GB 11833-89 绝热材料稳态传热性质的测定圆球法

七、建筑用保温隔热材料637

a.炉内平均温升不超过50`C;

b.试样表面平均温升不超过50'C;

。.试样中心平均温升不超过50'C;

d.试样平均持续燃烧时间不超过20s;

。.试样平均失重率不超过5000

对明显收缩或熔化的非热稳定性材料，试样热电偶记录的数据是无意义的，可不作为判

定条件。

8试验报告

试验报告应包括下列内容:

a.委托单位名称;

b.生产单位名称;

。材料名称及标志;

d.材料性质;

。.材料供应日期和试验日期;

f.观察现象;

9.试验结果及鉴定意见;

h.试验单位及负责人。

附加说明:L

本标准由中华人民共和国公安部提出。

本标准由公安部四川消防科学研究所负责起草。

9.《绝热材料稳态传热性质的测定圆球法》GB11833-89

圆球法测定绝热材料稳态传热性质时，内球发出的热流径向通过试材传到外球，没有防

护热板法测定中侧向热损和背向热损(指单试件法)，理论误差小，测定装置的构造和操作都

较简单，因此，圆球法是测定颗粒状绝热材料传热性质的较好方法。

颗粒绝热材料是典型的多孔性材料，其传热性质的特点是除固体传导传热外，还存在气

体传导、辐射和对流传热。因此，测定结果为被测材料的综合传热性质，称为表观导热系数。

使用测定结果时必须充分考虑上述因素。

I主题内容与适用范围

本标准规定了使用圆球传热装置测定颗粒状(或粉状)材料稳态传热性质刘装置的技术

要求和测定方法。

本方法只适用于测定干燥材料。试件表观导热系数的测定范围为0.02--1.owAm-

K)a

本方法的测定结果为给定平均温度和温差下试件的表观导热系数。当表观导热系数与

638第一部分主要建筑材料的检测方法标准

测定温差无关时，测定结果为试件的平均可测导热系数。当试件的径向尺寸(外、内球半径

之差)大于确定被测材料导热系数所需的最小厚度，且测定结果与测定温差无关时，测定结

果为材料的导热系数。

注:如不知道确定材料导热系数的试件最小厚度，应按GB10294附录B的规定确定试件最小厚度。

2引用标准

“日4132绝热材料名词术语

GB10294绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法

3名词、术语和符号

3.1下列术语引自GB4132

3.1.1热流量Q(W)o

3.1.2导热系数A(W/(m-K)]o

3.2其他术语

3.2.1热稳定体

物体的导热系数a或「川不是时间的函数，但可以是物体中的位置、方向和温度的函数。

3.2.2表观导热系数l

由包括传导、对流和辐射三种传热机理共同作用情况下测得的数据，按导热系数公式计

算所得的值。此数值随测定条件(测定温差、试件厚度、边界表面的辐射特性等)而变。

3.2.3试样

按被测材料标准中规定的方法抽样，并缩减到略大于测定所需数量的样品。

3.2.4试件

装人测定装置中进行测定的试样。

4原理

圆球传热装置由同心设置的发热内球和冷却

外球组成，其构造原理如图1所示。内、外球温

度稳定时，内球发出的热流量Q径向通过试件传

到外球，测定内球发热功率、内球外表面与外球

内表面的温度和球体的几何尺寸，计算被测材料

的表观导热系数。计算公式如式(1)0

式中

*。一彩元·D2-D,·_1T}xD2xD1xT“，

a8—被测材料的表观导热系数

(W/(m"K));

Q—内球发出的热流量，数值上等于施

加在内球发热器上的电功率(W);

D,—内球外径(m);

D2—外球内径(M);

C,C,

图1圆球装置原理图

B,一内球;B2一外球;C,一内球测温热电偶;Ci一外

球侧温热电偶;H-发热器;S一支承管;T一加料口

盖子;D,一内球外径;DZ一外球内径

七、建筑用保温隔热材料639

T,—内球外表面温度(K);

T2.一-汐卜球内表面温度(K)o

5装置

5.1装置的技术要求

5.1.1装置的尺寸

装置的尺寸随测定材料的颗粒尺寸而定。外球内径减内球外径之差的一半【(D:一

D,)i2」至少应为试件的颗粒直径的10倍。外球内径和内球外径的比值建议在1.4-2.5

之间。

5.1.2加热单元—内球

内球体为空心厚壁球，由高导热系数的金属材料制成。球面在工作温度下不应与试件

和环境有化学反应。圆球的外表面应加工到圆度小于外径的10.2%。在运行中内球表面

的温度不均匀性应小于内、外球温度差的士2%。所有工作表面应处理，使在工作温度下的

总半球辐射率大于0.8。内球的空腔内装有电加热器。加热器用绝缘支架制成球形，加热

器引线在内球出口处应接成四线制，以便准确测定内球发热功率。引线应避免使用铜线，防

止因引线散热而造成显著误差。适当选择电流和电压导线的材料和直径，由电流导线的发

热量补偿电压导线的传热损失，可使导线传热引起的误差减至最小。

5.1.3冷却单元—外球

外球体应分成上、下两个半球。上半球的顶部应有一加料孔，加料孔应配有密闭的盖

子。加料孔面积较大时，盖子应采取专门措施防止其温度偏离外球温度。

外球体应控制在恒定的低于加热单元的温度。内表面温度不均匀性应小于测定温差的

2%。金属球体可用通过恒温的流体来恒温。温度较高时，也可用电加热器进行控温或二者

并用。内表面的半球发射率应大于0.80

内、外球应保持同心，其偏心距离应小于内球外径的2.5%。可采用支承管保持内外球

的同心，以防止内球自重压迫试件造成变形。支承管应用低导热系数材料制作，其横截面应

尽量小。在任何情况下，由支承管传递的热量应小于内球发热量的5%。并应按公式(4)计

算表观导热系数。

如外球温度低于环境空气的露点，外球上、下半球及盖子的接缝处应设置“O'，形密封圈

或其他密封措施，防止试件吸潮。

5.1.4防护罩

为减少室内空气波动对外球温度的影响，圆球部分应用防护罩与室内空气隔离。当外

球温度显著高于室温或低于室温时，防护罩内宜设置保温层。

5.1.5测定仪表

5.1.5.1温度测定传感器。内、外球温度用埋设在内、外球球体内或球面沟槽中的热电偶

测定。热电偶线的直径应小于0.3mm。所有热电偶丝误差极限应满足附录B中专用级的

要求。否则，应单独校正筛选，并制订热电对照表。应避免使用铜一康铜热电偶。内球埋设

热电偶的数量不少于四个，上、下半球各两个。热电偶位置应避开支承管和上、下半球接缝

等温度场可能被扭曲的部位。外球埋设的热电偶数量与内球相同。内、外球热电偶亦可接

成温差式，直接测量内、外球的温度差。此时热电偶必须与内、外球体电气绝缘。

640第一部分主要建筑材料的检测方法标准

5.1.5.2温度测定仪表。温度和温差测定仪表的灵敏度和准确度应优于温差的士0.2%或

士0.1`C(取大者)。

5.1.5.3功率测定仪表。内球加热功率测定仪表的灵敏度和准确度应优于10.1%0

5.1.6温度控制系统

5.1.6.1内球加热方式可以为恒热流法或恒温度法。采用恒热流法时，供热电压的波动应

小于士0.1%，每2h的飘移应小于士0.1%。采用恒温度法时内球外表面温度波动和飘移引

起的测试误差应小于士0.3%。加热功率的波动应小于士0.3%。恒温度法可显著缩短测试

时间。

5.1.6.2外球的温度控制系统应控制外球内表面温度的波动和飘移小于温差的士0.3%0

5.2装置的检验

5.2.1几何尺寸:检查内球的外径及其圆度;外球的内径及其圆度。检查内、外球同心度。

5.2.2电气绝缘。测定电加热器对球体的电气绝缘(应大于1MQ)。若采用温差接法，还

应检查热电偶对球体的电气绝缘。并须在工作温度范围的两端重复测定。

5.2.3温度测定仪表。球体的试料腔内装人低热阻材料，在室温保持热平衡。内、外球热

电偶指示应与室温很接近，干扰电压应在仪表噪声电压范围内。在球体与加热器之间加上

力RA器预期的最高工作电压，由此引起的读数改变应小于温度测定的允许误差(见

5.1.5.2)0

外球升温并维持在最高工作温度、内球不加热。热平衡时，内、外球热电偶应指示相同

的温度，差值应小于热电偶筛选偏差(见5.1.5.1)及温度测定系统的允许误差(见5.1.5.2)

之和。

5.2.4温度控制系统检验。球体试料腔内装人低导热系数材料，以装置设计的最小温差进

行测定。检查内球温度的波动和飘移。恒温度法时还应检查加热功率的波动和飘移。再用

装置设计时预定的最大导热系数材料，以最大的温差进行测定，检查内、外球温度均匀性及

外球温度的波动和飘移。在装置工作温度范围的两端重复上述试验。

5.2.5用国家认可试验室测定过的热稳定性材料进行测定，测定误差应小于设计误差。

经上述检验后装置可正式使用。应定期检验装置的稳定性。

6试件准备

6.1试样应按被测材料的产品标准所规定的方法抽样、并缩小到所需数量。

6.2均匀粒径材料的粒径应小于试料层厚度的十分之一。混合级配材料，大颗粒材料的含

量少于百分之十时，最大颗粒的直径可放宽到试料层厚度的五分之一。

6.3试样应在(105士5)℃通风烘箱中状态调节到恒量(4h质量变化小于0.5%)。烘干的

试样应放人干燥器中冷却后备用。

6.4按被测材料的产品标准所规定的方法测定试样的松散密度。

6.5试样准备过程中应防止试样表面被污染，尤其是较高导热系数的试样。

7测定步骤

7.1装试件

按装置的试料腔容积和测定时密度计算试件应装填的质量。测定时密度一般为松散密

七、建筑用保温隔热材抖641

度的1.10倍。称取试样并分为两份。先打开上半球装填下半球，装填量为试件质量的二分

之一。然后安装上半球，从球顶加料孔装人另一份试样。试件应填满腔体，特别注意顶部不

应有空隙。

称量试样装料前的质量和装料后的剩余质量，确定试件的质量。其准确度应优于

土0.5%。

7.2温差选择

颗粒材料的传热性质与温差有关，按下述之一选择测定温差。

a.材料产品标准中要求;

b.被测试件的使用条件;

。.在确定未知的温度与传热性质之间关系时，尽可能低10--20K;

d.当要求试件内传质现象减到最小时，按测定温差所需的准确度选择最低的温差，这

可能意味与本标准不符。

注:圆球装置测定时，试件不同半径处的温度梯度不同，内球外表面处的温度梯度为,AT/Rz-Rz-R,xR,，外

球内表面处的温度梯度为宕轰;\影而平均温度梯度为二//(R2一*1)(R,为内球的外半径，

Rz为外球的内半径)。如试件的表观导热系数与温度不是线性关系，选择测定温差时，应考虑实

际温度梯度的范围，防止出现显著的误差

7.3外球内表面温度控制

调节上、下半球的液体流量或电功率，控制上、下两个半球的温度，使上、下两半球温度

之差不超过测定温差的士1%0

7.4热流量的测定

内球发热的热流量在数值上等于施加在内球发热器上的电功率。

测定施加于内球发热器的平均功率，准确到士0.2960

7.5过渡时间和测定间隔

为得到热性质的正确值，装置和试件必须有充分的热平衡时间。热平衡时间与装置的

构造、控制方式、几何尺寸以及试件的热性质有关。恒温度式装置在升到预定温度后，再持

一r/D，一Dl\2，，

续，以G2厂/a」时间后，试件可进人稳定状态·其中。为试件的热扩散系数(导温系

数)，其数值可按经验或由手册中查取。进人稳态后，按0.2t的时间间隔，测定加在内球加

热器上的功率和内、外球温度。直到连续四组读数给出的热性质的差别不超过士1%，并且

不是单调地朝一个方向改变，以及由内球温度飘移引起的误差小于士0.3%时，测试结束。

8计算

8.1装填密度

根据7.1条称量、装人试料腔内试件的质量和试料腔的体积，可计算出试件的装填密

度。

P

式中P—试件的密度(kg/m3);

M

T(D23一D;)

(2)

642第一部分主要建筑材料的检测方法标准

M—试件的质量(kg).

8.2质量的变化

根据状态调节前和后试样的质量，计算调节过程中试样质量的相对变化:

M，一M

m=一一一屯下一一一Xluu

IV12

(3)

式中m—调节前、后质量相对变化(%);

M】—调节前试样的质量(kg);

M2—调节后试样的质量(kg).

8.3计算传热性质

用按7.5条测试的四组读数平均值计算传热性质。只要相差小于士1%，其他附加读数

亦可用于计算。

试件的表观导热系数按式(4)计算:

几娇

Q(DZ一D,)

2二(T，一TZ)D2-D,

l'F"、D2一D,

二--二入二尸--二二--

L7f乙U2'U,

(4)

式中A.fl一一试件的表观导热系数(W/(m-K));

3}—支承管材料的导热系数(W/(m-K));

F"—支承管横截面积(MZ);

L—支承管的长度(一般情况下，其数值L=(DZ一D,)2)(m)o

8.4平均温度

用7.5条测定的平均值计算测定时的平均温度于。

、1产|产

廿IZJesl

_T,+T2T1一几

2

rID,N2.1D，\

LI瓦)一11XI或一l)(5)

(D2/Dl)'一1

报告

测定结果的报告应包括下列各项:

a.材料名称、标志以及物理性质说明(如颗粒级配⋯⋯等);

b.状态调节的方法和温度;

。.状态调节后试样的松散密度;

d测定时试件的密度;

。.测定时的平均温度和温差;

f.热性质数值及其可用的温差范围;

9.日期和测定持续时间;

h.装置的尺寸;

.必要时给出热性质的值为纵坐标，相应的测试平均温度为横坐标的图或表;

.给出所测热性质数值的最大预计误差;

j.虎

“除·”‘’‘

如果测定过程中某些要求不符合本标准的要求时，应在报告中作出如下申明

外，均满足GB11833的要求”。

七、建筑用保温隔热材料643

附录A

误差的估算

(补充件)

Al偏心误差

因内、外球不同心引起的误差EA，由式(Al)计算:

EA二R2

R1一卜[卜(式)2R,}一2z

R,L1-(R,)2]一iz一1

(Al)

式中r—内球的偏心距(m).

A2内球温度服移引起的误差

稳态时如内球温度随时间飘移，内球将吸(或放)热，造成热流测定误差。内球吸(或放)

热引起的测定误差ET，由式(A2)计算:

ET=

IdT1.

又丽),p‘““v`1

—x二二二，二

切3七UU

(AZ)

龄(da}一}73t卿(K/1,);

A—内球体材料的密度((kg/m3);

c;—内球体材料的比热容(J/(kg"K));

V;—内球体的体积(砰)o

以低温差测定低导热系数材料时，此项误差最大。

A3支承管传热误差

支承内球以保持内、外球同心的支承管传递的热量会造成测定误差。被测材料的导热

系数愈小，这项误差愈大。当支承管两端与内、外球具有良好的热接触、支承管两端的温度

分别为内、外球温度时，通过支承管传递的热流量Q’，由式(A3)计算:

Q,*二F二ZIT1.

(A3)

式中Q’—支承管传递的热流量(W);

乙丁—支承管两端的温度差(K)o

假定支承管传热不影响内、外球的温度场，且忽略支承管所占体积的影响，则考虑支承

管传热后，圆球装置的导热系数计算公式为:

“一‘“一Q’)D2-D,Q,)2a0T-DI-D2

=Q(D:一D,)

27r-AT-DI-D2

业F

22rL

D2一D1

D,-D2

(A4)

644第一部分主要建筑材料的检刚方法标准

公式(A4)右侧第二项即为支承管传热引起的修正项。当装置制成后，此项为一个常数。

如支承管两端温度不是分别与内、外球的温度相同，则支承管轴向温度梯度随测量时的

内、外球温度、环境温度和仪器构造等因素而变，须实测其轴向温度梯度才能进行修正。

A4其他误差

除上述误差外，误差分析中尚应考虑下列误差:

a.内、外球尺寸误差;

b.电功率测定误差;

。.温度测定误差(包括热电偶标定误差、安装误差和测定仪表误差);

d.支承管传热修正后的剩余误差。这是由于支承管尺寸测定误差和导热系数误差引

起的。

A5误差综合

上述各项误差的绝对值之和是装置可能出现的最大误差，但各项误差的作用在同一方

向积累的可能性很小。一般情况下，如没有一项误差特别大，则装置的综合误差为最大误差

的50%一75%0

附录B

热电偶误差极限和类型

(补充件)

热电偶误差极限

表131

热电偶类型

温度范围

误差极限~参考接点为OC

新代号IE(℃

标准

℃(取大者)

专用

℃(取大者)

CK

FE

K

N

P

R

CK

K

N

T

1

E

K

R或S

B

TU

EU

W1

0-360

0-750

0-900

0-1250

0-1450

800-170(

一201】一0

一200-0

一200-0

士1或土0.75%

12.2或10.75%

11.7或士0.5%

12.2或10.75%

11.5或10.25%

士0.5%

士1或士1.5%

+1.7或士1%

士2.2或士2%

士0.5或士0.4%

士1.1或土0.4%

士1或10.a%

11.1或士0.4%

10.6或10.1%

注:1)用于低于0℃的热电偶，在订货时应予申明。

热电佃类型

裹B2

新代号

}1日代号

材质一}新代号一}旧代号

材质

RLL

铂