稳态平板法测定材料导热系数

一. 试验目的

稳态平板法测定材料导热系数试验指导书稳固和深化稳定导热过程的根本理论，学习用平板法测定材料导热系数的试验方法和技能。测定试验材料的导热系数。确定试验材料导热系数与温度的关系。二.试验原理导热系数是表征材料导热力量的物理量。对于不同的材料，导热系数是不同的；对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的构造和重度等因素而变异。各种材料的导热系数都用试验方法来测定，假设要分别考虑因素的影响，就需要针对各种因素加以试验，往往不能只在一种试验设备上进展。稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的根本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进展导热系数的测定试验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。试验设备是依据在一维稳态状况下通过平板的导热量Q 和平板两面的温差t成正比，和平板的厚度δ成正比，以及和导热系数λ成正比的关系来设计的。我们知道，通过薄壁平板〔壁厚小于格外之一壁长和壁宽〕的稳定导热量为 QtF [w]测定时，假设将平板两面的温差tt t 、平板厚度 、垂直热流方向的R L导热面积F和通过平板的热流量Q测定以后，就可以依据下式得出导热系数：QtF

W/(mC)需要指出，上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值，此平均温度为：1t (t12 R

t)L

[C]在不同的温度和温差条件下测出相应的值，然后将值标在

t 坐标图内，就可以得出

f(t)的关系曲线。三.试验装置及测量仪表稳态平板法测定材料导热系数的试验装置如图1和图2所示。被试验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积为300×300[mm2]，实际导热计算面积F为200×200[mm2]，板的厚度为 〔实测〕[mm2]，平板试件分别被夹紧在加热器的上、下热面和上、下水套的冷面之间。加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板，以使温度均匀。利用薄膜式加热片来实现对上、下试件热面的加热而上下导热面积水套的冷却面是通过循环冷却水〔或通过自来水来实现的。在中间200×200[mm2]部位上安设的加热器为主加热器。为了使主加热器的热量能够全部单向通过上下两个试件，并通过水套的冷水带走，在主加热器四周〔即200×200[mm2之外的四侧〕设有四个关心加热器，测试时掌握使主加热器以外的四周保持与中间主加热器的温度相全都，以免热流量向旁侧散失。主加热器的中心温度tt1(或t2)和水套冷面的中心温度t3(或t4)用四个镍铬-康铜热电偶埋设在铜板上来测量：关心加热器1和关心加热器2的热面也分别设置两个关心镍铬-康铜热电偶t5tt和〔埋设在铜板的相应位置上。其中关心热电偶t6

5(t6

)接到温度巡检仪上，与t主加热器中心的主热电偶〔t1

〕的温度相比较，通过跟踪调整使全部关心加热t2t器都跟踪与主加热器的温度相全都。而在试验进展时，可以通过热电偶t1(t2)和热电偶t3(t4)测量出一个试件的两个外表的中心温度。也可以再测量一个关心热电偶的温度，以便与主热电偶的温度相比较，从而了解主、辅加热器的掌握和跟踪状况。温度是利用万能信号输入8电巡检仪测量的，主加热器的电功率可以用直流稳压电源的电压表和电流表来测量。Q=IU 〔W〕注：本试验台的外围应有保温材料，以免热量向四周散失过多；试件安装到位后关闭左右保温门。电控柜价格很高，应引起留意。配套的平板导热仪软件，该软件界面友好，可以在界面上直接显示各个热电偶的温度，热流功率，还可以直接计算出导热系数加以显示。对于水冷箱，假设是用自来水直接冷却，则可以直接接上自来水管，但是经加热后的水假设是直接排入下水道，会造成很大的铺张。因此，建议在本平板导热仪的下部加一水箱，用以盛水，再配套加一小水泵。水泵从水箱取水，然后流经水冷箱，经加热后的水再回到水箱，此水箱不用保温，最好用铁制容器，散热性能好。图1 试验台〔平板导热仪〕构造示意图[附]试验台主要参数1.试验材料：2.试件外型尺寸：270×270[mm2]导热计算面积F200×200[mm2〔即主加热器的面积〕试件厚度δ〔〕主加热器电阻值：100 Ω辅加热器〔每个〕电阻值：4×25ΩE型试件最高加热温度：≤80 C9．.主加热器电压直流050V，电流02A〔〕10．关心加热器电压直流050V，电流02A〔〕四.试验方法和步骤VVAAVVAA图2 试验台〔平板导热仪〕面板电路联结图联接和认真检查各接线电路。将主加热器的两根导线接到仪表箱的主加热器电源接线端子上：而两个关心加热器是经两两并联后再串联组成的串联电路〔台上已联接好，同样将关心加热器的两根导线接到仪表箱的关心加热器电源接线端子上。电压表和电流表〔或电功率表〕应按要求接入电路。将测温热电偶t1、t2、t3、t4、t5、t6、的导线接到配电箱对应的接线端子上。关闭主、辅加热电源开关及水泵开关；翻开总电源开关。并检查各热电阻信号〔度〕是否正常〔根本全都。翻开水泵开关，检查冷却水水泵及其通路能否正常工作，调整水阀门开度应尽量全都。接通主加热器电源，并调整到适宜的电压〔建议由低至高间隔5V或10V渐渐分段加热，开头加温，然后开启关心加热电源使加温电压与主加热器电压接近，一段时间后，观看关心加热面的温度是否与主加热面的温度全都，然后适当调整关心加热器的电压〔高则降低、低则增加〕来跟踪调整使主、辅加热温度相全都。在加温过程中，可通过各测温点的测量值来掌握和了解加热状况。开头时，可先不启动冷水泵，待试件的热面温度到达肯定水平后，再启动水泵〔或接通自来水下水套通入冷却水。试验经过一段时间后，试件的热面温度和冷面温度开头趋于稳定。在这个过程中可以适当调整主加热器电源、关心加热器电源的电压，使其更快或更利于到达稳定状态。待温度根本稳定后，就可以每隔一段时间进展一次电功率W〔V和电流I〕读数记录和温度测量，从而得到稳定的测试结果。一个工况试验后，可以将设备调到另一工况，既调整主加热器功率后，再按上述方法进展测试得到另一工况的稳定测试结果。调整的电功率不宜过大，一般在5~10W为宜。依据试验要求，进展屡次工况的测试。〔工况以从低温到高温为宜。测试完毕后，先切断加热器电源，经过10分钟左右再关闭水泵〔或停放自来水。五.试验结果处理试验数据取试验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的平均值。导热量〔即主加热器的电功率：Q=W〔或I·V〕 W—主加热器的电功率值 I—主加热器的电流值 [A]V—主加热器的电压值 由于设备为双试件型，导热量向上下两个试件〔试件1和试件2〕〔或Q Q Q W 1IV〕〔或

[W]1 2 2 2 2试件两面的温差：tt t [C]R LtR—试件的热面温度〔t1t2〕[C]tL—试件的冷面温度〔t1t2〕[C]平均温度为tt t2

[C]平均温度为t时的导热系数： W (或IV

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

t)FL将不同平均温度下测定的材料导热系数在t坐标中得出t的关系曲线，并求出f(t的关系式。掌握参数〔一级参数掌握参数〔一级参数〕设定按Set键大于5秒符号名称设定数值AT1通道显示时间AT1=3AA断线报警AA=0CLK=132CLK设定参数禁锁其它不设二级参数设定CLK=132 后同时按Set30Set键依次设置第1通道开0E型热电偶T 温度1-n1-n2第2通道开0E型热电偶T 温度2-n3第3通道开0E型热电偶T 温度3-n4第4通道开0E型热电偶T 温度4-n5第5通道开0E型热电偶T 温度5-n6第6通道开0E型热电偶T 温度6符号设定数值测试范围传感器类型传感器用途名称DE4或不设仪表设备号BT通讯波特率不设-n7—n16符号设定数值测试范围传感器类型传感器用途名称DE4或不设仪表设备号BT通讯波特率不设-n7—n16第7-16道关闭通-1SET键，在PV视窗显示CLK，SV视窗显示132的状况下，同时按下SET其它不设30秒，进入二级参数设定：其它不设DE仪表设备编号4也可不设1SL0输入分度号03E型热电偶1SL1小数点01SL2无01SL3无01SL4无01-Pb1KKK零点迁移量程放大倍数依据状况依据状况稳态平板法测定绝热材料导热系数试验试验报告〔例题〕一.试验装置电路联接图二.试验记录试验材料：聚氯乙烯试件外型尺寸：270×270mm2试件导热面积：200×200mm2(即主加热器面积)试件厚度δ20mm主加热器电阻值：100Ω辅加热器电阻值：4×25Ω测温原件：热电偶试件中心位置试件中心位置Δ试件中心位置试件中心位置Δt测读时间 Q热面温度 冷面温度 (t -t)时分R l备注(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试验最终的室12:6047.322.913:3048.8温:22C ,冷23.0却水温:17C13:6049.523.314:3051.723.914:6051.924.415:3052.224.615:6052.524.81616:6053.125.016三.试验结果处理 Q2tF取试验记录中最终四点稳定的和值，计算出它们的平均值：51.952.252.553.1t R 424.424.624.825.0

52.4Ct 24.7CL 4冷，热面的温差

t52.424.727.7C160.02227.70.04

镍铬-铜镍〔〕热电偶〔E型〕-微伏比照表μVμVμVμVμVμVμVμVμVμV温01234567890059118176235194354413472532105916517117708308909501010107111312011921252131313731434149515561617167817403018011862192419862047210921712233229523574024202482254526072670273327952858292129845030483111317432383301336534293492355636206036583749381338773942400640714136420042657043304395446045264591465647224788485349198049855051511751835249531553825448551455819056485714578158485915598260496117618462511006319638664546522659066586725679468626930其次节 球体法测定保温材料的导热系数一、试验目的 系数。二、试验原理由同心等温热球面〔〕和冷球面〔直径，温度〕围成的空间装满“均匀”试材，球的中心部位装有电热器，全中热量均通过两球中间颗粒材料夹层而传至外界，利用球壁稳态导热公式可得颗粒材料的导热系数λ为：dd Q(d2d1)dd21 2

t2)

〔3-2-1〕QW；λ——试材的导热系数，W/〔m〕dλ1—内球的外径〔热球面，mm；d—1外球壳的内径〔冷球面，mm；t—1图3-2-1 球壁导热装置 —热球面温度，℃；1—内球；2—外球；3—试验材料；4—直流稳压电源；5 t2

—测温热电偶