导热系数的测定

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λ=-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T

1，冷面温度T

2

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δ。将dt/dn=（T

2-T

1

）/δ代入傅立叶公式，得到λ =Qδ/[A（T

1

-T

2

）]，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1~8点的温度进行监控，每隔15分钟测量1~8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T

1

和

T

2

，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=2×πd2/4=0.003925 m2，试样的厚度δ，代入公式λ =Qδ/[A

（T

1-T

2

）]，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=8.5×1.85=15.725W；1~8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T

1和T

2

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/mv

1h

15min 15min 15min 15min 15min 15min 15min 15min 15min 1.060

2.467

2.594

2.643

2.677

2.712

2.760

2.775

2.792

2.872

2.873

1.089

2.614

2.602

2.654

2.670

2.730

2.779

2.805

2.824

2.883

2.885

1.116

2.490

2.613

2.666

2.700

2.735

2.784

2.795

2.814

2.893

2.895

1.095

2.449

2.560

2.609

2.639

2.676

2.720

2.734

2.754

2.829

2.832

1.185

2.546

2.651

2.704

2.718

2.755

2.802

2.815

2.834

2.910

2.913

1.180

2.523

2.616

2.663

2.675

2.710

2.752

2.765

2.785

2.856

2.857

0.113

0.179

0.184

0.172

0.172

0.160

0.169

0.164

0.165

0.170

0.171

0.128

0.189

0.176

0.170

0.174

0.171

0.172

0.172

0.175

0.176

0.178