DB51∕T 2434-2017 材料热导率和热扩散系数的瞬态测量-脉冲法

DB51DB51/T2434—20172017-12-20发布2018-01-01实施四川省质量技术监督局发布I 1 1 1 2 3 4 5 8 8 本标准参加起草单位：西南应用磁学研究所，深1本标准适合用于含湿状态或绝干状态下,在室温附近，测量保温绝热材料、导热材料等固体板材的热导率和热扩散系数，测试范围分别为0.01W·m-1·K-1<λ＜500W·m-1·K-1和5×10GB/T32064-2015建筑用材料导热系数和热扩散系材料的热物性thermalpropertiesof包含材料的热导率λ（即导热系数热扩散系数a（即导温系数）,定压比热容cp和蓄热系数S2材料热物性的一种瞬态测量方法。指平面热源用恒定热流强度，在均匀无限大热扩散系数thermaldiffusion放出）能量与温度变化的比值。定压比热容：cp=，式中，ρ注：单位采用等千克开尔文分之余焦尔J.kg−1.K−1。波幅与表面温度波幅之比为蓄热系数S，表示材料的蓄热能力。反映周期热作用下，材料表面温度升高本测量方法以一维半无限大传热模型的精确解，以及平面热源用恒定热流强度脉冲加热测量装置后，获得的热源表面降温过程的规律，导出B(y)函数的测量表达式。然后用温升（或降）随时间变化3的测量数据，计算B(y)函数的测量值，再用此值代入B(y)函数的定义式，反解出y函数的数值，实现l/m0l/m0XZZ测量冷面(x,y,z)的温度变化。5.2.1平面热源置于(0、y、z)平面，为测量装置的加热元件。5.2.3平面热源的模型为理想平面，没有厚度和质量。实际的平面热源（也称加热片），一5.2.5选择适当的加热电流，控制测量装置的升温速度。加热之初，升温速度可以达到每秒45.3.3要求温差电偶的接点牢固，可靠。保护层的厚度控制在3-6μm且坚固，耐摩擦。脉冲法瞬态测量系统的结构框图，如图2所示。它由直流稳流电源，测量装置，测温元件，温度采本测量系统，要求用能产生恒定热流强度的直流稳流电源供电。直流温度分辨率：Δϑ≤0.1K。测量试件边长和直径的仪器精度不应低于0.001mm；测量试件厚度的仪器精度不应低于0.0001mm。5质量测量仪器精度不应低于0.01g。℃,相对湿度不超过60%。7.1.3试件含湿率的变化对测量的影响较大。不同含湿率的同一试件，在相同7.2.3主试件的厚度，依待测材料的密度不同可以有较大差别。对于大多数待7.2.5试件可以做成方体和圆柱体，对于方体，l取0.200m；对于圆柱度差小于0.2℃),可以开始加热测量。7.3.4.2加热测量之后，热面温度迅速上升；冷面温度有6直接测量数据：主试件质量、长度、宽度、厚度，加热电流强度；加热片的电阻、质量和7.3.6校准开始加热测量时刻t0，冷面开始升温时刻t，热面达到最高温度时刻t1，并确定对应数据令2.......................................(1)x--测温位置与平面热源间的距离，即主试件的厚度。单位采用米m；τ--测温时间。τ=t−t。单位采用秒s；07.4.2B(y)函数令−2ydy1.................................为一个含定积分的积分函数，为B(y)函数的定义式。...................................ϑ(x,τ)--表示离平面热源的距离为x处，加热到τ=t−t0时间内,材料的温度变化。且ϑ(x,τ)=T(x,t)−T(x,t0)，单位采用开尔文K；7T(x,t)--待测材料中，x处（冷面）加热至t时刻的温度；T(x,t0)--待测材料中，x处（冷面）加热起始时刻的温度脉冲加热到τ1时刻断电，停止加热。至脉冲加热停止之后的τ2i时刻（记时起点与τ1相同.............................τ1--脉冲加热结束，断电停止加热的时刻。单位采用秒s。7.4.5待测材料导热系数和热扩散在上述（3）和（4）两式中3）式仅适用于τ≤τ1的情况；而（4）式则只适用于τ≥τ1的............................该式表明在一次测量中，将温度改变及测温时刻的测量值代入（5）式，可以计算出函数B(y)的数值，即函数Bi(y)的测量值。将获得的Bi(y)函数的测量值，代入B(y)函数的定义式（2）。可以反解出yi的数值。其数值求解的方法参见附录A。获得yi的数值之后，就可以用（1）式计算出待测材料的热扩散系数为2...............................................................................测量获得热扩散系数ai之后，用之代入（4）式，可以解出待测材料的热导率....................................................8正。所谓修正，就是将加热片自身的吸热功率，从总的电加热功--加热测量时加热片的升温速度；在瞬态测量中，升温速度可以从测量列中材料导热系数和热扩散系数的瞬态测量-脉冲法的材料导热系数和热扩散系数的瞬态测量-脉冲法测量的A类不确定度参见附录B，同一状态测量复现在执行上述第7.3.4步骤之前，需要将待测试件组反复烘烤到恒重，99.4试件信息：包括试件的材料名称、规格型号、生产厂家、生产日期、产品尺寸、试样密度9.6测量结果：热测量温度范围，热导率和热扩散系数的拟合公式，给定测量温度下，热导率但是，有了Bi(y)函数的测量值，要用B(y)函数的定义式（2）解出yi来，并不是显而易见的事情。...........................................(A...........................................(A式中：已经将Bi(y)的测量值用c代替。注意到（A.1）式对y其一阶导数f′(y,c)≠0，且有二阶连续导数，当c在0-1之间取值时，y是递减的。因而，可以用Newton迭代法计算yi。即有n取其前m项，积分之不难算出e−y2dyA.4用（A.1A.3A.4）和（A.5）式计算出函数f(yi,c)和该函数对yi的一阶导数f′.(yi,c)。in出满意的yi值。A.5增加取项数m和迭代次数n，可以提高yi值的计算精确度。为实现材料导热系数和热扩散系数的瞬态测量-脉冲法测量操作和数据处理，应开发特定的测——将整理好的测量数据代入（5）式，计算一系列Bi(y)函数的测量值；——利用计算得到的Bi(y)的测量值，代入（2）式解算。即获得yi函数的测量值；——利用解出的yi，代入（6）式，计算热扩散系数ai；——将计算获得的ai、测量值以及用（8）式计算出的热流强度q，代入（7）式，计算热导率λi—