建筑用材料导热系数和热扩散系数 平面热源测试法 

ICSFORMTEXTFORMTEXT点击此处添加中国标准文献分类号中华人民共和国国家标准GB/TFORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXXFORMTEXTFORMTEXT建筑用材料导热系数和热扩散系数平面热源测试法FORMTEXTDeterminationofbuildingmaterialsthermalconductivityandthermaldiffusivity——TransientplaneheatsourcemethodFORMTEXT点击此处添加与国际标准一致性程度的标识FORMDROPDOWNFORMTEXT（本稿完成日期：2012年6月30日）FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施GB/T—XXXXA.4)式中：r——双螺旋结构最外层半径，单位为mm；ax——样品在x轴的热扩散系数，mm2/s。采用与A.1相同的迭代法反复迭代，得出x轴上的热扩散系数ax和x轴的校正时间tc的值，在样品的体积比热容已知的情况下，样品x轴方向的导热系数应按公式（9）计算。采用与A.1相同的最小二乘法拟合△Ts(τx)和D(τx)的线性关系式，该式斜率即为公式（4）中P0/（π3/2r）的值，由公式（9）得出的λx，可计算得出λz，根据体积比热容，最终得出z轴方向的热扩散系数az。即通过一次瞬态测试就可得到单轴各向异性材料在两个方向上的导热系数和热扩散系数。薄片样品的计算原理导热系数应按公式（10）确定，τ应按公式（A.1）和（A.2）计算，E(τ)应按公式（11）计算，E(τ)与τ的典型曲线见图A.1。采用与A.1相同的迭代法反复迭代，得出热扩散系数a和校正时间tc的值；采用最小二乘法拟合△Ts(τ)和E(τ)的线性关系式，该式斜率即为公式（10）中P0/（π3/2rλ）的值，最终得出样品的导热系数。薄膜样品的计算原理当测试高导热系数的材料时，初始温度迅速增加，而后是逐步升高。探头表面的绝缘层及双螺旋结构是引起初始温度迅速增加的原因。通过实验数据显示，绝缘层在短时间内初始温度迅速增加，而后变为一个常数。原因是在实验中输出总功率、探头面积和绝缘层厚度已知，且保持不变。如果探头上覆盖的绝缘层的导热系数能通过单独的实验得到，采用将薄片放置在探头和高导热系数材料之间的方式（类似一个无限大的固体或厚片）就可以测量薄膜材料的导热系数。因此需要进行两次测试才能得到薄膜材料的导热系数。首先将探头放置于两片高导热材料之间进行一次试验，按公式（12）计算探头绝缘层的导热系数。将两片薄膜样品分别放置于探头与高导热材料之间，采用与第一次试验相同的试验条件再进行一次试验，根据公式（13）计算薄膜样品导热系数。导热系数计算原理

（资料性附录）

精度与偏差精度B.1.1在室温或接近室温条件下，导热系数的测试误差为2％-5％，热扩散系数的测试误差为5％-10％；薄片样品在高温下测试时，导热系数的测试误差为5％-7％，热扩散系数的测试误差为7％-11％。B.1.2上述不确定度的范围是在以下条件下确定的：a）探头绝缘层的厚度7µm-40µm；b）探头半径2mm-30mm；c）不同总测试时间1s-1000s下的数据采集频次；d）不确定度计算时，包含因子k取2。注1：本标准中导热系数结果的准确度分别以公式（4）、（7）、（10）为依据计算，主要取决于输出功率、探头半径、薄片、薄膜或探头厚度的测量值以及通过迭代程序拟合得出的温升直线的斜率值。注2：本标准建立的样品导热过程的模型未包含以下实际试验中可能存在的初始或边界条件：a）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）探头的比热可通过探头尺寸和金属薄片的厚度（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，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，需对两样品背面及周边的绝热材料的热损失估算。例如，使用半径为10mm的探头对1mm厚的10W/(m·K)薄片样品进行测试，样品背面用聚苯乙烯绝热，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，测试时若采用真空泵使样品仓处于真空状态，可进一步减少热损失，提高测试精度。注3：通常情况下，最少记录100个数据（时间、电压）并计算温升。为此，需分别提供三个电阻（RS、RL和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相比获得，这些测试均通过数字电压表完成，其不确定度可忽略不计（＜0.1%）。本标准中所用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），根据公式（1）得出试验中温度的精确度为2%。偏差如果试验是在同一温度、探头和仪器下重复进行，由于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，故各次试验导热系数和热扩散系数结果偏差均很小，约为1%-2%。注：在相同温度下重复试验并使用相同探头电阻率的温度系数进行计算时，本次测试的温升与另一次测试的温升的偏差可忽略不计。

（资料性附录）

溯源与核查仪器溯源本标准中试验方法测试参数可直接溯源至基本SI国际单位制（例如温度、时间、长度和电压），不需要采用标准物质校准，仅需要对下述参数分别溯源：——探头最外圈线源平均直径；——薄膜样品和薄片样品的厚度；——使用时间及电压数据采集系统对电桥回路电信号进行采集；——探头电阻率的温度系数；——电桥系统中串联电阻RS。同时，单轴各向异性样品热特性计算时所采用的体积比热容值的准确度应大于1%。仪器核查C.2.1本标准方法用仪器应周期性进行核查，通过测试一个或多个标准样品的导热系数和热扩散系数来完成，样品的导热系数和热扩散系数