J9-测定气体导热系数
导热系数检测内容及方法
导热系数检测内容及方法（1）防护热板法检测导热系数本方法适用于处于干燥状态下单一材料或者复合板材等中低温导热系数的测定。
依据标准：《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》GB/T10294-88原理：在稳态条件下，防护热板装置的中心计量区域内，在具有平行表面的均匀板状试件中，建立类似于以两个平行匀温平板为界的无限大平板中存在的一维恒定热流。
为保证中心计量单元建立一维热流的准确测量热流密度，加热单元应分为在中心的计量单元和由隔缝分开的环绕计量单元的防护单元。
并且需有足够的边缘绝热或（和）外防护套，特别是在远高于或低于室温下运行的装置，必须设置外防护套。
通过测定稳定状态下流过计量单元的一维恒定热流量Q、计量单元的面积A、试件冷、热表面的温度差/T,可计算出试件的热阻R 或热导率CA（C1试验仪器：1.1平板导热仪(1)导热系数测定范围：(0∙020~L000)W∕(m∙K)(2)相对误差：±3%(3)重复性误差：±2%(4)热面温度范围：(0-80)℃(5)冷面温度范围：(5~60)℃1.2、钢直尺1.3、游标卡尺2、试件要求：1)尺寸试件测量范围：30OmmX30OnInIXI(10~38)mm试件的表面用适当方法加工平整，使试件与面板紧密接触，刚性试件表面应制作的与面板一样平整，并且整个表面的不平行度应在试件厚度的±2%。
试件的尺寸应该完全覆盖加热单元的表面，由于热膨胀和板的压力，试件的厚度可能变化，在装置中在实际的测定温度和压力下测量试件厚度。
热敏感材料不应暴露在会改变试件性质的温度下，当试件在实验室空气中吸收水分显著(如硅酸盐制品)，在干燥结束后尽快将试件放入装置中以避免吸收水分。
3、试件加工试验前，将试件加工成30OnlnI(长)×300mm(宽)的正方形，并且保证冷热两个传热面的平行度，特别是硬质材料的试件，如果冷热两个测试面不平行，这种情况下必须将试件磨平后才能做实验。
热传导和导热系数的实验检测
热传导和导热系数的实验检测热传导是指热量在物体内部由高温区向低温区传递的过程。
它是固体、液体和气体内部热传递的主要方式。
热传导的实质是物体内部粒子（分子、原子或离子）的热运动造成的能量传递。
热传导的强弱用导热系数来衡量，导热系数是描述材料导热性能的一个物理量。
一、热传导的基本定律热传导的基本定律是傅里叶定律，可用公式表示为：[ q = -kA ]其中，( q ) 是单位面积的热流量（W/m^2），( k ) 是导热系数（W/m·K），( A ) 是物体的横截面积（m^2），( ) 是温度梯度（K/m）。
二、导热系数的定义和影响因素导热系数 ( k ) 是指在稳态热传导条件下，单位时间内通过单位面积、单位厚度的物质，由热传导引起的热量（W）。
导热系数受材料种类、温度、湿度、压力等因素的影响。
不同物质具有不同的导热系数，例如，金属的导热系数较大，而绝缘材料的导热系数较小。
1.稳态热传导法：通过在物体上施加稳定的热源，测量物体内部温度分布，从而计算导热系数。
2.瞬态热传导法：通过在物体上施加瞬态热源，测量物体内部温度随时间的变化，利用热传导方程求解导热系数。
3.热线法：利用一根直径很小的热线作为热源，将其插入物体内部，通过测量热线周围的温度分布，计算导热系数。
4.热波法：利用热波在物体内部的传播特性，通过测量热波的传播速度和温度分布，计算导热系数。
5.热流计法：利用热流计测量通过物体的热流量，结合物体几何尺寸和材料热容等参数，计算导热系数。
四、实验注意事项1.确保实验过程中物体表面温度分布均匀，避免局部热源对实验结果的影响。
2.减小实验过程中的热损失，如使用绝热材料覆盖物体表面。
3.测量温度时，要准确记录时间和温度值，避免误差。
4.实验过程中要严格遵循实验步骤和操作规范。
通过以上知识点，学生可以了解热传导和导热系数的基本概念、影响因素以及实验检测方法。
这有助于提高学生对热传导现象的认识，为后续相关课程的学习打下基础。
测定气体导热系数
测定气体导热系数【实验目的】1．掌握低真空系统的基本操作方法，学会正确使用数显式电子真空计。
2．掌握用热线法测定气体导热系数的基本原理和正确方法。
3．学习应用“线性回归”和“外推法”对实验数据进行处理。
【实验原理】1．“热线法”测量气体导热系数的原理1)稳定温度场的建立T2由于T1＞T2，容器中的待测气体必然形成一个沿径向分布的温度梯度，由于热传导，钨丝温度下降，本实验用热线恒温自动控制系统来维持钨丝温度恒为T1。
这样，每秒钟由于气体热传导所耗散的热量就等于维持钨丝的温度恒为T1时所消耗的电功率，从而维持测量室中温度梯度稳定。
故通过测量钨丝消耗的电功率来算出单位时间内热传导的热量。
2)由付里叶定律推导气体导热系数K 即气体导热系数。
其中l = 19.5 cm , r 1 = 0.0095 mm, r 2 =7.5 mm . T 2近似等于室温，关键在于Q 与T 1怎么测定。
2) Q 与T 1的测定每秒钟通过气体圆柱面传输的热量Q 等于钨丝所耗散的电功率，即 UI W Q ==对于一定长度为l 的钨丝而言，其电阻值与温度的关系为： 001)(273R R R T α-+= 。
R 0=37.2 Ω，是零度时的电阻值；R=U/I 为实验测量。
13101.5--⨯=C α2．二项修正1）热辐射以及联接钨丝两端的电极棒的传热损失的修正。
2）测量在低气压（133.3帕～1333帕）条件下进行，低气压气体导热系数K 低 与压强P 下导热系数之间的关系：中的K 低和K 可以用Q 低和Q 来代替3．作图法外推求Q 以1／P 为横坐标，1／Q 低为纵坐标作图，所得到的实验曲线将近似为一直线，此直线在纵坐标上的截距即为1／Q【实验内容】1． 熟悉实验装置，选择合适的热线温度外推法求Q1）对照实验装置图熟悉气体导热系数测定仪的基本结构，特别注意三通Ⅰ和三通Ⅱ的旋转操作。
2）校准电子真空计。
3）调节热线的恒温温度T1 (钨丝电阻值为90～100Ω左右) 2．测量钨丝热辐射与电极棒传热耗散的电功率Ｗ真空1）预抽真空2）测量W真空在真空度约0.1333帕（或10-3 乇）时测出热线两端的电压U真空及流过它的电流I真空，通过计算得W真空。
热导率测量的方法与技巧
热导率测量的方法与技巧热导率是材料的重要性能参数之一，它描述了材料传导热量的能力。
在工程和科研领域中，测量热导率对于材料选择、热传导机制分析以及新材料的开发具有重要意义。
本文将介绍一些常见的热导率测量方法和技巧。
热传导法是一种常用的热导率测量方法。
这种方法利用热传导的基本原理，通过对材料两端施加温度差，测量传导过程中的热流量和温度变化，从而计算出材料的热导率。
常用的热传导法包括热板法、热耦合法和热源法。
热板法是一种直接测量材料热导率的方法。
它通过在被测材料两侧安装薄薄的热电偶片，使热流通过被测材料，同时测量输入和输出端的温度差，从而计算出热导率。
在实际测量中，需要保证热板表面与被测材料接触良好，并消除对流和辐射的影响。
热耦合法则是一种间接测量材料热导率的方法。
这种方法常用于传热较强的材料，如液体和高导热材料。
热耦合法利用热对流的原理，在被测材料一侧加热源，在另一侧测量温度的变化。
通过测量的温度变化和加热源输入功率，计算出热传导系数，进而得出热导率。
热源法是一种用于测量导电材料热导率的方法。
通过在被测导电材料上加热电阻丝或电热片，使其成为一个热源，然后测量热源表面的温度变化。
根据热传导的原理和测量的温度变化，可以计算出热传导系数和热导率。
除了热传导法外，热容法也是一种常用的热导率测量方法。
热容法基于材料在吸热过程中温度的变化，通过测量吸热量和温度变化，计算出热传导系数和热导率。
热容法需要将被测材料置于恒温环境中，通过测量材料表面的温度变化来计算热导率。
在进行热导率测量时，还需注意一些技巧和注意事项。
首先，要保证测量装置的稳定性和精度。
测量装置中的温度传感器和热源必须准确稳定地工作，以确保测量结果的可靠性。
其次，要选择合适的测量范围和方法。
不同材料的热导率差异很大，需要根据材料特性和测量目的选择合适的测量方法和范围。
此外，测量时要注意消除误差来源。
例如，要避免热辐射和空气对流的影响，保证测量环境的稳定性和均匀性。
导热系数测量方法及仪器
导热系数测量方法及仪器Jurgen BlummNETZSCH-Geratebau GmbH,Selb/Bavaria,Germany编译：曾智强耐驰仪器（上海）有限公司前言本文介绍了导热系数测量的基本理论与定义，激光法、热线法、热流法、保护热流法、保护热板法等几类测量方法的原理与应用，以及德国耐驰公司（NETZSCH）的相关仪器。
在某些应用场合，了解材料的导热系数，是测量其热物理性质的关键。
例如，耐火材料常被用作炉子的衬套，因为它们既能耐高温，又具有良好的绝热特性，可以减少生产中的能量损耗。
航天飞机常使用陶瓷瓦作挡热板。
陶瓷瓦能承受航天飞机回到地球大气层时产生的高温，有效防止航天器内部关键部件的损坏。
在现代化的燃气涡轮电站，涡轮的叶片上的陶瓷涂层（如稳定氧化锆）能保护金属基材不受腐蚀，降低基材上的热应力。
有效的散热器能保护集成电路板与其它电子设备不受高温损坏，散热材料已经成为微电子工业领域关键材料。
在过去的几十年里，已经发展了大量的导热测试方法与系统。
然而，没有任何一种方法能够适合于所有的应用领域，反之对于特定的应用场合，并非所有方法都能适用。
要得到准确的测量值，必须基于材料的导热系数范围与样品特征，选择正确的测试方法。
基本理论与定义热量传递的三种基本方式是：对流，辐射与传导。
对流是流体与气体的主要传热方式，对固态与多孔材料传热不起重要作用。
对于半透明与透明材料，尤其在高温情况下，必须考虑辐射传热。
除了材料的光学性质外，边界状况亦能影响传热。
关于辐射传热方式的详细介绍见文献一1。
本文主要讨论的热传导。
热量的传导基于材料的导热性能——其传导热量的能力2。
厚度为x 的无限延伸平板热传导可用Fourier 方程进行描述（一维热传递）：xT· △△λ-=Q Q 代表单位表面积在厚度(△x)上由温度梯度(△T)产生的热流量。
两个因子都与导热系数（λ）相关联。
在温度梯度与几何形状固定的情况下，导热系数代表了稳态下需要多少能量才能维持该温度梯度。
大学物理实验——测定气体导热系数
大学物理实验——测定气体导热系数本实验旨在测定气体导热系数，通过该实验，我们可以掌握气体导热的基本原理和测定方法。
实验原理：热传导是一种物质内部热量传递的方式，当物体的一部分温度升高，部分分子动能增加，随之将多余的能量传递给邻近分子，这样能量逐渐从高温区转移到低温区，直到整个物体达到热平衡。
在气体中，热传导只能通过分子之间的碰撞，因此气体的热传导主要与气体分子的平均自由程有关。
气体不同于固体和液体，气体的物态比较松散，分子之间的距离远大于其大小，而且由于气体的热运动导致气体分子彼此迅速交换着位置和速度。
因此，气体的热传导比固体和液体要弱，热传导系数也要小得多。
气体的导热系数的大小与气体的种类、压力、密度、温度等有关。
该实验测量的是常温下氢气的导热系数，根据气体形状对传热的影响，可以使用圆柱形长短不等的传热棒，利用传热棒的热流量和温度梯度来计算气体的导热系数。
实验设备：传热棒（一个长、一个短）、电流表、电压表、热电偶、恒温水浴池、压力计、气体压缩机等。
实验步骤：（1）首先，在氢气压缩机上打开压力调节阀，将氢气压力调到1.5 MPa左右。
（2）将传热棒置于恒温水浴池中，并通过继电器接通到电源上，使传热棒发热。
（3）在传热棒的长短两端接上电压表、电流表、热电偶等仪器，测量热流量、电压、电流和温度。
（4）将传热棒加热到稳定状态，记录长短传热棒的电流、电压、温度差等数据。
（5）启动气体压缩机，将氢气充入装置中，利用压力计调节气体压力。
（7）重复以上操作，取多组数据。
根据传热学理论，气体导热系数k的计算公式为：k = Q / (2πLΔT)其中，Q为传热棒放出的热量，L为传热棒（长）的长度，ΔT为传热棒的温差。
由于短传热棒的长度很短，可以忽略它的导热作用，不考虑它的热流量，因此，计算气体导热系数时，只需要考虑长传热棒的热流量即可。
Q = P × U × A其中，P为电功率，U为电压，A为传热棒截面面积。
(精编课件)导热系数的测定方法.ppt
Excellent courseware
【讨论】：
1．可表示为
t 推动力
Q R
热阻
推动力：t (t1 t2 )
热阻：R
δ
A
Excellent courseware
例1-1 现有一厚度为240mm的砖壁，内壁温度 为600℃，外壁温度为150℃。试求通过每平方米 砖壁的热量。已知该温度范围内砖壁的平均导热 系数λ=0.6W/m·℃。
dx
分离变量后积分（设不随t而变）
t2 dt Q
δ
dx
t1
A 0
得
Q
A
δ
(t1
t2 )
Q
式中 Q ─热流量或传热速率，W或J/s；
q A δ (t1 t2 ) A ─平壁的面积，m2；
或
Q
(t1
t2 ) δ
δ ─平壁的厚度，m；
─平壁的导热系数，W/(m·℃) ；
A
t1,t2 ─平壁两侧的温度，℃。
?稳态法平板法热流计法瞬态热线法瞬态热线法瞬态平面热源法探针法激光法3法非稳态法导热系数的测量方法?非稳态法稳态法?球体法?实验仪器球壁导热仪适用材料燥材料在不同填充密度下的导热系数燥材料在不同填充密度下的导热系数燥材料在不同填充密度下的导热系数燥材料在不同填充密度下的导热系数?适用材料用于测定粉状颗粒状纤维状干用于测定粉状颗粒状纤维状干圆球法测定绝热材料的导热系数是以同心球壁稳定导热规律作为基础
4.热电偶热端 8.调压器
Excellent courseware
1.将被测绝热材料放置在烘箱中干燥，然后均匀地装入球壳的夹 层之中。
2.按图44-1安装仪器仪表并连接导线，注意确保球体严格同心。 检查连线无误后通电，使测试仪温度达到稳定状态（约3～4小时）。
测量气体导热系数
物 理 实 验 教 学 示 范 中 心
实验数据记录及处Biblioteka ：1、拟定数据记录表，记录每次测量的电压（V），电流 （A）和压强 （Pa ）值。 2、数据处理：
物 理 实 验 教 学 示 范 中 心
思考题：
1、开启或停止真空泵之前应该注意什么问题？ 2、使用电子式真空计应注意哪些问题？ 3、为什么要先测量低气压下气体的传热数据，再用外 推法去求常压下的 气体的导热系数？ 4、为何要测量真空条件下钨丝耗散的电功率？ 5、为何要避免系统一边进气一边抽气？
物 理 实 验 教 学 示 范 中 心
实验原理：
“热线法”测量气体导热系数 “热线法”是在阳平中插入一根热线。测试时，在热线上施加一 个恒定的加热功率，使其温度上升。测量热线本身或平行于热线的 一定距离上的温度随时间上升的关系。由于被测材料的导热性能决 定这一关系，由此可得到材料的导热系数。 本实验将待测气体充入沿轴线方向装有一根钨丝的圆柱形容器内， 该容器称为测量室；并给钨丝提供一定的电流使其温度为T1，设容 器内壁的温度近似为室温T2。由于T1>T2，容器中的待测气体必 然形成一个沿径向分布的温度梯度，本实验用热线恒温自动控制系 统来维持恒定的径向分布温度场。这样，每秒钟由于气体热传导所 耗散的热量就等于维持钨丝的温度恒为T1时所消耗的电功率。不同 气体的导热性能不同，维持钨丝温度恒为T1所消耗的电功率也不同， 因而可以通过测量钨丝消耗的电功率来求得待测气体的导热系数。
物 理 实 验 教 学 示 范 中 心
假设钨丝的半径为R1，测量室的内半径为R2，钨丝的温度为T1， 长度为L，室温为T2。距热源钨丝R处取一薄层圆筒状气体层设其厚 度为dR，长为L内外圆柱面的温度差为dT，没秒钟通过该柱面传输 的热量为Q，根据傅立叶定律有 Q=-KdT/ dR*S=-KdT/ dR*2∏RL 得K=Q/2∏RL*ln(R2/R1)/T1-T2其中K就是要求的气体导热 系数。上式中L，R1，R2为仪器常数测量室内壁温度T2可近似的看 作室温。钨丝的温度恒定为T1，则没秒钟通过气体圆柱面传输的热 量Q就等于钨丝所耗散的电功率，而电功率为：Q=W=U*I，其中 U、I分别为加在钨丝上的电压和电流。根据材料电阻率与温度的关 系，便可通过测量钨丝的而求出它的温度T1。
常用气体热容、粘度、导热系数计算公式
一、常用气体热容、粘度、导热系数计算公式1、温度：0-1000℃2、常压下比热容Cp(《手册》附图1-5-1至1-5-10，误差率小于3%）1） H2：6.88+0.000066T+0.279*10-6T22） N2: 6.30+0.001819T-0.345*10-6T23） CO: 6.25+0.002091T-0.459*10-6T24） CO2: 7.70+0.0053T-0.83*10-6T25） CH4: 3.38+0.017905T-4.188*10-6T26） H2O: 6.89+0.003283T-0.343*10-6T27）NH3：-0.0015t+8.8+ABS((t-20)*0.05/20)，范围t=0-40℃NH3：0.00685t+8.456+ABS((t-170)*0.06/130)，范围t=40-300℃8）Ar： -0.000025t+4.975+ABS((t-200)*0.005/200)，范围t=0-400℃Ar： 4.97,范围t=400-800℃9）O2： 0.0.00185t+7.025-ABS((t-300)*0.075/300)。
范围t=0-600℃10）空气：0.00053t+6.9+ABS((t-300)*0.04/300)，范围t=0-600℃3、常压下动力粘度μ(《手册》附图1-6-1至1-6-10，误差率小于3%）1）H2：μ0*107=0.1725t+86.7-ABS((t-200)*2.5/200)，Pa.s。
范围t=0-400℃H2：μ0*107=0.142t+97.8-ABS((t-600)*1.4/200)，Pa.s。
范围t=400-800℃2）N2：μ0*107=0.3625t+173.5-ABS((t-200)*7.5/200)，Pa.s。
范围t=0-400℃ N2：μ0*107=0.2625t+209.5-ABS((t-600)*3.5/200)，Pa.s。
导热系数的测定ppt
54%
29%
text
材料的导热系数不仅随 温度、压力变化，而且 材料的杂质含量、结构 变化都会明显影响导热 系数的数值
77%
text
导热系数都需要用实验的方法 精确测定。测量导热系数的实 验方法一般分为稳态法和动态 法两类。
导热系数测量Analysis Of Teaching Materials
Ppt template for blackboard teaching Illusory Rain
导热系数测定Analysis Of Teaching Materials
text
一般来说，导热 系数大导热性能好的材 料称为良导体，导热系 数小、导热性能差的材 料称为不良导体。而且 金属的导热系数比非金 属的要大，固体导热系 数比液体的要大，气体
理与方法
Sample text
掌握热电偶测 温原理及导热 系数测定仪的
使用方法
Sample text
掌握用热电转 换的方式进行 温度测量的方
法
Sample text
学习用作图法 求冷却速率
02
实验原理
Teaching Curriculum Design
02.实验原理Teaching Curriculum Design
由于铜是热的良导体，在达到平衡时，可以认为同一 铜板各处的温度相同，样品内同一平行平面上各处的 温度也相同。这样只要测出样品的厚度左和两块铜板 的温度T、T，就可以确定温度梯度。
02.实验原理The Whole Process Of Teaching
关于传热效率
单位时间内通过某一截面积的 热量是一个无法直接测定的量， 我们设法将这个量转化为较容 易测量的量。为了维持一个恒 定的温度梯度分布，必须不断 地给高温侧铜板加热，热量通 过样品传到低温侧铜板，低温 侧铜板则将热量不断地向周围 环境散出。当加热速率、传热 速率与散热速率相等时，系统 就达到一个动态平衡，称之为 稳态、此时低温侧铜板的散热 速率就是样品内的传热速率。 这样、只要测量低温侧铜板在 稳态温度T2下散热的速率，也 就间接测量出了样品内的传热 速率
J9测定气体导热系数
实验九 测定气体导热系数物理学为衡量物质传导热的性质设置了导热系数，导热系数代表该物质的导热性能。
导热系数大的物质为热的良导体；导热系数小的物质为热的不良导体。
水的导热性能好，气体的导热性能差。
在气体中不同的气体，导热性能相差差异。
比如氦和氢的导热系数比空气大6～7倍，说明氦的导热能力比空气大6～7倍。
在气相色谱分析中，气体导热系数这一热学性质被用来辨别不同的气体。
“热线法”是测量气体导热系数的大体方式。
为了减少气体对流传热的阻碍，实验测量在低气压下进行，然后通过线性外推求算实验结果。
【实验目的】l ．把握用热线法测定气体导热系数的大体原理和正确方式。
2．把握低真空系统的大体操作。
3．学习应用“线性回归”和“外推法”进行实验数据处置。
【实验原理】l ．“热线法”测量气体导热系数的原理“热线法”是在样品（一样为大的块状样品）中插入一根热线。
测试时，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上升。
测量热线本身或平行于热线的必然距离上的温度随时刻上升的关系。
由于被测材料的导热性能决定这一关系，由此可取得材料的导热系数。
本实验将待测气体盛于沿轴线方向装有一根钨丝的圆柱形容器内(如图1)，该容器称为测量室。
并给钨丝提供必然的电流使其温度为1T ，设容器内壁的温度近似为室温2T 。
由于21T T ， 容器中的待测气体必然形成一个沿径向散布的温度梯度，由于待测气体的热传导，将迫使钨丝温度下降，因此无法维持测量室中温度梯度的稳固状态。
只有设法维持钨丝的温度恒为1T ，容器内待测气体的温度散布才能维持为稳固的径向散布的温度场。
本实验确实是用热线恒温自动操纵系统来维持钨丝温度恒为1T 。
如此，每秒钟由于气体热传导所耗散的热量就等于维持钨丝的温度恒为1T 时所消耗的电功率。
不同气体的导热性能(导热系数)不同，那么维持钨丝温度恒为1T 所消耗的电功率也不同，因此能够通过测量钨丝消耗的电功率来求算待测气体的导热系数。
图1是测量室的示用意，假设钨丝的半径为1r ，测量室的内半径为2r ，钨丝的温度为1T ，长度为l ，室温为2T 。
测定气体导热系数
测定气体导热系数
气体导热系数是指单位时间内气体单位面积的热流量与温度梯度的比值，通俗的说就
是热量在气体中传递的能力。
气体导热系数的测定对于各类气体的热传导性能了解、开发
新的气体制冷技术、制定过程安全防范措施、调控大气的热力学平衡等领域有极大的意义。
目前常见的测定方法有两种，即热传导仪和热桥法。
1.热传导仪法
热传导仪法是最为普遍、简单、易于操作的测定气体导热系数方法。
其原理是在一定
温度梯度下，利用热传导仪器，通过气体流经装置，测定单位面积通量或热流量的变化，
从而得到气体的导热系数。
该方法仪器简单、操作方便、测量误差小，但缺点是仅适用于
低压、低温、小流量的气体，因其要求通过流量较小，且流动方式为稳态状态的气体。
在
实验中，需注意热传导仪器的清洁度、稳定性、气体的干燥度、纯度及其他环境因素对实
验的影响。
2.热桥法
热桥法是通过制作多层绝缘材料的热电偶和利用温差引起的电势差比较，间接测定气
体导热系数。
该方法适用于高压、高温、大流量的气体，但其仪器复杂、操作繁琐、误差
较大。
在实验中，需注意热电偶的准确度、检查接触度、选取良好的绝缘材料。
总结：
气体导热系数的测定方法较多，上述两种方法是应用较为广泛的方法，根据实验需求
选择适当的方法进行测定。
在实验操作中，应注意实验仪器的准确性、气体环境参数的控制，以确保数据可靠性。
确定气体的导热系数对于各类领域的研究都有着重要的意义和
价值。
导热系数测定方法介绍
导热系数(或热阻)是保温材料主要热工性能之一，是鉴别材料保温性能好坏的主要标志。
近几年来，随着建筑节能法规的出台，我国对建筑节能越来越重视。
因此，准确测定该参数是十分必要的，对于合理选材具有十分重要意义。
测定建筑材料导热系数方法可分为二大类，稳态法和非稳态法。
两类方法的各种形式都各有特点和适用条件，不同材料根据自身的特性和使用条件，可选用不同的方法测定。
根据稳态导热原理建立起来的方法，在国内外已很成熟。
80年代末，我国已参照国际标准制定了一系列国家标准。
防护热板法与圆球法导热系数测定仪也正式投入生产。
本设备的理论根底是防护板法导热系数测量标准GB10294-88〔绝热材料闻态热阻与有关特性的测定〕.工作原理图１传热原理示意图图１给出了传热原理示意图。
从平板导热仪的结构可以看出，它由热板、护板和两个冷板三局部构成。
图中箭头表示热流方向，由图１可见，热的流动方向从热板流向冷板。
在没有护板的情况下〔图１a〕,热流的方向在热板的边缘发生改变，这种热流方向的变化称为热流的边缘效应。
如果热板与冷板的距离比它们尺寸小很多，可以忽略边缘效应的影响。
但是实际试件和仪器设备不可能满足这个条件，热板与冷板的距离不可能太小，其线度又不可能太大，因此，设想出图3b 的实施方案。
在图１b中，增加了护板。
护板的作用是使热板的边缘热流线不弯曲。
如果护板温度与热板温度一致，如此在热板边缘的热流线将发生很小的弯曲现象，这样，就把边缘效应减小到很低程度。
很显然，热板与护板的缝隙越小，两者温度越接近，如此边缘效应影响越小。
实际上，护板的引入，等效于热板与冷板距离比其线度小很多的理论设想。
因此，这就将热传导理论简化了，可以用理论方程表示双平板导热仪的实际情况。
im-DRY3001双平板导热仪在热平衡状态下的稳定导热。
只有热稳定的条件下，才能得到正确的结果。
稳定状态越好，测量结果越准确。
护板的作用是在热板加热后，热能只能线性传导，即由热板向冷板方向传导。
测定气体热导率
测定气体热导率预习提纲提纲1、 实验任务 （1） 用热线法测定干燥空气导热系数； （2） 应用“线性回归法”和“外推法”进行实验数据处理；（3） 采用Excel 作图求解1Q t -∆⎛⎫ ⎪∆⎝⎭。
2、 实验原理 （1） 热线法的原理； （2） 为什么要二相修正； （3） 为什么要在低真空中测空气的导热系数。
3、 操作规范 （1） 大气压校准； （2） 零点校准； （3） 放气阀和抽气阀如何操作； （4） 如何避免真空泵回油；（5） 1T 用什么方法调节？U 真空和T 真空如何取？ （6） P 的测量范围多少？为什么是这个范围？4、 数据处理表格设计 1、实验条件（1）测量室参数：热线长度：l= - - - cm 热线00C 时电阻值0R = - - - Ω热线直径1D =- - - - mm 测量室内直径2D = - - - mm （2）实验室参数：室温2t = - - - 0C 2T =- - - K热线温度 010t R R t R α-=⨯= - - -0C 1T K =--- (20120i t U I R ===---Ω∑ t R =---±---Ω)2、数据记录P（310⨯pa ）U（V ）I(310-⨯A )UI（W） UI P -真空(W) Q ∆∆低t(W) 1P -（310⨯pa ） 11Q t W-∆⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪∆⎝⎭⎝⎭低 0.0000(真空) 0.1000 0.15000.2000 0.2500 0.3000 0.3500 0.4000 0.4500 0.5000 0.5500 0.6000 0.6500 0.7000 0.7500 0.8000 0.8500 0.9000 0.9500 1.0000数据处理过程：()()1.2Q UI P W t ∆⎛⎫=-⨯=--- ⎪∆⎝⎭低真空 ()11Q W t -∆⎛⎫=--- ⎪∆⎝⎭（必须采用Excel 作图求解1Q t -∆⎛⎫ ⎪∆⎝⎭，且打印图表的纸张不能大于实验报告的尺寸大小，打印好的图表粘贴在报告内）20120i t UIR ===---Ω∑ t t t R R R =±∆Ω()0010t R R t C R α-==---⨯ 315.110K α--=⨯ ()11273.15T t K =+=---()2112ln 2r Qr t W m K l T T λπ⎛⎫∆ ⎪⎝⎭∆=⨯=----因为()320273.15T λλ=⨯ 近似成立 （查表可得0Wm Kλ=--- ）则12T T 至间的平均导热系数()125532221200321212121273.155273.15T T T T T dT T T T T Wm Kλλλ⎛⎫-⎛⎫ ⎪=⨯=⨯⨯ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭=---⎰ 测量百分差：%P E λλλ-==---4、 结果讨论与误差分析(仅供格式上的参考)1、从百分差计算中可知：用外推法求1Q t -∆⎛⎫⎪∆⎝⎭时，连线照顾气压较低的点太多，应该连线取0.5000—1.0000kpa 上的测量点为主。
测定其体导热率
3、 的修正值是否一定是1.2系数，在外界温度不同条件下是否该系数会变。
4、平均导热系数的理论值是否科学、可靠，因为 只是近似成立。
七、注意点：
1、仪器中的抽气阀在真空泵停止工作时，一定要将抽气阀旋止“大气”位置，否则回油，损坏测量室。
（2）第二次作图得： 代入计算
从以上两次的计算结果来看， 的改变量只有0.03 左右，但对导热系数的计算结果影响较大，所以 的求解很重要， 较小的改变量将引起实验结果较大的改变。外推法作图应该仔细认真，尽量减小人为的作图误差，可以采用几次（2-3次）的外推作图求 的平均值代入公式计算结果，也可以采用Excel作图求 ，分析比较采用什么方法作图误差较小。
2、 可通过测量钨丝的电阻值求出，而 ， =273.15+t1,
(温度系数: )
三、实验仪器：
a)FB—202型气体导热系数测定仪。
b)真空泵：（2XZ—0.5型旋片式真空泵）
四、实验步骤：
a)校准大气压
（1）放气阀调到大气，压强单位开关调到“mmHg”
（2）打开电源开关
（3）大气压校正按钮校正到760 mmHg
9.5
11.70
116.4
1.361
1.212
1.454
0.105
0.688
99.81
10.0
11.78
117.8
1.386
1.230
1.477
0.100
0.678
99.83
3、数据处理
（1）处理1：
因为 近似成立（查表可得 ）
则 间的平均导热系数
热线法测量导热系数
热线法测量导热系数1.导热系数测定原理热物性是物质在受热过程中表现出来的属性一般都用宏观的方法研究与测热物性测定的一个共同特点是人为地安排一个热过程，然后对热过程进行测所直接测量的物理量有温度、时间、长度、质量、电流、电压等，再根据一关系式计算出热物性，因而热物性测定属于间接测定。
导热系数是物质重要物性参数，其测定方法的研究是通过建立适当的物理模型，根据热量传递理行数学分析，导出直接测量的物理量与导热系数之间的关系，并借助于误差，指导改进试验方案的设计和提高导热系数测定值的精度[1]。
对所有材料而言，凡是能为下式（傅立叶导热方程式）的特解提供所需边界条件的任何仪器，都可测定导热系数。
式中，ρ为密度，c 为比热容，z y x λλλ、、分别对应x 、y 、z 方向上的导热系数。
对于各向同性的介质，方程简化为由推测的温度分布随时间的变化函数关系计算出热扩散率，然后再根据热容确定导热系数λ。
对于各种导热系数的测定方法，概括起来就是确定一个导热过程的物理模型，并导出描述这一过程规律的微分方程，求在一定单值条件下微分方程的解，在实验中要满足这些条件，最后将测量结果带入微分方程的解中，进而求得微分方程中的物性参数λ的值。
2 导热系数测定方法在实际工程中，各种固体材料的导热系数相差很大，其变化范围从与已知气体一样低的数值到比气体的导热系数高几个数量级。
对于高电导率余属，可以观测到其导热系数是相当之高。
因而在实际导热系数λ的测试研究中，必须应用各种极为不同的方法来测量各种不同固体材料的导热系数。
由于物理模型、实验方案及实验装置的不同，有许多导热系数的测定方法，如果按照热流状态分，可分为稳态法和非稳态两大类，也有两者结合的综合法，详述如下。
稳态法是在待测试样上温度分布达到稳定后进行实验测量，其分析的出发点是稳态导热微分方程。
这种方法的特点是实验公式简单，实验时间长，需要测量热流量和若干点的温度。
在稳态法中将直接测量热流量的方法称为绝对法，通过测量参比试样的温度梯度，间接测定热流量的方法称为比较法。
(整理)各种方法导热系数检测简介.
一、导热系数测试仪DRP-II导热系数测试仪(平板稳态法)一、概述测量热导率的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。
本测试仪采用稳态法测量不同材料的导热系数，其设计思路清晰、简捷、实验方法具有典型性和实用性。
测量物质的导热系数是热学实验中的一个重要内容。
本测试仪由加热器、数显温度表、数显计时器等组成（采用一体化设计）二、技术参数1、电源：AC 220V; 50HZ2、热源：加热铜块，采用36V安全电压加热3、测试材料：硅橡胶、胶木板、金属铝、空气等，加围框可检测粉状、颗粒状、胶状材料。
4、测量温度范围：室温～100℃，精度±1℃；5、计时部分：范围0～999.9s；分辨率0.1s；6、导热系数测量精度：≤10%7、试样尺寸：Φ130×（1-100）mm8、导热系数测试范围：0.1～300w/m·k。
DRM-I/DRM-II导热系数测试仪/XRY-II蓄热系数测试仪一、概述该仪器的特点是：装置简单、准确度高、试验速度快（一次试验十分钟左右），在一次试验中可同时测出材料的导热系数，导温系数和比热，并且能测量不同含湿状态下的热物理性能。
参考标准：JGJ51-2002(轻骨料混凝土技术规程)。
二、主要技术性能1、应用范围：本仪器适用于测定干燥或不同含湿状况下匀质板状、胶状、粉未状、颗粒状材料的导热系数、蓄热系数、导温系数和比热。
被测材料导热系数范围在0.035～1.7w/m.k，蓄热系数范围在0.1-30W/M2K。
2、试样大小：薄试件一块20×20×（1.5～3）cm厚试件两块20×20×（4～10）cm3、电源～220V，50HZ4、外形尺寸（长×宽×高）600×440×720（mm）5、工作条件①环境温度10～35℃②相对湿度≤80%③室温要求稳定≤±1.5℃6、测量结果的准确度±5%7、连接上位机,实现计算机自动测试、数据打印输出。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验九 测定气体导热系数物理学为衡量物质传导热的性质设置了导热系数，导热系数代表该物质的导热性能。
导热系数大的物质为热的良导体；导热系数小的物质为热的不良导体。
水的导热性能好，气体的导热性能差。
在气体中不同的气体，导热性能相差悬殊。
比如氦和氢的导热系数比空气大6～7倍，说明氦的导热能力比空气大6～7倍。
在气相色谱分析中，气体导热系数这一热学性质被用来鉴别不同的气体。
“热线法”是测量气体导热系数的基本方法。
为了减少气体对流传热的影响，实验测量在低气压下进行，然后通过线性外推求算实验结果。
【实验目的】l ．掌握用热线法测定气体导热系数的基本原理和正确方法。
2．掌握低真空系统的基本操作。
3．学习应用“线性回归”和“外推法”进行实验数据处理。
【实验原理】l ．“热线法”测量气体导热系数的原理“热线法”是在样品（通常为大的块状样品）中插入一根热线。
测试时，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上升。
测量热线本身或平行于热线的一定距离上的温度随时间上升的关系。
由于被测材料的导热性能决定这一关系，由此可得到材料的导热系数。
本实验将待测气体盛于沿轴线方向装有一根钨丝的圆柱形容器内(如图1)，该容器称为测量室。
并给钨丝提供一定的电流使其温度为1T ，设容器内壁的温度近似为室温2T 。
由于21T T >， 容器中的待测气体必然形成一个沿径向分布的温度梯度，由于待测气体的热传导，将迫使钨丝温度下降，因而无法维持测量室中温度梯度的稳定状态。
只有设法维持钨丝的温度恒为1T ，容器内待测气体的温度分布才能保持为稳定的径向分布的温度场。
本实验就是用热线恒温自动控制系统来维持钨丝温度恒为1T 。
这样，每秒钟由于气体热传导所耗散的热量就等于维持钨丝的温度恒为1T 时所消耗的电功率。
不同气体的导热性能(导热系数)不同，则维持钨丝温度恒为1T 所消耗的电功率也不同，因而可以通过测量钨丝消耗的电功率来求算待测气体的导热系数。
图1是测量室的示意图，假设钨丝的半径为1r ，测量室的内半径为2r ，钨丝的温度为1T ，长度为l ，室温为2T 。
距热源钨丝r 处取一薄层圆筒状气体层，设其厚度为dr ，长为l ，内外圆柱面的温差为dT ，每秒钟通过该柱面传输的热量为Q ，根据傅里叶定律有：rl drdTK S dr dT K Q π2⨯-==∆⨯-=图1它可改写为： ldT K rdrQπ2⨯-= 两边积分得： ⎰⎰-=⨯21212/r r r r dT lK r dr Q π则 )(2)/ln(2121T T lK r r Q -=⨯π2112)/ln(2T T r r l Q K -⨯=π （1） 其中K 就是要求的气体导热系数。
上式中l ，2r ，1r 为仪器常数，测量室内壁温度2T 可以近似地看作室温，问题是Q 与1T 怎么测定？我们知道，只有不断地为钨丝提供电能，才能保持钨丝的温度恒定为1T ，且每秒种通过气体圆柱面传输的热量Q 事实上就等于钨丝所耗散的电功率，而电功率的测定可通过测量钨丝两端的电压和流经钨丝的电流获得：I U W Q ⨯==。
对于长度为l 的钨丝而言，在不同温度时，它的电阻值是不相同的，只要预先标定好钨丝的温度，根据材料电阻率与温度的关系，便可通过测量钨丝的电阻率而求出它的温度1T 。
2．修正项(1) 钨丝耗散的总功率，除气体传导的热量之外，尚有钨丝热辐射以及联接钨丝两端的电极棒的传热损失。
倘若将测量室抽成真空(低于0.133帕或310-乇)，此时为保持钨丝的温度仍为1T 所消耗的电功率，将主要用于钨丝的热辐射与电极棒的传热损失，它等于： 空空真空I U W ⨯=故气体每秒钟所传导的热量低Q (指低气压条件下气体每秒钟传导的热量)应为： 空空真空低I U UI W W Q ⨯-=-=在实际测量过程中，由于测量室的外管壁温度会有所提高，带来的系统误差是使低Q 值偏小。
为了消除这一系统误差，经长期实验发现，在以上公式中用乘1.2的系数 加以修正即可：2.1)(2.1)(⨯⨯-=⨯-=空空真空低I U UI W W Q （2）(2) 为了减少气体对流传热的影响，测量应在低气压(帕帕1333~333.1或乇10~1)条件下进行。
因为在低气压的情况下，通过低Q 算出的低K (低气压下的气体导热系数)和测量时测量室内的压强P 存在着下述关系：KP A K 11+=低 （3） 从公式(1)可见Q 与K 成正比(因为l ，2r ，1r 为仪器常数，1T 、2T 在测量中为恒定值)，因此公式(3)中的低K 和K 可以用低Q 和Q 来代替，只是系数A 要转换为另一系数B ，于是可将公式(3)改写为如下的形式：QP B Q 11+=低 （4）本实验是在不同压强（P ）的情况下，测出相应的低Q ，然后以P /1为横坐标，l ／低Q 为纵坐标作图，所得到的实验曲线将近似为一直线。
此直线在纵坐标上的截距即为l ／Q ， 这就是所谓用外推法求Q 值，将所得的Q 代入(1)式，便得到欲求的气体在21~T T 之间的平均导热系数。
综上所述，测量气体导热系数的过程，实际上就是测量不同低气压(P)情况下相应的低Q ，这里(2.1⨯⨯-=空空低I U I U Q P P )，通过P /1与l ／低Q 作图求出截距l ／Q ，将Q 及已知的l 、2r 、1T 、2T 代入(1)式而求出气体在~1T 2T 之间的平均导热系数K 。
【实验装置】实验系统示意图及各部分的作用如下：热线恒温调节电位器：用于设定钨丝(热线)初始温度的高低，并通过仪器自动恒温控制系统保证在不同气压条件下热线均保持同一温度设定值1T 。
测量室：作为待测气体的存贮与测量空间； 真空计：用于测量系统的真空度；干燥塔：用于对待测气体干燥除湿，同时缓冲系统气压变化速率，从而保护电子真空计的压力传感器；针阀：用于调节待测气体的进气速率(注意：该阀仅用于流量的调节，而不可作为截止阀使用)； 三通I ：用来转换l 、2接通(真空泵对系统抽气状态)或l 、3接通(真空泵进气口通大气状态，以免真空泵回油)；三通II ：可转换4、5接通(针阀控制进气状态)或4、6接通(系统直接通大气状态)。
若三通I 为l 、2接通，三通II 为关闭状态，则此时对测量室及全系统抽气。
【实验内容】l ． 系统校准和热线温度的设定(1)熟悉气体导热系数测定仪的基本结构，了解面板上各开关、旋钮等的功能，特别注意三通I 和三通II 的旋转操作。
(2) 电子真空计的校准。
从实验室提供的气压计上读取当时的大气压值。
闭合仪器电源总开关，系统通大气。
将仪器上电子气压计的读数，设置为当时的大气压值。
（通过面板上的真空计校准按钮“+”或“-”调整）仪器自动将校正后数据保存。
(3)调节热线的恒定温度1T 。
将测量室的钨丝用导线与仪器上两个接线柱相联。
打开电压表，缓缓调节钨丝的温度选择旋钮，从电压表和电流表上读出钨丝的U 和I ，并估算钨丝的电阻值I U R /=，使它的电阻值达到Ω100~90左右(对于导热系数特别大的气体，如氢气，电阻值要适当再调低一些，以免测量时超出电表量程)。
2．测量钨丝热辐射与电极捧传热耗散的电功率空W (1) 预抽真空三通II 旋至4(即旋钮尖端指向关闭)，开动真空泵，三通I 旋至l 、2相通(即旋钮尖端指向系统)，抽气约20分钟，从数字式真空计读数观察系统的真空度，应使真空度达到约O.1333帕（或310-托）。
（2）真空计零值校准。
系统抽到0.1333帕（~310-托）数量级的低气压，按置零按钮数字显示为零即可，本系统以此值作为真空看待。
注：此值为一般机械真空泵的极限真空度。
实际测量时，一般以热丝耗散功率小于O.20W 作为系统的真空对待。
例如，在Rt 的设置值为Ω100时，只要系统抽气到电压表显示值小于V 5时，则系统就基本满足真空要求。
此时，可按真空计的置零按钮，使真空计“置零”。
（3）测量真空W 值在真空度约0.1333帕(或310-乇)时测出热线两端的电压空U 及流过它的电流空I 。
空空空I U W ⨯= 即为非气体导热所消耗的热功率。
注意：如果系统长时间没有使用，或者系统漏气较多，系统不易达到所要求的真空度，应仔细检查系统各气路接口有否漏气并予以排除，必要时可拔下两个三通阀的阀芯，清洗后涂上新的真空脂，在排除系统内部吸附的气体后，系统应能达到所需的真空度。
3．测量干燥空气的导热系数鉴于测量时待测气体的气压应为1333~3.133帕(10~1乇)的低气压，实验时应将待测气体注入抽空了的测量室，通过控制针阀的漏气率注入部分气体来控制气压，使之符合上述范围。
实验的过程是测出不同气压P 值时，钨丝两端的电压P U 及流经钨丝的电流P I 。
具体步骤如下；(1) 测量真空W 后，测量室处于真空状态，校准好真空计零点。
将三通II 旋至4、5联通继续把三通II 至针阀之间的管路中的残余气体的气压抽到l 乇以下。
(2) 接着关闭三通II 。
将三通I 从l 、2联通的位置旋转到l 、3联通，关闭真空泵。
(3) 旋转三通II 至4、5联通(即旋钮尖头指向针阀)，使干燥气体经过针阀缓慢进入抽空了的测量室。
针阀用来控制干燥空气的进入。
(注意：漏率的大小，要以实验人员在10~1乇的气压范围内，能及时读取并记录相关数据为宜，该阀非常精密，应在教师指导下进行调节，请同学们自己不要随意调节，以免损坏针阀)。
(4) 系统气压缓慢地升高，当气压到达1乇左右，测定出一组相应的电压值与电流值，以后每间隔O.5乇左右测量一组数据，只要在10~1乇的范围内，均匀地读取十几组数据并分别记录到表格内即可。
注意：1．为了避免真空泵回油，实验过程中或实验结束时，只要真空泵停机时，都应该及时将三通I 转到l 、3位置，旋钮尖端指向空气，使其进气口通大气。
2．实验过程中如果不注意(或操作不熟练)，把过多的气体放入系统内，这时可以参照上面操作步骤，用真空泵把系统内气压重新抽到实验需要值再继续测量。
【数据记录与处理 】2．数据处理： （1） 外推法求Q 。
鉴于111---+=Q B Q P低是线性方程，故以1-低Q 为纵坐标，1-P 为横坐标，根据实验数据可作出一条直线，该直线在纵轴上的截距即1-Q 。
因此可求出常压下在温度21~T T 之间气体耗散的平均热功率Q 值。
（2） 求1T 与2T 。
实验时的室温可近似地作为测量室的壁温2T 。
热线温度1T 可通过 001/)(R a R R t ⋅-= 求出。
式中 11273t T +=；Ω=2.370R 钨丝在 0C 时的电阻值；I U R /= 为实验测量时的热线电阻(即热线恒温为1T 时的电阻)；13101.5--⨯=C a 为温度系数。