导热系数测试技术教案详解.ppt

根据热脉冲法的基本原理，其试验装置可分为三个主要部分。 第一部分为试件及试件夹具。为了便于放置加热器及测量温度用的热电偶，试件分为三块，中间一块试件比较薄，两边的试件比较厚。试件和试件之间夹以热电偶和加热器。 第二部分为温度测量系统。温度的感应元件成对出现，一对温度传感器相互之间必须高度一致，包括原点一致和斜率一致。 第三部分为加热系统。为了在试验过程中保持电压恒定，让电流首先经过稳压器，然后经过调压器调至所需要的电压，加热电路中接入电压表以读出加热器的两端电压。 4.1.2 试验条件的控制 1. 加热器的要求 加热器应该满足如下的要求： （1）加热器的厚度要尽可能薄（不超过0.4mm），有弹性，热容量要小（不超过0.42 kJ/ m2·K），在使用过程中要坚固而耐久； （2）制作加热器的材料应选电阻温度系数小的材料（如康铜、锰铜等），使得加热器在温度变化10～20 ℃时，它的电阻变化实际上很小； （3）试验潮湿材料时加热器不吸收湿气； （4）接通电源时加热器应该使整个面积均匀地发热，而且对于试件来说是对称的； （5）加热器的尺寸应与试件的尺寸相适应。 2. 温度传感器和测试仪表的选择 对于温度测定，温度传感器要使温度读数的精确度为0.01℃以上，例如，如果采用热电偶的采集仪，其最小分辨率要小于0.0004毫伏。 作为成对出现的温度传感器，其不但要原点高度一致，线性斜率也需要保持高度一致。 3. 试件尺寸的确定和制作要求 试件的制作不可能如同理论上假定的那样作成无限厚，但是只要对试件的尺寸按一定的比例制作和合理控制试验时间，使加热器发出的热量扰动尚未传到试件的边界面或影响力到达试件边界面时，试验就已结束，这就满足了理论上的要求，一般要求试件的长和宽为薄试件厚度的5～10倍。 同组试件必须是同一种材料，一次成型。试件相互接触的表面要求制作得平整，接合紧密，这样可以避免形成缝隙而受空气间隙的影响，造成测试结果的误差。 4 试验时间的控制 热脉冲法是以无限厚物体导热方程的解为基础的，但由于我们实际制作的试件是有限厚的，因此要满足无限厚物体导热方程解的要求，则试验时间（即时间）必须限制热源面所发出的热流尚未传至试块界面（一般是试件背面）之前，否则就要受到外界条件的影响而破坏原始的假定。当然在实践中与理论上的假定是有一定出入的，若这误差相当小的时候，就可以认为已满足理论上的假定。 对于一般建筑材料来说，试验时间10分钟左右是不会超过控制时间的，仅对少数过重或过轻的材料要事先计算一下大致的控制时间，并在实测中尝试和调整。 5 试验环境的恒温要求 脉冲法导热公式的推导中，试件的初始外界温度和实验过程外界温度是恒定不变的，因此，要求试验室内的气温波动尽量减小，以免试件内部初始温度引起不均匀而影响测定结果。 4.2 线热源法 4.1 基本原理 在试验材料中间，安置一根细长的金属加热丝，当加热丝两端接通电流后，就会发出热量，使加丝温度升高。加热丝温度升高的快慢，与试验材料的导热系数有关。如果试验材料的导热系数小，即材料的绝热性能好，向外传递较慢，那么加热丝的温度升得幅度高、速度快；相反，试验材料的导热系数大，向外传递较快，则加热丝的温度升得幅度小、速度慢。 线热源法就是根据这种原理研制成的。 材料的导热系数与加热丝的温升关系可以通过求解无限长圆柱体的导热微分方程式很严格地表示出来。我们知道，圆柱体的导热微分方程为： 它的解为： 线热源法适用于测定粉末材料，小颗粒状材料，短纤维状材料的导热系数。线热源法的特点是： 1.测量时间短，约12分钟。 2.不需要测量试样的尺寸，试样放入容器内即可。 3.操作简单。 4.精确度为3%左右，一般不超过5%。 其它测试过程和因素分析参考热脉冲法。 五 检测报告注意事项 在材料导热系数的检测结果（报告）中应注明以下信息： （1）材料的名称、标志和物理性能。 （2）试样说明及其与取样关系的描述。 （3）试样的厚度、收到及检测时的厚度。 （4）方法和用于制备的环境（试验室制样时）。 （5）已制备和检测的试样密度（非常重要）。 （6）测定的平均温度。 （7）平衡时的热流密度，w/m2。 （8）试样的热阻（m2·K/ W）或导热系数(W/m·K)。 （5）对于非常规材料，应在实验前根据材料的密度，以及与其相似材料的一些性能等参数做参考，粗估材料的导热系数，从而设定合理的温度范围，有利于缩短测量过程并得到更为准确的测量结果。 （6）仪器的冷热板表面不宜覆盖