导热系数的测定.doc

导热系数的测定一、实验目的1 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。2 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=-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T1，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。将dt/dn=（T2-T1）/代入傅立叶公式，得到 =Q /A（T1-T2），便可以计算出材料的导热系数。图1：双试件导热系数测试装置原理示意图A=计量面加热器 B=计量面面板 C=防护加热器 D=防护面E=冷却单元 Es=冷却单元 F=温度平衡检测热偶 G=加热单元表面热偶H=冷却单元表面热偶 I=试件 P=加压机构 1 2 3 4 5 6 7 8为测温点三、实验步骤1、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%.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。3.将装置旋过180度，在另一面按步骤2装上另一试件。4.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）。5.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。6.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。7.事先按试件大致的导热系数值，以温差为30-70，100E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。 8.冷面温度用自来水冷却，预先调节到冷面温度。 9.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）。10.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%）。11.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。12.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。 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T1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=2d2/4=0.003925 m2，试样的厚度，代入公式 =Q /A（T1-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=2.00A。热流量由主炉电功率算出，所以，热流量Q=8.51.85=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T1和T2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/mv01h15min15min15min15min15min15min15min15min15min1.0602.4672.5942.6432.6772.7122.7602.7752.7922.8722.8731.0892.6142.6022.6542.6702.7302.7792.8052.8242.8832.8851.1162.4902.6132.6662.7002.7352.7842.7952.8142.8932.8951.0952.4492.5602.6092.6392.6762.7202.7342.7542.8292.8321.1852.5462.6512.7042.7182.7552.8022.8152.8342.9102.9131.1802.5232.6162.6632.6752.7102.7522.7652.7852.8562.8570.1130.1790.1840.1720.1720.1600.1690.1640.1650.1700.1710.1280.1890.1760.1700.1740.1710.1720.1720.1750.1760.178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1 96 29.5 66.5 2 95.6 29.3 66.3 根据公式： = Q/A（T1-T2）计算材料的导热系数。分度号：K 镍铬-镍硅热电偶分度表 (附表) （参考端温度为0）温度0123456789热电动势/mV00.0000.0390.0790.1190.1580.1980.2380.2770.3170.357100.3970.4370.4770.5170.5570.5970.6370.6770.7180.758200.7980.8380.8790.9190.9601.0001.0411.0811.1221.162301.2031.2441.2851.3251.3661.4071.4481.4891.5291.570401.6111.6521.6931.7341.7761.8171.8581.8991.9491.981502.0222.0642.1052.1462.1882.2292.2702.3122.3532.394602.4362.4772.5192.5602.6012.6432.6842.7262.7672.8097