的電壓表和電流表來(lái)測(cè)量。Q=IU 〔W〕注：本試驗(yàn)臺(tái)的外圍應(yīng)有保溫材料，以免熱量向四周散失過(guò)多；試件安裝到位后關(guān)閉左右保溫門(mén)。電控柜價(jià)格很高，應(yīng)引起留意。配套的平板導(dǎo)熱儀軟件，該軟件界面友好，可以在界面上直接顯示各個(gè)熱電偶的溫度，熱流功率，還可以直接計(jì)算出導(dǎo)熱系數(shù)加以顯示。對(duì)于水冷箱，假設(shè)是用自來(lái)水直接冷卻，則可以直接接上自來(lái)水管，但是經(jīng)加熱后的水假設(shè)是直接排入下水道，會(huì)造成很大的鋪張。因此，建議在本平板導(dǎo)熱儀的下部加一水箱，用以盛水，再配套加一小水泵。水泵從水箱取水，然后流經(jīng)水冷箱，經(jīng)加熱后的水再回到水箱，此水箱不用保溫，最好用鐵制容器，散熱性能好。圖1 試驗(yàn)臺(tái)〔平板導(dǎo)熱儀〕構(gòu)造示意圖[附]試驗(yàn)臺(tái)主要參數(shù)1.試驗(yàn)材料：2.試件外型尺寸：270×270[mm2]導(dǎo)熱計(jì)算面積F200×200[mm2〔即主加熱器的面積〕試件厚度δ〔〕主加熱器電阻值：100 Ω輔加熱器〔每個(gè)〕電阻值：4×25ΩE型試件最高加熱溫度：≤80 C9．.主加熱器電壓直流050V，電流02A〔〕10．關(guān)心加熱器電壓直流050V，電流02A〔〕四.試驗(yàn)方法和步驟VVAAVVAA圖2 試驗(yàn)臺(tái)〔平板導(dǎo)熱儀〕面板電路聯(lián)結(jié)圖聯(lián)接和認(rèn)真檢查各接線電路。將主加熱器的兩根導(dǎo)線接到儀表箱的主加熱器電源接線端子上：而兩個(gè)關(guān)心加熱器是經(jīng)兩兩并聯(lián)后再串聯(lián)組成的串聯(lián)電路〔臺(tái)上已聯(lián)接好，同樣將關(guān)心加熱器的兩根導(dǎo)線接到儀表箱的關(guān)心加熱器電源接線端子上。電壓表和電流表〔或電功率表〕應(yīng)按要求接入電路。將測(cè)溫?zé)犭娕紅1、t2、t3、t4、t5、t6、的導(dǎo)線接到配電箱對(duì)應(yīng)的接線端子上。關(guān)閉主、輔加熱電源開(kāi)關(guān)及水泵開(kāi)關(guān)；翻開(kāi)總電源開(kāi)關(guān)。并檢查各熱電阻信號(hào)〔度〕是否正?！哺救?。翻開(kāi)水泵開(kāi)關(guān)，檢查冷卻水水泵及其通路能否正常工作，調(diào)整水閥門(mén)開(kāi)度應(yīng)盡量全都。接通主加熱器電源，并調(diào)整到適宜的電壓〔建議由低至高間隔5V或10V漸漸分段加熱，開(kāi)頭加溫，然后開(kāi)啟關(guān)心加熱電源使加溫電壓與主加熱器電壓接近，一段時(shí)間后，觀看關(guān)心加熱面的溫度是否與主加熱面的溫度全都，然后適當(dāng)調(diào)整關(guān)心加熱器的電壓〔高則降低、低則增加〕來(lái)跟蹤調(diào)整使主、輔加熱溫度相全都。在加溫過(guò)程中，可通過(guò)各測(cè)溫點(diǎn)的測(cè)量值來(lái)掌握和了解加熱狀況。開(kāi)頭時(shí)，可先不啟動(dòng)冷水泵，待試件的熱面溫度到達(dá)肯定水平后，再啟動(dòng)水泵〔或接通自來(lái)水下水套通入冷卻水。試驗(yàn)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，試件的熱面溫度和冷面溫度開(kāi)頭趨于穩(wěn)定。在這個(gè)過(guò)程中可以適當(dāng)調(diào)整主加熱器電源、關(guān)心加熱器電源的電壓，使其更快或更利于到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。待溫度根本穩(wěn)定后，就可以每隔一段時(shí)間進(jìn)展一次電功率W〔V和電流I〕讀數(shù)記錄和溫度測(cè)量，從而得到穩(wěn)定的測(cè)試結(jié)果。一個(gè)工況試驗(yàn)后，可以將設(shè)備調(diào)到另一工況，既調(diào)整主加熱器功率后，再按上述方法進(jìn)展測(cè)試得到另一工況的穩(wěn)定測(cè)試結(jié)果。調(diào)整的電功率不宜過(guò)大，一般在5~10W為宜。依據(jù)試驗(yàn)要求，進(jìn)展屢次工況的測(cè)試?！补r以從低溫到高溫為宜。測(cè)試完畢后，先切斷加熱器電源，經(jīng)過(guò)10分鐘左右再關(guān)閉水泵〔或停放自來(lái)水。五.試驗(yàn)結(jié)果處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)取試驗(yàn)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后的連續(xù)三次穩(wěn)定結(jié)果的平均值。導(dǎo)熱量〔即主加熱器的電功率：Q=W〔或I·V〕 W—主加熱器的電功率值 I—主加熱器的電流值 [A]V—主加熱器的電壓值 由于設(shè)備為雙試件型，導(dǎo)熱量向上下兩個(gè)試件〔試件1和試件2〕〔或Q Q Q W 1IV〕〔或

[W]1 2 2 2 2試件兩面的溫差：tt t [C]R LtR—試件的熱面溫度〔t1t2〕[C]tL—試件的冷面溫度〔t1t2〕[C]平均溫度為tt t2

[C]平均溫度為t時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)： W (或IV

) [w/mC]2(t t)F 2(tR L

t)FL將不同平均溫度下測(cè)定的材料導(dǎo)熱系數(shù)在t坐標(biāo)中得出t的關(guān)系曲線，并求出f(t的關(guān)系式。掌握參數(shù)〔一級(jí)參數(shù)掌握參數(shù)〔一級(jí)參數(shù)〕設(shè)定按Set鍵大于5秒符號(hào)名稱設(shè)定數(shù)值A(chǔ)T1通道顯示時(shí)間AT1=3AA斷線報(bào)警AA=0CLK=132CLK設(shè)定參數(shù)禁鎖其它不設(shè)二級(jí)參數(shù)設(shè)定CLK=132 后同時(shí)按Set30Set鍵依次設(shè)置第1通道開(kāi)0E型熱電偶T 溫度1-n1-n2第2通道開(kāi)0E型熱電偶T 溫度2-n3第3通道開(kāi)0E型熱電偶T 溫度3-n4第4通道開(kāi)0E型熱電偶T 溫度4-n5第5通道開(kāi)0E型熱電偶T 溫度5-n6第6通道開(kāi)0E型熱電偶T 溫度6符號(hào)設(shè)定數(shù)值測(cè)試范圍傳感器類型傳感器用途名稱DE4或不設(shè)儀表設(shè)備號(hào)BT通訊波特率不設(shè)-n7—n16符號(hào)設(shè)定數(shù)值測(cè)試范圍傳感器類型傳感器用途名稱DE4或不設(shè)儀表設(shè)備號(hào)BT通訊波特率不設(shè)-n7—n16第7-16道關(guān)閉通-1SET鍵，在PV視窗顯示CLK，SV視窗顯示132的狀況下，同時(shí)按下SET其它不設(shè)30秒，進(jìn)入二級(jí)參數(shù)設(shè)定：其它不設(shè)DE儀表設(shè)備編號(hào)4也可不設(shè)1SL0輸入分度號(hào)03E型熱電偶1SL1小數(shù)點(diǎn)01SL2無(wú)01SL3無(wú)01SL4無(wú)01-Pb1KKK零點(diǎn)遷移量程放大倍數(shù)依據(jù)狀況依據(jù)狀況穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告〔例題〕一.試驗(yàn)裝置電路聯(lián)接圖二.試驗(yàn)記錄試驗(yàn)材料：聚氯乙烯試件外型尺寸：270×270mm2試件導(dǎo)熱面積：200×200mm2(即主加熱器面積)試件厚度δ20mm主加熱器電阻值：100Ω輔加熱器電阻值：4×25Ω測(cè)溫原件：熱電偶試件中心位置試件中心位置Δ試件中心位置試件中心位置Δt測(cè)讀時(shí)間 Q熱面溫度 冷面溫度 (t -t)時(shí)分R l備注(W)lt(C)Rt(C)(C)9:6026.217.410:3031.518.510:6037.619.311:3039.920.211:6043.121.212:3046.722.3試驗(yàn)最終的室12:6047.322.913:3048.8溫:22C ,冷23.0卻水溫:17C13:6049.523.314:3051.723.914:6051.924.415:3052.224.615:6052.524.81616:6053.125.016三.試驗(yàn)結(jié)果處理 Q2tF取試驗(yàn)記錄中最終四點(diǎn)穩(wěn)定的和值，計(jì)算出它們的平均值：51.952.252.553.1t R 424.424.624.825.0

52.4Ct 24.7CL 4冷，熱面的溫差

t52.424.727.7C160.02227.70.04

鎳鉻-銅鎳〔〕熱電偶〔E型〕-微伏比照表μVμVμVμVμVμVμVμVμVμV溫01234567890059118176235194354413472532105916517117708308909501010107111312011921252131313731434149515561617167817403018011862192419862047210921712233229523574024202482254526072670273327952858292129845030483111317432383301336534293492355636206036583749381338773942400640714136420042657043304395446045264591465647224788485349198049855051511751835249531553825448551455819056485714578158485915598260496117618462511006319638664546522659066586725679468626930其次節(jié) 球體法測(cè)定保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)一、試驗(yàn)?zāi)康?系數(shù)。二、試驗(yàn)原理由同心等溫?zé)崆蛎妗病澈屠淝蛎妗仓睆?，溫度〕圍成的空間裝滿“均勻”試材，球的中心部位裝有電熱器，全中熱量均通過(guò)兩球中間顆粒材料夾層而傳至外界，利用球壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱公式可得顆粒材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ為：dd Q(d2d1)dd21 2

t2)

〔3-2-1〕QW；λ——試材的導(dǎo)熱系數(shù)，W/〔m〕dλ1—內(nèi)球的外徑〔熱球面，mm；d—1外球殼的內(nèi)徑〔冷球面，mm；t—1圖3-2-1 球壁導(dǎo)熱裝置 —熱球面溫度，℃；1—內(nèi)球；2—外球；3—試驗(yàn)材料；4—直流穩(wěn)壓電源；5 t2

—測(cè)溫?zé)犭娕?/p>