導(dǎo)熱系數(shù)的測定

PAGE3PAGE2導(dǎo)熱系數(shù)的測定導(dǎo)熱系數(shù)(熱導(dǎo)率)是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量，它不僅是評價材料的重要依據(jù)，而且是應(yīng)用材料時的一個設(shè)計參數(shù)，在加熱器、散熱器、傳熱管道設(shè)計、房屋設(shè)計等工程實踐中都要涉及這個參數(shù)。因為材料的熱導(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)變化都會明顯影響熱導(dǎo)率的數(shù)值，所以在科學(xué)實驗和工程技術(shù)中對材料的熱導(dǎo)率常用實驗的方法測定。測量熱導(dǎo)率的方法大體上可分為穩(wěn)態(tài)法和動態(tài)法兩類。本測試儀采用穩(wěn)態(tài)法測量不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)，其設(shè)計思路清晰、簡捷、實驗方法具有典型性和實用性。測量物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)是熱學(xué)實驗中的一個重要內(nèi)容?！緦嶒?zāi)康摹苛私鉄醾鲗?dǎo)現(xiàn)象的物理過程2、學(xué)習(xí)用穩(wěn)態(tài)平板法測量材料的導(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)行溫度測量的方法【實驗儀器】1、YBF-3導(dǎo)熱系數(shù)測試儀一臺2、冰點補(bǔ)償裝置一臺3、測試樣品（硬鋁、硅橡膠、膠木板）一組4、塞尺一把【儀器簡介】儀器的面板圖上面板圖下面板圖加熱溫度的設(shè)定：=1\*GB3①．按一下溫控器面板上設(shè)定鍵（S），此時設(shè)定值（SV）顯示屏一位數(shù)碼管開始閃爍。=2\*GB3②.根據(jù)實驗所需溫度的大小，再按設(shè)定鍵（S）加數(shù)鍵（▲）、減數(shù)鍵（▼）來設(shè)定好所需的加熱溫度。=3\*GB3③．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)。儀器的連接連線圖從銅板上引出的熱電偶其冷端接至冰點補(bǔ)償器的信號輸入端，經(jīng)冰點補(bǔ)償后由冰點補(bǔ)償器的信號輸出端接到導(dǎo)熱系數(shù)測定儀的信號輸入端?！緦嶒炘怼繛榱藴y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處取一個垂直截面積dS（如圖1）以表示在Z處的溫度梯度，以表示在該處的傳熱速率（單位時間內(nèi)通過截面積dS的熱量），那么傳導(dǎo)定律可表示成：(S1-1)式中的負(fù)號表示熱量從高溫區(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)λ即為導(dǎo)熱系數(shù),可見熱導(dǎo)率的物理意義：在溫度梯度為一個單位的情況下，單位時間內(nèi)垂直通過單位面積截面的熱量。利用（S1-1）式測量材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ，需解決的關(guān)鍵問題兩個：一個是在材料內(nèi)造成一個溫度梯度，并確定其數(shù)值；另一個是測量材料內(nèi)由高溫區(qū)向低溫區(qū)的傳熱速率。關(guān)于溫度梯度圖（2）（圖1）為了在樣品內(nèi)造成一個溫度的梯度分布，可以把樣品加工成平板狀，并把它圖（2）（圖1）測T3值時要在T1、T2達(dá)到穩(wěn)定時，將上面測T1或T2的熱電偶移下來插到金屬下端的小孔中進(jìn)行測量。高度h按金屬樣品上的小孔的中心距離計算。3、樣品圓盤B和散熱盤P的幾何尺寸，可用游標(biāo)尺多次測量取平均值。散熱盤的質(zhì)量m約0.8㎏，可用藥物天平稱量。4、本實驗選用銅—康銅熱電偶，溫差100℃時，溫差電動勢約4.27mV，故配用了量程0—20mV的數(shù)字電壓表，并能測到0.01ｍV的電壓。備注：當(dāng)出現(xiàn)異常報警時，溫控器測量值顯示：HHHH設(shè)置值顯示：Err，當(dāng)故障檢查并解決后可按設(shè)定鍵（S）復(fù)位和加數(shù)鍵（▲）、減數(shù)鍵（▼）鍵重設(shè)溫度?！咀⒁馐马棥?、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，特別是硅橡膠，必須降至室溫半小時以上才能下一次試驗。2、在實驗過程中，如若移開電熱板，就先關(guān)閉電源。移開熱圓筒時，手應(yīng)拿住固定軸轉(zhuǎn)動，以免燙傷手。3、4、儀器使用時,應(yīng)避免周圍有強(qiáng)烈磁場源的地方。5、實驗結(jié)束后，切斷電源，保管好測量樣品。不要使樣品兩端劃傷，以至影響實6、儀器長時間不使用時，請?zhí)咨纤芰洗乐钩睗窨諝忾L期與儀器接觸。房間內(nèi)空氣濕度應(yīng)小于80%?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】室溫________濕度________測量項123456樣品直徑DB樣品厚度hB下銅板質(zhì)量m下銅板直徑DP下銅板厚度hP加熱置于高檔。20～40分鐘后(時間長短隨被測材料和環(huán)境有所不同)，改為低檔（PID控溫時可以保持高檔不變），每隔2分鐘讀取溫度示值：時間（min）0246810121416VT1（mV）VT2（mV）測量下銅盤在穩(wěn)態(tài)值VT2附近的散熱速率時，每隔30s記錄的溫度示值：t(s)0306090120150180210240VT2（mV）導(dǎo)熱系數(shù)的計算：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、RP和hP分別是下銅板的半徑和厚度。右式中的各項均為常量或直接易測量。導(dǎo)熱系數(shù)的不確定度結(jié)果表示：單位：W?m1?℃-1附錄1銅——康銅熱電偶分度表熱電勢（mV）溫度℃0123456789-10-000.0000.0390.0780.1170.1560.1950.2340.2730.3120.351100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.749200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.155301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.569401.6111.6531.6951.7381.7801.8821.8651.9071.9501.992502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.424602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.087301313.1763.2213.2662.312803.3573.4023.4473.4933.5383.5843.6303.6763.7213.767903.8133.8593.9063.9523.9984.0444.0914.1374.1844.2311004.2774.3244.3714.4184.4654.5124.5594.6074.6544.7011104.7494.7964.8444.8914.9394.9875.0355.0835.1315.179附錄2不同材料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)材料名稱(20℃)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·k)導(dǎo)熱系數(shù)密度溫度(℃)W/(m.k)（kg/m3）