导热系数的测定

1、导热系数的测定一、实验目的理解导热系数稳态测量方法的特点，掌握双向平板法的测量原理。学会使用NK-III 100E型双试件热导率测定仪，测量并计算石英玻璃板的 导热系数。二、导热系数的测定原理本实验所用的仪器为NK-III 100E型双试件热导率测定仪，装置原理如图1。 按一维稳态的傅立叶公式，在均质试材内部A=-Q/A(dt/dn)，式中dt/dn为 温度梯度；由于试件的内部温度梯度dt/dn无法直接测得，因此导热系数无法用 测试装置简单测出。在NK-III 100E型双试件热导率测定装置中可以测得的是热 面温度T冷面温度T2和经过试件的热流量Q，此外就是冷热面的间距即试件厚 度6。将dt/

2、dn=(T2-j) /6代入傅立叶公式，得到X =Q5 /A(TT2)，便可 以计算出材料的导热系数。1 2non LBCD Is图1:双试件导热系数测试装置原理示意图A二计量面加热器 B二计量面面板C二防护加热器D=防护面E二冷却单元Es=冷却单元 F二温度平衡检测热偶G二加热单元表面热偶H二冷却单元表面热偶I二试件 P二加压机构1 2 3 4 5 6 7 8为测温点三、实验步骤试件一式两块，尺寸与装置型号一致厚度不超过指标规定限度，两面尽 可能加工到平整。不平衡度不超过试件厚度的1%，两块试件厚度相差不超过2%.将测试装置一面的压紧装置取下，拿出冷却器，取出前次试件，置入按步 （1）制备后

3、的试件一块（放在热板边上四个卡子中间），注意放试件时，热板板面必须清洁，不能夹入周围保温材料或其它杂质，试件就位后轻轻在边上掀按， 若无摇动，即可将冷却器盖上（注意冷板热偶勿夹入），装上压簧机构，调节压 紧螺旋，使压紧弹簧指示器指示规定指标处。将装置旋过180度，在另一面按步骤2装上另一试件。接上冷却器进出水管，注意调节水量的夹子应在进水一侧，两面的出水管 各自回到恒温水浴（不可并成一路回路），按需要将装置固定于水平和垂直位置（以试件位置为准）。将装置接线面板上标明计量加热器，防护加热器，热偶等接线柱按图5 的原则分别与电工仪表和稳压电源及电位差计等妥善连接，把所附热偶接点（公 共参考点）浸入

4、至少一公升容量的冰瓶内，注意：冰瓶内必须全部是冰屑和水的 混合物，整个测验过程中需经常检查，如融化太多，必须加冰屑并排水。因实验 条件有限，现在我们用自来水代替。此时电位差计检查所有8个测温点，此时8点读数应基本一致，相互偏差 不超过10微伏。事先按试件大致的导热系数值，以温差为30C-70C，100E型计量面直径 为0.05m。已知试件厚度，计算计量面加热器所需功率，接通电源，将计量面加 热器的输入功率调节到上述计算值，防护加热器输入功率暂按主炉（计量面加热 器）功率的2倍计算。冷面温度用自来水冷却，预先调节到冷面温度。立即记录开始加热时间、各表读数等，除第一小时外，以后每隔15分钟 到20

5、分钟记录一次。记录内容包括：8点测温读数（精确到0.1微伏），加热器 各自的电流电压，室温及各种情况（如停电XX分钟，冰瓶加冰，加热器从XX 电流XX电压调到XX电流XX电压，故障等等）。从第2次记录开始，可按不平衡温差情况调节主炉或环炉（只调一个加 热器），按热板两面试件温差情况，调节一个冷却器的水流量（要求两面温差尽 可能相等，差别不超过2%）。步骤10以后第2次记录时，根据上述调节以后的情况变化，继续观察或 再作调节，但调节不可频繁。经过步骤10和11达到平衡（即不平衡温差在限度以下两试件温差差别 在2%以后）后，若连续四次记录的试件温度改变率不超过1%（功率不变），即 认为达到稳定状态

6、。接通主炉、环炉电源，调整好主炉、环炉的电压、电流，试样开始受热，温 度上升，用热电偶对18点的温度进行监控，每隔15分钟测量18点的电位差 计读数，直到连续四次记录结果相差不大，各点电位差计读数变化率不超过1%， 可认为试样达到稳定状态，查热电偶分度表，得出对应的热面和冷面温度二和 T2，热流量由主炉电功率算出，试样面积为热板两侧计量面的和，d为计量面直 径为5cm，则面积A=2Xnd2/4=0.003925 m2,试样的厚度6,代入公式A=Q 5 /A(ti-T2)，便可计算试样的导热系数。四、数据处理测试条件为：主炉：电压U=8.5V 电流I=1.85A；环炉：电压U=16.4V 电流I

7、=2.00A。热流量由主炉电功率算出，所以，热流量Q=8.5x1.85=15.725W； 18点的电位 差计读数如下表1。查热电偶分度表，得出对应的热面和冷面温度二和“如表2。表1测温点的电位差与时间对应表时间间隔测温点 1/mv测温点 2/mv测温点3/mv测温点4/mv测温点5/mv测温点6/mv测温点7/mv测温点8/mv01.0601.0891.1161.0951.1851.1800.1130.1281h2.4672.6142.4902.4492.5462.5230.1790.18915min2.5942.6022.6132.5602.6512.6160.1840.17615min2.

8、6432.6542.6662.6092.7042.6630.1720.17015min2.6772.6702.7002.6392.7182.6750.1720.17415min2.7122.7302.7352.6762.7552.7100.1600.17115min2.7602.7792.7842.7202.8022.7520.1690.17215min2.7752.8052.7952.7342.8152.7650.1640.17215min2.7922.8242.8142.7542.8342.7850.1650.17515min2.8722.8832.8932.8292.9102.8560.

9、1700.17615min2.8732.8852.8952.8322.9132.8570.1710.178表2双试样温度对应表试件号热面温度T1冷面温度T2试件温差196C29.5C66.5 C295.6C29.3C66.3 C一- - - * 一 O5 2 5 1 5 0LU星位电测温点电位差随时间变化趋势50100150200时间(min)根据公式：A= Q5/A （T1-T2）计算材料的导热系数。分度号：K镍铭-镍硅热电偶分度表（附表）（参考端温度为0C）温0123456789度C热电动势/mV00.0000.0390.0790.1190.1580.1980.2380.2770.3170

10、.357100.3970.4370.4770.5170.5570.5970.6370.6770.7180.758200.7980.8380.8790.9190.9601.0001.0411.0811.1221.162301.2031.2441.2851.3251.3661.4071.4481.4891.5291.570401.6111.6521.6931.7341.7761.8171.8581.8991.9491.981502.0222.0642.1052.1462.1882.2292.2702.3122.3532.394602.4362.4772.5192.5602.6012.6432.6842.7262.7672.8