电桥测试系统与导热系数计算

电桥测试系统与导热系数计算A.1电桥测试系统电桥测试系统见图A.1，电源应在0V~20V内调节，最大电流不超过1A。探头及其引线与电阻Rs相串联，其中Rs电阻值与探头及其引线的初始电阻值（Ro+RL）相近，且在测试过程中保持不变；电阻精确度应达到1×10-6Ω。数字电压表接于两元件之间，且电阻应大于探头电阻与Rs电阻值之和的100倍，分辨率应达到6.5数位，是电源周期变化的整数倍。图A.1电桥测试系统A.2温度增值的计算探头电阻与温度增值存在式（2）关系： （2）根据图A.1电桥测试系统图得出电阻与电压比例关系见式（3）： （3）温度增值应按式（4）计算： （4）式（2）~式（4）中：—探头在时刻的电阻值，Ω；—探头初始电阻值，Ω；—探头电阻率的温度系数，1/K；—温度增值，K；—瞬态加热初始时通过探头的电流，A；—串联电阻器电阻值，Ω；—探头引线电阻值，Ω；—电位在时刻的变化量，V。注：温度增值由两部分相加构成，一部分为探头绝缘层温度增值，另一部分为测试过程中样品表面温度增值。对于块状样品测试时约等于。A.3导热系数的计算块状样品的导热系数应按式（5）确定： （5）应按式（6）计算： （6）应按式（7）计算： （7）式（5）~式（7）中：—测试过程中样品表面温度增值随变化的函数，K；—探头的输出功率，W；—探头双螺旋结构最外层半径，mm；—样品导热系数，W/(m·K)；—无量纲的特征时间函数；—测试时刻，s；—校正时间，s；—样品的热扩散系数，mm2/s；—探头双螺旋结构的总环数；—无量纲的特征时间函数的积分变量；—不大于双螺旋结构总环数的求和变量；—零阶修正贝塞尔函数。附录B（规范性附录）测试误差B.1精度B.1.1在室温或接近室温条件下含湿多孔建筑材料常规测试中，导热系数的测试误差为2%~5%。B.1.2测试误差的确定条件：a)探头绝缘层的厚度7μm~40μm；b)探头半径2mm~30mm；c)不同测试总时间1s~1000s下的数据采集频次。B.1.3不确定度的计算根据实验中试件尺寸测量使用的游标卡尺最小刻度，与试件尺寸的最大值，可以确定试件尺寸测量中的最大不确定度为（%）。根据所使用仪器的设备厂家给出的仪器不确定度（%）（一般取2），综合试件尺寸测试不确定度得到导热系数测试最大不确定度为： δλλ=δ1δ22+κ2 双螺旋结构探头圈数不少于10个，否则应采用外部等效线源进行校准。b)探头的比热容可通过探头尺寸和双螺旋薄片的厚度(10μm)和两层绝缘层的厚度(7μm~100μm)进行估算。例如，1个半径6mm的探头，在测试时间为10s，平均温升为2K时，由探头比热容产生的输出功率损失约为1mW。c)对于典型探头，沿双螺旋结构导线的热损失低于1mW。d)测量薄片样品时，需估算两样品背面及周边绝热材料的热损失。例如，使用半径为10mm的探头对1mm厚的导热系数为10W/(m·K)薄片样品测试，样品背面采用聚苯乙烯绝热，样品背面及周边的功率损失约为2%。对于测试导热系数较低的材料，采用真空泵使样品仓处于真空状态时，可进一步减少热损失，提高测试精度。B.1.5误差分析时最少记录100个数据（包括时间、电压）并计算温升。为此，分别提供三个电阻（Rs、RL、R0）、探头电阻率的温度系数和热扩散系数的值。串联电阻的电阻值Rs，通过与标准电阻进行比较确定，其他电阻的电阻值通过直接与串联电阻Rs相比获得，这些测试均通过电压表完成，电阻值不确定度忽略不计（<0.1%）。误差分析时探头电阻率温度系数的不确定度为2%（通过对探头反复测试电阻增值与温升的关系确定）根据式（2B.2重复性误差B.2.1在测试温度、相对湿度、探头和仪器相同的条件下进行重复试验，计算用探头电阻率的温度系数、探头半径、输出功率和计算时间均相同。其中计算时间的确定一般需去掉测试总时间中开始和结束时间，且计算时间的末时刻数值应在测试总时间的50%~