| DRP-II導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀 (平板穩(wěn)態(tài)法) 使用說(shuō)明書 湘 潭 市 儀 器 儀 表 有 限 公 司 地址：湖南省湘潭市雨湖區(qū)潭邵路519號(hào) 郵編:411105 電話：0731-58559588 58559275傳真：0731-58559788 、 概述 導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量，它不僅是評(píng)價(jià)材料的熱學(xué)特性的依據(jù)，而且是材料在應(yīng)用時(shí)的個(gè)設(shè)計(jì)依據(jù)，在加熱器 、散熱器、傳熱管道設(shè)計(jì)、房屋設(shè)計(jì)等工程實(shí)踐中都要涉及這個(gè)參數(shù)。因?yàn)椴牧系臒釋?dǎo)率不僅隨溫度、壓力變化，而且材料的雜質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)變化都會(huì)明顯影響熱導(dǎo)率的數(shù)值，所以在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程技術(shù)中對(duì)材料的熱導(dǎo)率常用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。 測(cè)量熱導(dǎo)率的方法大體上可分為穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法兩類。本測(cè)試儀采用穩(wěn)態(tài)法測(cè)量不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)，其設(shè)計(jì)思路清晰、簡(jiǎn)捷、實(shí)驗(yàn)方法具有典型性和實(shí)用性。測(cè)量物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)是熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中的個(gè)重要內(nèi)容。 本測(cè)試儀由加熱器、數(shù)顯溫度表、數(shù)顯計(jì)時(shí)器等組成（采用體化設(shè)計(jì)） 二、 主要技術(shù)指標(biāo) 1、 電源：AC（220±10%）V，（50/60）HZ 2、 數(shù)字溫度表：測(cè)量精度：0.5%±1個(gè)字. 3、 數(shù)字計(jì)時(shí)表:計(jì)時(shí)范圍: 0～100min;小分辨率1S;精度:10-5 4、 測(cè)量溫度范圍:室溫～100℃(高加熱溫度120℃) 5、 加熱電壓: 36VAC 6、 散熱銅板:半徑:65mm 厚度:7mm 質(zhì)量:815g(以上的參數(shù)已在每塊銅板上標(biāo)注,以上提供的僅為參考值) 7、 測(cè)試材料:硬鋁、橡皮、空氣等 8、 連續(xù)工作時(shí)間：＞8小時(shí) 1、 使用將加熱盤與散熱盤的表面擦干凈。樣品兩端面擦凈，可涂上少量硅油。以保證接觸良好。 2、 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如若移開(kāi)電熱板，應(yīng)先關(guān)閉電源。移開(kāi)熱圓筒時(shí)，手應(yīng)拿住固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以免燙傷手。 3、 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，切斷電源，保管好測(cè)量樣品。不要使樣品兩端劃傷，以至影響實(shí)驗(yàn)的精度。數(shù)字溫度表數(shù)字出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)先查熱電偶及各個(gè)環(huán)節(jié)的接觸是否良好。 4、 儀器在搬運(yùn)及放置時(shí)，應(yīng)避免強(qiáng)烈振動(dòng)和受到撞擊。 5、 儀器長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)，請(qǐng)?zhí)咨纤芰洗乐钩睗窨諝忾L(zhǎng)期與儀器接觸。房間內(nèi)空氣濕度應(yīng)小于80%。 6、 儀器使用時(shí)，應(yīng)避免周圍有強(qiáng)烈磁場(chǎng)源的地方。 7、 長(zhǎng)期放置不用后再次使用時(shí)，請(qǐng)先加電預(yù)熱30min后使用。 四、 成套性 1、DRP-Ⅱ?qū)嵯禂?shù)測(cè)試儀 1臺(tái) 2、電源線 1根 3、用測(cè)量熱電偶 2根 4、保溫杯 1只 5、測(cè)試樣品（硬鋁、橡皮） 1組 6、使用說(shuō)明書 1份 7、產(chǎn)品合格證 1份 五、 售后服務(wù) 在用戶遵守保管和使用規(guī)則的條件下，從發(fā)貨之日起十二個(gè)月內(nèi)因產(chǎn)品質(zhì)量不良而發(fā)生損壞或不能正常工作時(shí)，制造廠應(yīng)無(wú)償?shù)貫橛脩粜蘩砘蚋鼡Q零部件。 導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量 導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）是反映材料熱性能的物理量，導(dǎo)熱是熱交換三種（導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射）基本形式之，是工程熱物理、材料科學(xué)、固體物理及能源、環(huán)保等各個(gè)研究域的課題之，要認(rèn)識(shí)導(dǎo)熱的本質(zhì)和特征，需了解粒子物理而目對(duì)導(dǎo)熱機(jī)理的理解大多數(shù)來(lái)自固體物理的實(shí)驗(yàn)。材料的導(dǎo)熱機(jī)理在很大程度上取決于它的微觀結(jié)構(gòu)，熱量的傳遞依靠原子、分子圍繞平衡位置的振動(dòng)以及自由電子的遷移，在金屬中電子流起支配作用，在絕緣體和大部分半導(dǎo)體中則以晶格振動(dòng)起主導(dǎo)作用。因此 ，材料的導(dǎo)熱系數(shù)不僅與構(gòu)成材料的物質(zhì)種類密切相關(guān)，而且與它的微觀結(jié)構(gòu)、溫度、壓力及雜質(zhì)含量相聯(lián)系。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)作工程設(shè)計(jì)中所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)都需要用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。（粗略的估計(jì)，可從熱學(xué)參數(shù)手冊(cè)或圖表中查尋） 1882年法國(guó)科學(xué)家J·傅里葉奠定了熱傳導(dǎo)理論，目各種測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的方法都是建立在傅里葉熱傳導(dǎo)定律基礎(chǔ)之上，從測(cè)量方法來(lái)說(shuō)，可分為兩大類：穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法，本實(shí)驗(yàn)采用的是穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)量材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
式中的n為銅板的質(zhì)量，C為銅板的比熱容，負(fù)號(hào)表示熱量向低溫度方向傳遞。因?yàn)橘|(zhì)量容易直接測(cè)量，C為常量，這樣對(duì)銅板的散熱速率的測(cè)量又轉(zhuǎn)化為對(duì)低溫側(cè)銅板冷卻速率的測(cè)量。測(cè)量銅板的冷卻速率可以這樣測(cè)量：在達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，移去樣品，用加熱銅板直接對(duì)下金屬銅板加熱，使其的溫率高于穩(wěn)定T2（大約高出10℃左右）再讓其在環(huán)境中自然冷卻，直到溫度低于T2，測(cè)出溫度在大于T2到小于T2區(qū)間中隨時(shí)間的變化關(guān)系，描繪出T－－-t曲線，曲線在T2處的斜率就是銅板在穩(wěn)態(tài)溫度時(shí)T2下的冷卻速率。
式中的R為樣品的半徑、h為樣品的高度、m為下銅板的質(zhì)量、C為銅塊的比熱容、Rp和hp分別是下銅板的半徑和厚度。右式中的各項(xiàng)均為常量或直接易測(cè)量。 [實(shí)驗(yàn)步驟] 1、 用自定量具測(cè)量樣品、下銅板的幾何尺寸和質(zhì)量等必要的物理量，多次測(cè)量、然后取平均值。其中銅板的比熱容C=0.385KJ/(K.Kg) 2、 先放置好等測(cè)樣品及下銅板（散熱盤），調(diào)節(jié)下圓盤托架上的三個(gè)微調(diào)螺絲，使待測(cè)樣品與上下銅板接觸良好。安置圓筒、圓盤時(shí)，須使放置熱電偶的洞孔與杜瓦瓶同側(cè)。熱電偶插入銅盤上的小孔時(shí)，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，使熱電偶測(cè)溫端與銅盤接觸良好，熱電偶冷端插在冰水混合物中。 3、 合上“加熱開(kāi)關(guān)”，參照智能溫度控制器使用說(shuō)明書設(shè)定好上銅板的溫度。對(duì)上銅板進(jìn)行加熱。 4、 上銅板加熱到設(shè)定溫度時(shí)，同時(shí)通過(guò)熱電偶選通開(kāi)關(guān)，將信號(hào)先通開(kāi)關(guān)打在（1）測(cè)量上銅板的溫度。當(dāng)上銅板的溫度保持不變時(shí)（可通過(guò)溫控儀的溫度顯示來(lái)觀測(cè)），記錄下此時(shí)上銅板的溫度（T1），在不斷地給高溫側(cè)銅板（上銅板）加熱，熱量通過(guò)樣品不斷地傳到低溫側(cè)銅塊（下銅塊），經(jīng)過(guò)定的時(shí)間后，當(dāng)下銅板的溫度基本不變時(shí)，將信號(hào)選通開(kāi)關(guān)打在（II）測(cè)量下銅板的溫度。記錄下此時(shí)下銅板的溫度值（T2）。此時(shí)則可認(rèn)為已達(dá)到了穩(wěn)態(tài)。（大約在二分鐘內(nèi)下銅板的溫度保持不變） 5、移去樣品，繼續(xù)對(duì)下銅板加熱，當(dāng)下銅盤溫度比T2高出10℃左右時(shí)，移去圓筒，讓下銅盤所有表面均暴露于空氣中，使下銅板自然冷卻。每隔30讀次下銅盤的溫度示值并記錄，直至溫度下降到T2以下定值。作銅板的T-t冷卻速率曲線。（選取鄰近的T2測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)求出冷卻速率）。 6、 根據(jù)（S1-4）計(jì)算樣品的導(dǎo)熱系數(shù)λ。 7、 設(shè)置上銅板不同的加熱溫度，在設(shè)定加熱溫度時(shí)，須高出室溫30℃。設(shè)定不同的加熱溫度，測(cè)量出不同溫度下樣品的導(dǎo)熱系數(shù)λ。 [實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)] 1、 穩(wěn)態(tài)法測(cè)量時(shí)，要使溫度穩(wěn)定約要40分鐘左右，同時(shí)每隔30記下樣品上、下圓盤A和P的溫度T1和T2的數(shù)值，待T2的數(shù)值在2分鐘內(nèi)不變即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，記下此時(shí)的T1和T2值。 測(cè)T3值時(shí)要在T1、 T2達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，將上面測(cè)T1和T2的熱電偶移下來(lái)進(jìn)行測(cè)量。 3、 圓筒發(fā)熱體盤側(cè)面和散熱盤P側(cè)面，都有供安插熱電偶的小孔，安放發(fā)熱盤時(shí)此二小孔都應(yīng)與杜瓦瓶在同側(cè)，以免線路錯(cuò)亂，熱電偶插入小孔時(shí)，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，保證接觸良好，熱電偶冷端浸于冰水混合物中。 4、 樣品圓盤B和散熱盤P的幾何尺寸，可用游標(biāo)尺多次測(cè)量取平均值。散熱盤的質(zhì)量m約0.8Kg，可用藥物天平稱量。 附錄:銅—康銅熱電偶分度表 | 熱電勢(shì)(mV) | | 溫度℃ | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | | -10 | -0.383 | -0.421 | -0.458 | -0.496 | -0.534 | -0.571 | -0.608 | -0.646 | -0.683 | -0.720 | | 0 | 0.000 | -0.039 | -0.077 | -0.116 | -0.154 | -0.193 | -0.231 | -0.269 | -0.307 | -0.345 | | 0 | 0.000 | 0.039 | 0.078 | 0.117 | 0.156 | 0.195 | 0.234 | 0.273 | 0.312 | 0.351 | | 10 | 0.391 | 0.430 | 0.470 | 0.510 | 0.549 | 0.589 | 0.629 | 0.669 | 0.709 | 0.749 | | 20 | 0.789 | 0.830 | 0.870 | 0.911 | 0.951 | 0.992 | 1.032 | 1.073 | 1.114 | 1.155 | | 30 | 1.196 | 1.237 | 1.279 | 1.320 | 1.361 | 1.403 | 1.444 | 1.486 | 1.528 | 1.569 | | 40 | 1.611 | 1.653 | 1.695 | 1.738 | 1.780 | 1.882 | 1.865 | 1.907 | 1.950 | 1.992 | | 50 | 2.035 | 2.078 | 2.121 | 2.164 | 2.207 | 2.250 | 2.294 | 2.337 | 2.380 | 2.424 | | 60 | 2.467 | 2.511 | 2.555 | 2.599 | 2.643 | 2.687 | 2.731 | 2.775 | 2.819 | 2.864 | | 70 | 2.908 | 2.953 | 2.997 | 3.042 | 3.087 | 3.131 | 3.176 | 3.221 | 3.266 | 2.312 | | 80 | 3.357 | 3.402 | 3.447 | 3.493 | 3.538 | 3.584 | 3.630 | 3.676 | 3.721 | 3.767 | | 90 | 3.813 | 3.859 | 3.906 | 3.952 | 3.998 | 4.044 | 4.091 | 4.137 | 4.184 | 4.231 | | 100 | 4.277 | 4.324 | 4.371 | 4.418 | 4.465 | 4.512 | 4.559 | 4.607 | 4.654 | 4.701 | | 110 | 4.749 | 4.796 | 4.844 | 4.891 | 4.939 | 4.987 | 5.035 | 5.083 | 5.131 | 5.179 | 附錄二：部分材料的密度和導(dǎo)熱數(shù) | 材料名稱 | (20℃) | 導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·K) | | 導(dǎo)熱系數(shù) | 密度 | 溫度(℃) | | W/(m·K) | (Kg/m3) | -100 | 0 | 100 | 200 | | 純鋁 | 236 | 2700 | 243 | 236 | 240 | 238 | | 鋁合金 | 107 | 2610 | 86 | 102 | 123 | 148 | | 純銅 | 398 | 8930 | 421 | 401 | 393 | 389 | | 金 | 315 | 19300 | 331 | 318 | 313 | 310 | | 硬鋁 | 146 | 2800 | | 橡皮 | 0.13-0.35 | 1100 | | 電木 | 0.23 | 1270 | | 木絲纖維板 | 0.048 | 245 | | 軟木板 | 0.044-0.079 | DRP-Ⅱ?qū)嵯禂?shù)測(cè)試儀制樣附加說(shuō)明 材料的范疇很廣，有金屬和非金屬、均質(zhì)的和非均質(zhì)的、單體的和復(fù)合材料、液態(tài)、固態(tài)、粉料等，導(dǎo)熱系數(shù)范圍非常寬。通過(guò)制取不同形狀的試樣，利用DRP導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試平臺(tái)，可檢測(cè)大部分材料。 高導(dǎo)熱材料的檢測(cè)方法：平板穩(wěn)態(tài)法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀測(cè)量材料導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，主要是測(cè)量冷熱面溫差和熱流兩個(gè)參數(shù)量，儀器測(cè)量這兩參數(shù)量時(shí)，都有測(cè)量量程和精度的限制。通過(guò)制樣可使材料的冷熱面溫差和熱流都落在儀器的量程和精度范圍內(nèi)。在測(cè)量高導(dǎo)熱材料時(shí)，要減小熱流傳遞和提高冷熱面溫差。減小熱流可通過(guò)減小試樣的傳熱面積來(lái)獲得，提高冷熱面溫差可通過(guò)增加試樣厚度來(lái)獲得。試樣與冷熱板的接觸熱阻相對(duì)高導(dǎo)熱試樣熱阻是非常大的，測(cè)量時(shí)必須消除接觸熱阻。方法是在試樣測(cè)量面兩端打2個(gè)溫度測(cè)量孔，把測(cè)量冷熱板溫度的熱電偶插在試樣的溫度測(cè)量孔內(nèi)，這樣，測(cè)量的冷熱溫差值就不包含接觸熱阻形成的溫差了，試樣厚度數(shù)據(jù)要以試樣2個(gè)溫度測(cè)量孔的間距來(lái)計(jì)算。如果熱面溫度比環(huán)境溫度高很多，就要考慮試樣表面散熱，可在試樣表面包上保溫層。測(cè)量鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)制樣如下圖所示： 粉狀或膠狀材料的檢測(cè)方法：測(cè)量膠狀物時(shí)，要做個(gè)圍框，裝樣時(shí)，裝滿并稍高于圍框邊。 粉狀料的緊實(shí)度與導(dǎo)熱系數(shù)有很大的關(guān)系，要考慮測(cè)量什么狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)，測(cè)量自然狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)，要做個(gè)圍框，裝樣時(shí)，裝滿并稍高于圍框邊。 有些粉狀料通過(guò)壓機(jī)制樣，可測(cè)量不同緊實(shí)度下導(dǎo)熱系數(shù)。 粉狀料還可調(diào)粘結(jié)劑進(jìn)行測(cè)量。 薄試樣的檢測(cè)方法：非常薄的試樣可采用疊層的辦法進(jìn)行測(cè)量。 以上是特殊試樣的取樣方法，般取樣是散熱板面積和定厚度，導(dǎo)熱系數(shù)高的取厚點(diǎn)，導(dǎo)熱系數(shù)低的取薄點(diǎn)。 總的規(guī)律是：導(dǎo)熱系數(shù)低的試樣取薄、面積大、冷熱溫差大，導(dǎo)熱系數(shù)高的試樣取厚、面積小、冷熱溫差小。 原創(chuàng)作者：湘潭市儀器儀表有限公司 |
