DHR-II 导热系数测试仪使用说明 一、概述 材料的热导率是研究材料物理性能的一个重要参数指标，在航空、原子能、建筑材料，非金属材料等部门都要求对有关材料的热导率，进行预测或实际测定。该仪器基于护热平板法的原理，满足了材料检测研究部门对材料导热系数的高精度测试要求。主要测试塑料、玻璃、纤维、泡沫、保温材料等。 二、主要技术参数 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材料的导热系数。改装测试头可测试粉状、胶状、液态材料。导热系数范围：0.0152/w m k 2、仪器提供了对实验温度实现可控状态下的测试。 3、仪器实现数字化测温，精度优于0.2级。 4、电源：220/50V HZ 5、测量结果准确度：3%± 6、计量加热功率：351%W ±。 7、可连接上位机实现计算机自动测试，并实现数据打印输出。 8、试样尺寸要求：200200(520)()mm ??- 9、工作条件 ①环境温度 100350C ②相对湿度 ＜80% 三、操作步骤 （一） 对试件的要求 1、 取样应从样品材料中均质部位处取。 2、 取样大小成型尺寸不能大于20020020()mm ??。 3、 取样后将试样表面平整处理，并同时取35块样试样，一组试样必须是同一配比 原料组成，其容重差小于5%。 4、 试件两表面应平行，且厚度均匀，与极板接触面应平整且结合紧密实验时，可在此 面涂上一层相同材料的粉状材料或涂上一层高温导热胶，不能含杂质及灰尘。 5、 粉状材料用围框的办法按上述原理处理，液态材料需改装测试头。 （二） 手动操作 1、 温控表校验：将冷板恒温水槽的温度值设置室温（THS-10恒温水槽设置高于环境温 度50C ），合上仪器上盖，（注意：中心加热板不能加热）观察中心，护热，冷板温度表值，不变化时，修改温控表的平移参数值（参阅AL-701温控表说明书），使三块表的温度值与恒温水槽的温度值相同。此校验不定期进行。 2、 测厚调零：合上仪器上盖，4块百分表预压约25 mm . 3、 实验步骤：按标准取样，将样品放在冷热板的中间，合上仪器上盖，设置冷板恒温 4、 水槽的温度值为室温（THS-10恒温水槽设置高于环境温度50C ），护热板温度值设 置高于冷板温度100C （通过试样的温度梯度在4000C/M 至20000C/M 之间），启动程序升温。 5、 所有温度仪表显示均稳定，温度波动范围±20C 时，记录主热板温度、冷板温度、 主热板功率、试样厚度数据。代入下面公式计算（其中试样有效受热面积0.01m 2）。 6、 实验结束，用相同试样，做35次，最后得出的结果为该试样的平均导热系数。
导热系数测定仪说 明 书 一、概述 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质对导热系数值都有明显的影响,因此材料的导热系数常常需要由实验具体测定。测量导热系数的方法一般分为两类:一类是稳态法;一类是动态法。在稳态法中,先利用热源在待测样品内部形成一个稳定的温度分布,然后进行测量。在动态法中,待测样品温度分布是随时间变化的。 本实验仪是用稳态法测不良导体导热系数的实验仪器,加热盘原手工操作改为单片机自适应控制测温传感器,读数显示为摄氏度,精度是 0.1C ,散热盘测温传感器由另一单片机控制,读数精度也为 0.1C 。该仪器结构牢固、测控方便,已广泛应用于大专院校普通物理热学实验。 二、用途 (1 测量不良导体的导热系数,本仪器附有橡皮样品供教学测试用。 (2 学习用物体散热速率求热传导速率的实验方法。 (3 学习温度传感器的应用方法。 三、仪器组成与技术指标 1.仪器组成(如图 1所示 (1 热源:电热管、加热铜板 ;
(2 样品架:样品支架、样品板 ; (3 测温部分:单片电脑测温及控制仪。 (4橡皮样品、导热硅脂(配件 2.技术指标 - 1 - A. 温控仪与测温仪 (1温度计显示工作温度:0℃ -100℃ (2恒温控制温度:室温-80o C 图 1 FD-TC-B 导热系数测定仪装臵图 (3控制恒温显示分辨率:0.1℃B. 温度传感器 DS18B20的结构与技术特性(控温及测量用 : (1温度测量范围:-55℃— +125℃
(2测温分辨率:0.0625℃ (3引脚排列 (如图 2所示 : 图 2 (4封装形式:TO-92 详细应用软硬件请参阅相关资料 C. 不良导体导热系数测量 不确定度:% 10 - 2 - - 3 - 四、安装步骤 (1 取下固定螺丝,将样品放在加热盘与散热盘中间,然后固定;调节底部的三个 微调螺丝,使样品与加热盘、散热盘接触良好,不宜过紧或过松; (2 插好加热板的电源插头;再将 2根连接线的一端与机壳相连,另一端的传感器 分别插在加热盘和散热盘小孔中(注意:要一一对应,不可互换 ; (3 开启电源后,左边表头显示从FDHC →当时温度→ b = =〃 =其含义是告知用户
导热系数的测量 导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，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。一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为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，所以在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。 一．实验目的 1．用稳态平板法测量材料的导热系数。 2．利用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点。 二．实验原理 热传导是热量传递过程中的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量。单位时间内通过某一截面积的热量dQ/dt 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，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。单位时间通过截面的热流量为： 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。但是，铜板的散热速率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们知道，铜板的散热速率与冷却速率（温度变化率）dQ/dt=-mcdT/dt 式中的 m 为铜板的质量， C 为铜板的比热容，负号表示热量向低温方向传递。 由于质量容易直接测量，C 为常量，这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温侧铜板冷却速率的测量。铜板的冷却速率可以这样测量：在达到稳态后，移去样品，用加热铜板直接对下铜板加热，使其温度高于稳态温度 T2（大约高出 10℃左右），再让其在环境中自然冷却，直到温度低于 T2，测出 温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系，描绘出 T —t 曲线（见图 2），曲线在T2处的斜率就是铜板在稳态温度时T2下的冷却速率。 应该注意的是，这样得出的 t T ??是铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率， 其散热面积为 2πRp2+2πRphp （其中 Rp 和 hp 分别是下铜板的半径和厚度），然而， 设样品截面半径为R ，在实验中稳态传热时，铜板的上表面（面积为 πRp2）是被 样品全部（R=Rp ）或部分（R实验讲义-稳态法测固体的导热系数-2013.9稳态法测固体的导热系数 热传导是热量传递的三种基本形式之一，是指物体各部分之间不发生相对宏观位移情况下由于温差引起的热量的传递过程，其微观机制是热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。在金属中自由电子起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。 法国科学家傅里叶（ 1786——1830）根据实验得到热传导基本关系，1822年在其著作《热的解析理论》中详细的提出了热传导基本定律，指出导热热流密度（单位时间通过单位面积的热量）和温度梯度成正比关系。数学表达式为： T grad q λ-= 此即傅里叶热传导定律，其中q 为热流密度矢量（表示沿温度降低方向单位时间通过单位面积的热量），λ是导热系数又称热导率，是表征物体传导热能力的物理量， λ在数值上等于每单位长度温度降低1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是 11K m W --?? 。一般说来，金属的导热系数比非金属的要大；固体的导热系数比液体的 要大；气体的导热系数最小。因此，某种物体的导热系数不仅与构成物体的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力、湿度及杂质含量相联系。在科学实验和工程设计中，需要了解所用物体的一些热物理性质，导热系数就是重要指标之一，常常需要用实验的方法来精确测定。 测量导热系数的方法很多，没有哪一种测量方法适用于所有的情形，对于特定的应用场合，也并非所有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于物体的导热系数范围和样品特征，选择正确的测量方法。测量方法可以分为稳态法和非稳态法两大类。稳态法是在加热和散热达到平衡状态、样品内部形成稳定温度分布的条件下进行测量的方法。非稳态法则是在测量过程中样品内部的温度分布随时间是变化的，测出这种变化，得到热扩散率再利用物体已知的密度和比热，求得导热系数。本实验采用稳态平板法测量物体的导热系数，该法设计思路清晰、简捷，具有典型性和实用性。 【实验目的】 1．了解热传导现象的物理过程。 2．了解物体散热速率和传热速率的关系。 3．学会用铂电阻型传感器测定温度。 4．学习一种测量材料导热系数的实验方法。 【实验原理】 稳态平板法测量物体的导热系数原理示意图如图1，发热盘A 将热量传到待测物体样品盘B ，再传到散热盘C ，由于A 、C 盘是用热的良导体做的，与待测样品盘B 紧密接触，导热系数的大小表明金属导热能力的大小导热系数的大小表明金属导热能力的大小，导热系数越大，导热热阻值相应降低，导热能力增强。在金属材料中，银的导热系数最高(表)，但成本高；纯铜其次，但加工不容易。在风冷散热器中一般用6063T5铝合金，这是因为铝合金的加工性好(纯铝由于硬度不足，很难进行切削加工)、表面处理容易、成本低廉。但随着散热需求的提高，综合运用各种导热系数高的材料，已是大势所趋。有部分散热片采用了纯铜或铜铝结合的方式来制造。例如，有的散热片底部采用纯铜，是为了发挥铜的导热系数大，传热量相对大的优点，而鳍片部分仍采用铝合金片，是为了加工容易，将换热面积尽可能做大，以便对流换热量增大。但是此种方法最大的难点在于如何将铜与铝型鳍片充分地连接，如果连接不好，接触热阻会大量产生，反而影响散热效果。 各种常用金属材料及铝合金导热系数 材料名称导热系数材料名称导热系数 银99.9% 411 W/m.K 硬铝4.5%Cu 177 W/m.K 纯铜 398 W/m.K 铸铝4.5%Cu 163 W/m.K 金 315 W/m.K Mg,0.6%Mn 148 W/m.K 纯铝 237 W/m.K 6061型铝合金 155 W/m.K 1070型铝合金 226 W/m.K 黄铜30%Zn 109 W/m.K 1050型铝合金 209 W/m.K 钢0.5%C 54 W/m.K 6063型铝合金 201 W/m.K 青铜25%Sn 26 W/m.K 金和银的导热性能比较好，但缺点就是价格太高，纯铜散热效果则次之，但已经算是非常优秀的了，不过铜片也有缺点：造价高、重量大、不耐腐蚀等。所以现在大多数散热片都是采用轻盈坚固的铝材料制作的，其中铝合金的热传导能力最好，好的CPU风冷散热器一般采用铝合金制作。 最好的散热材料并不是铝材。是银，接着是铜，金，再者就是铝。至于金和银，散热固然好，可是它的成本高，制作工艺复杂，最主要的还是成本问题，所以这两种材料是商家不大认同的。 至于铜，目前市场上也不断的出现了纯铜的散热器，采用纯铜的材料并不见得好，铜的导热性能比起铝要快的多，但铜的散热没有铝快，铜可以快速的把热量带走，但无法在短时间内把本身的热量散去，这就很有可能造成在PC关机时热量在短时间内散不去，在CPU上方形成一个无形的热源。另外铜的可氧化性这是铜本身最大的弊病。当铜一旦出现氧化状态，从导热和散热方面都会大大的下降。保温隔热绝热材料性能检测导热系数检测方法保温隔热绝热材料性能检测导热系数检测方法 1.1 适用范围及引用标准 1.1.1 适用范围 本规程规定了保温、隔热、绝热材料导热系数的检测方法。本规程适用于保温、隔热、绝热材料干燥匀质试件导热2·K/W）的测定，且所系数（被测试件的热阻应大于0.1 m测定的结 果均为在给定平均温度和温差下试件的导热系数。 1.1.2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本规程中引用而构成为本规程的条文。使用本规程的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB 4132 绝热材料名词术语 GB 10294-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法 GB 10295-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法 GB 10296-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 圆管法 GB 10297-1988 非金属固体材料导热系数的测定方法 热线法 护热平板法塑料导热系数试验方法GB 3399-19821.2 仪器设备 1.2.1 量具 应符合GB6342规定。 1.2.2 导热系数仪 导热系数仪根据测试原理不同可分为分为防护热板式导热系数仪、热流计式导热系数仪等。防护热板式导热系数仪示意图见图1.1，热流计式导热系数仪示意图见图1.2。置装件试a双 b 单试件装置 1.1 防护热板式导热系数仪示意图图 a 单热流计不对称布置b 双热流计对称布置 式件c 双试装置热流计式导热系数仪示意图图1.2 检测程序1.3 导热系数检测程EPS）1.3.1 绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料（序GB 10294-1988GB 或按测数热板EPS导系的定。GB 10294-1988规定进行；仲裁方法时执行10295-1988．1.3.1.1 状态调节 样品应去掉表皮并自生产之日起在自然条件下放置28d后进测试。样品按GB/T 2918-1998中23/50二级环境条件进行，在温度（23±2）℃，相对湿度45％～55％的条件下进行16 h状态调节。 1.3.1.2厚度测量(完整word版)圆球法测量导热系数圆球法测定材料导热系数 一、目的 在稳定传热情况下，利用圆球法测定粒状材料的导热系数，并用图解法确定此材料的导热系数与温度之间的线性关系 λ=λ0(1+bt) 二、原理 本实验是利用在稳定传热情况下，以球壁导热公式作为基础来求得粒状材料的导热系数λ。设有一空心球体，球的内表面直径d 1，外表面直径为d 2，壁 厚21 2d d -=δ，如果内、外表面的温度维持不变，并等于t 1和t 2，则根据傅立 叶定律得 δπλπλ21212 121)(11)(2d d t t d d t t Q -=--= （1） 移项得 ) ()(21212121t t d d IU t t d d Q -=-= πδ πδλ （2） 式中： I 为电热器的工作电流 U 为电热器的工作电压； λ为试验材料在温度2 21t t t -=时的导热系数。 如果需要求得λ和温度之间的变化关系，则必须测定在不同温度下的导热系数，然后将测得的导热系数值λ1、λ2、λ3…λn 及其对应的t 1、t 2、t 3…t n 在坐标纸上绘出其坐标位置，如下图所示。绘出坐标点后，应根据各的昂的位置揣摩一下，是否能够连成一条直线或连成一条曲线。由于固体材料的导热系数与温度之间的函数关系，在温度相差不过分悬殊时一般可以当作线性直线关系的。因此可通过各点间的中心位置绘一条直线，然后在直线上任取a、b两个坐标点并算出直线的截距，就不难求出函数式λ=λ0(1+bt)，此式是描绘被测材料的导热系数与温度之间的经验关系式。实验点之所以不能完全落在一条直线上，是由于λ(t)不完全是线性关系，其次在实验中难免有种种误差所引起的偏差。 三、实验装置 本实验装置中，仅取四个温度工况。为了便于学生实验，四个不同温度工况由四个不同的实验球来实现。 每个实验球共有两个空心球体，球壁均用紫铜板冲压成形。内球外径为 d1，外球的内径为d2。四个空心球体的几何尺寸见下表： 球体结构的尺寸 内球中间装有电加热器，电加热器的功率自耦式调压器调节，输出的功率通过装在电加热器电源上的电压表和电流表读出，并由变送器将数据送入数据采集系统。大学物理实验不良导体的热导系数的测量讲义不良导体的热导系数的测量 实验简介 材料的导热系数是反映材料热性能的物理量，导热机理在很大程度上取决与它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且与它的微观结构、温度、 压力及杂质含量相联系。 测量导热系数的方法比较多，但可以归并为两类基本方法：一类是稳态法，另一类是动态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分析，然后进行测量。而在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。 实验目的 了解热传导现象的物理过程，学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数并用作图法求冷 却速率。 实验仪器 待测橡皮垫、黄铜板、加热铜质圆盘（带隔热层）、红外灯、热电偶、杜瓦瓶、冰水混合物、0~250V 变压器、秒表、游标卡尺等 实验原理 1，导热系数 当物体内存在温度梯度时，热量从高温流向低温，谓之热传导或传热，传热速率正比于温度梯度以及垂直于温度梯度的面积，比例系数为热导系数或导热率： dS dx dT dt dQ λ-= （1） 2，不良导体导热系数的测量 厚度为h 、截面面积为S 的平板形样品（橡胶板）夹在加热圆盘和黄铜盘之间。热量由加热盘传入。加热盘和黄铜盘上各有一小孔，热电偶可插入孔内测量温度，两面高低温度恒定为T 1 和T 2时，传热速率为 S h T T dt dQ 21--=λ （2）图 1 图 2 由于传热速率很难测量，但当T 1 和T 2稳定时，传入橡胶板的热量应等于它向周围的散热量。 这时移去橡胶板，使加热盘与铜盘直接接触，将铜盘加热到高于T 2约10度，然后再移去加热盘，让黄铜盘全表面自由放热。每隔30秒记录铜盘的温度，一直到其温度低于T 2，据此求出铜盘在T 2附近的冷却速率 dt dT 。 铜盘在稳态传热时，通过其下表面和侧面对外放热；而移去加热盘和橡胶板后是通过上下表面以及侧面放热。物体的散热速率应与它们的散热面积成正比， ()()dt Q d h R R h R R dt dQ ' ++=222ππ （3） 式中 dt Q d ' 为盘自由散热速率。而对于温度均匀的物体，有常用材料的导热系数表材料的导热率 傅力叶方程式： Q=KA△T/d, R=A△T/Q Q: 热量，W；K: 导热率，W/mk；A：接触面积；d: 热量传递距离；△T：温度差；R: 热阻值 导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。 将上面两个公式合并，可以得到 K=d/R。因为K值是不变的，可以看得出热阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就说材料越厚，热阻越大。 但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值R，同厚度d并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。 根据R=A△T/Q这个公式，理论上来讲就能测试并计算出一个材料的热阻值R。但是这个公式只是一个最基本的理想化的公式，他设定的条件是：接触面是完全光滑和平整的，所有热量全部通过热传导的方式经过材料，并达到另一端。实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。 所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件，就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候，选用多大的接触面积A，多大的热量值Q，以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料，而得出的结果，才有相比较的意义。 通过测试得出的热阻R值，并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据，人们可以将一些数据量化，而用于实际应用。此处所说的“模糊” 是数学术语，“模糊”表示最为接近真实的近似。 而同样道理，根据热阻值以及厚度，再计算出来的导热率K值，也并不完全是真正的导热率值。 傅力叶方程式，是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型，会有很多的修正公式，来完善所有的环节可能出现的问题。总之： a. 同样的材料，导热率是一个不变的数值，热阻值是会随厚度发生变化的。 b. 同样的材料，厚度越大，可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多，所耗的导热系数的测定_评分标准(精)“导热系数的测定”实验报告评分标准 第一部分：预习报告（20分） 一、实验目的 1.掌握用稳态法测量不良导体的导热系数的方法。 2.了解物体散热速率和传热速率的关系。 3.理解温差热电偶的特性。 二、实验仪器 发热盘，传热筒，杜瓦瓶，温差电偶，待测橡胶样品 ，数字电压表，停表。 三、实验原理 1 ?热传导定律：—— S ； 2 ?导热系数概念：等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通 过单位面积所传递的热量，单位是瓦?米-1?开-1（ W- m1? K1），导热系数是反映材料的导 热性能的重要参数之一； 3?稳态法（通过控制热源传热在样品内部形成稳定的温度分布，而进行的测量）测不良导体的导热系数的方法； 4散热板自由冷却与稳态时，由于散热面积不同因而要引入修正系数： 2 R c 2：'；R c h e _ 1 D e 4h C 2二R C 2「R C h C2 D e 2h c5 ?温差热电偶的工作原理 四、实验内容和步骤 1橡胶盘，黄铜盘直径，高度D B,h B,D c,h c，黄铜盘质量m，数据由实验室提供。 2、稳态法测传热板，散热板的温度哥0，20； 3、测量散热板（黄铜盘）的冷却速率22^，计算■ o 第二部分：数据采集与实验操作（40分） 有较好的动手能力，能够很好解决实验过程中出现的问题，数据采集记录完整准确，操作过程无误（35-40分）; 有一定的动手能力，能够解决实验过程中出现的一般问题，数据采集记录完整，操作过程无大的违规（35-20）; 动手能力较差，难以解决实验过程中出现的一般问题，数据采集与记录不完整、有偏差，有 违规操作（0-20分）o 操作要点： 1 导热系数测定仪的使用（数字电压表调零，热电偶接线，）; 2.构建稳态环境，保持哥°在 3.50mV ±0.03mV范围内，测量匕0 ； 3.测量黄铜盘的冷却速率。保持稳态时散热板的环境： a .电风扇一直工作。 b. Io附近的冷却速率。对使用DRP—4型导热系数测定仪测量材料导热系数的探讨对使用ＤＲＰ—４型导热系数测定仪测量材料导热 系数的探讨 一、概论 导热系数是指传递热量的物质厚度为lm、面积为1m2商标的合理使用制度，两壁面的温差为1℃时，每小时(h)通过的传热量，单位是W／(m·K)。导热传热热流密度的大小，与物质的导热系数、热流量流经物质的厚度和物质高温侧与低温侧间的温度差有关。导热系数高的物质有优良的导热性能。在热流密度和厚度相同时，物质高温侧壁面与低温侧壁面间的温度差，随导热系数增大而减小。因此对绝热材料来讲，则要求导热系数越低越好。一般常把导热系数小于0.8×103 W/(m·k)的材料称为绝热材料，如石棉、珍珠岩等。 测定绝热材料导热系数的方法有稳态法和非稳态法两大类。我国标准GB/T*****—1988《绝热材料稳态热电阻及有关特性的测定防护热板法》是等效采用国际标准8302《绝热——测定稳态电阻和有关特性一防护热板装置》。 二、测试原理 DRP—4型导热系数测定仪是按照GB/T*****—1988标准设计的。其测量原理是建立在傅立叶定律的基础上。假设在稳态条件下，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，建立类似于两个平行均温平板为界的无限大平板中存在的一维恒定热流(如图1)。 为保证中心计量单元建立一维热流和准确测量热流密度，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[R=(△T·A)/Q或导热率Cλ(Cλ=1/R)。如满足要求，导热系数λ或热阻系数r可用下式计算： λ=Q·d/(△T·A) r=1/λ=△T·A/(Q·d) 式中：d是试件平均厚度，m。 三、测试装置简述 DRP—4型导热系数测定仪采用稳态测量双平板法，利用稳压电源加热主加热器和自动跟踪护加热器，温度及功率测量采用高精度测量装置，测量结果稳定可靠，最大误差均小于5％。该设备由两个仪器柜组成。一是炉体部分，其双向平板是经过精加工反复处理的电加热板，电加热器的厚度小于1mm，整个板部分温度均匀一致，两块规格尺寸相同的试件分另放置于炉体内主、护加热器的左右两边。另一机柜是控制加热和测量系统，包括温度测量、加热功率测量、护加热板温度跟踪自动控制等(如图2)。 当主加热器的热量不能沿护加热环板方向传人和传出，此时主加热器的热量只能沿试材方向导出。当随时间不断延长，热面的温度t1和冷面的温度b不再随时间发生变化时，在这种情况下主加热器的热量只能沿试材方向导出，这种情况为稳定导热。 为实现上述要求，DRP—4型导热系数测定仪的仪器主加热板是由一台晶体管稳压电源加热，护热板是由温度跟踪器控制加热，由装在主加热板和护加热板上的温差热电堆给出偏差值。经过温度自动跟踪器，给出一个触发信号，使得可控硅导通角正比于温差信号的大小，使护加热板的温度不断跟踪主加热板的温度。两者的升温过程如图3所示。经过一段时间，主、护加热器的不再随时间发生变化时，这就是上面所述的稳定导热。一般如图3中虚线右侧，主加热器温度随时间的变化，对于低导热系数(λ＜0.1)，热电势变化的绝对值＜2μV/h。对于高导热系数(λ＞0.1)，热电势变化的绝对值＜4μLV/h。满足上述导热系数的测量实验报告导热系数的测量 导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，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。一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为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，所以在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。 一．实验目的 1．用稳态平板法测量材料的导热系数。 2．利用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点。 二．实验原理 热传导是热量传递过程中的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量。 h T T S t Q ) (21-??=??λ 单位时间通过某一截面积的热量dQ/dt 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，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。单位时间通过截面的热流量为： B B h T T R t Q )(212 -???=??πλ 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的传热速率。但是，铜板的散热速率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们知道，铜板的散热速率与冷却速率（温度变化率）dQ/dt=-mcdT/dt 式中的 m 为铜板的质量， C 为铜板的比热容，负号表示热量向低温方向传递。 由于质量容易直接测量，C 为常量，这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温侧铜板冷却速率的测量。铜板的冷却速率可以这样测量：在达到稳态后，移去样品，用加热铜板直接对下铜板加热，使其温度高于稳态温度 T2（大约高出 10℃左右），再让其在环境中自然冷却，直到温度低于 T2，测出 温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系，描绘出 T —t 曲线（见图 2），曲线在T2处的斜率就是铜板在稳态温度时T2下的冷却速率。 应该注意的是，这样得出的 t T ??是铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率， 其散热面积为 2πRp2+2πRphp （其中 Rp 和 hp 分别是下铜板的半径和厚度），然而， 设样品截面半径为R ，在实验中稳态传热时，铜板的上表面（面积为 πRp2）是被 样品全部（R=Rp ）或部分（R稳态法测固体的导热系数讲义2014.09.07稳态法测固体的导热系数 热传导是热量传递的三种基本形式之一，是指物体各部分之间不发生相对宏观位移情况下由于温差引起的热量的传递过程，其微观机制是热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。在金属中自由电子起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。 法国科学家傅里叶（J.B.J.Fourier 1786——1830）根据实验得到热传导基本关系，1822年在其著作《热的解析理论》中详细的提出了热传导基本定律，指出导热热流密度（单位时间通过单位面积的热量）和温度梯度成正比关系。数学表达式为： T grad q λ-= 此即傅里叶热传导定律，其中q 为热流密度矢量（表示沿温度降低方向单位时间通过单位面积的热量），λ是导热系数又称热导率，是表征物体传导热能力的物理量， λ在数值上等于每单位长度温度降低1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是 11K m W --?? 。一般说来，金属的导热系数比非金属的要大；固体的导热系数比液体的 要大；气体的导热系数最小。因此，某种物体的导热系数不仅与构成物体的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力、湿度及杂质含量相联系。在科学实验和工程设计中，需要了解所用物体的一些热物理性质，导热系数就是重要指标之一，常常需要用实验的方法来精确测定。 测量导热系数的方法很多，没有哪一种测量方法适用于所有的情形，对于特定的应用场合，也并非所有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于物体的导热系数范围和样品特征，选择正确的测量方法。测量方法可以分为稳态法和非稳态法两大类。稳态法是在加热和散热达到平衡状态、样品内部形成稳定温度分布的条件下进行测量的方法。非稳态法则是在测量过程中样品内部的温度分布随时间是变化的，测出这种变化，得到热扩散率再利用物体已知的密度和比热，求得导热系数。本实验采用稳态平板法测量物体的导热系数，该法设计思路清晰、简捷，具有典型性和实用性。 【实验目的】 1．了解热传导现象的物理过程。 2．了解物体散热速率和传热速率的关系。 3．学会用铂电阻型传感器测定温度。 4．学习一种测量材料导热系数的实验方法。 【实验原理】金属导热系数表(WmK)热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表： 银 429 铜 401 金 317 铝 237 铁 80 锡 67 铅 34.8 各种物质导热系数！ material conductivity K (W/m.K) diamond 钻石 2300 silver 银 429 cooper 铜 401 gold 金 317 aluminum 铝 237各物质的导热系数 物质温度导热系数物质温度导热系数 亚麻布 50 0.09 落叶松木 0 0.13 木屑 50 0.05 普通松木 45 0.08～0.11 海砂 20 0.03 杨木 100 0.1 研碎软木 20 0.04 胶合板 0 0.125 压缩软木 20 0.07 纤维素 0 0.46 聚苯乙烯 100 0.08 丝 20 0.04～0.05 硫化橡胶 50 0.22～0.29 炉渣 50 0.84 镍铝锰合金 0 32.7 硬质胶 25 0.18 青铜 30 32～153 白桦木 30 0.15 殷钢 30 11 橡木 20 0.17 康铜 30 20.9 雪松 0 0.095 黄铜 20 70～183 柏木 20 0.1 镍铬合金 20 12.3～171 普通冕玻璃 20 1 石棉 0 0.16～0.37 石英玻璃 4 1.46 纸 12 0.06～0.13 燧石玻璃 32 0.795 皮棉 4.1 0.03 重燧石玻璃 12.5 0.78导热系数测定仪自校规程适用范围 本方法适用于均匀热平板法的导热系数测定仪的自校。 2、 校准方法 稳态法测量导热系数的困难主要在于相关参量的准确获得。由于导热系数是标志一个过程(传热)的性质的热物性参数．因此不可能通过直接静态对比而得出。所以，可以将同样尺寸规格的标准样品(导热系数已知)放在导热系数仪中，在某一外部条件下，经历一个传热过程，另外再通过测量冷热板的表面温度，就可根据测量结果的比较而得到被测导热系数仪的测量准确度。 2.1 校准条件 导热系数标准参比板：由国家建材研究院研制，这是一种通过多台精密导热系数仪比对定值的已经通过国家审核认可的标准样品，使用温度范围在（270～373）K 之内，具有很高的可靠性和稳定性，测量不确定度2.5%（95%置信概率时）。它的标准导热系数值通过以下公式得到： 34102181.2T 101869.1--?-?=λ （1） 精密表面温度计，测量范围(0~100)℃，测量准确度±1.2℃，用来精确测量平板表面温度，它应有（0～100）℃之间整十度温度点修正值。 游标卡尺，测量范围(0~300)mm ，测量准确度±0.04mm ，用来测量标准参比板的厚度。 3.2 校准方法 测试前先将导热系数参比板在105℃±5℃的烘箱中烘干48小时，再在相对湿度低于30％的干燥柜中冷却至室温，再用游标卡尺测量参比板的厚度。将导热系数仪的电源开启，同时也将控制软件开启。充分预热后将导热系数标准参比板放入导热系数仪测试腔中，再将精密表面温度计分别放入加热板和参比板之间以及参比板和冷板之间，感温头应贴附在参比板表面上，放置位置位于参比板的中心。自动压紧装置的启动压紧装置，手动压紧的上紧装置将参比板压紧，压紧程度以使参比板和冷热板紧密接触为宜。 设置好测试时的热板温度、冷板温度和试样厚度，启动导热系数仪进行测试，当温材料导热系数测试实验东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名 张沐天 班级学号 实验日期 批改教师 课程名称 材料性能测试实验 批改日期 实验名称 材料导热系数测试实验 报告成绩 一、实验目的 1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法 2.了解材料导热系数与温度的关系 二、实验原理 不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。 1.材料的导热性及电导率 材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为1K ，在1s 钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为 W/(m ·K)，也叫热导率。热导率λ由简化的傅里叶导热定律 dx dT -q λ 决定。 2.热传导的物理机制 热传导过程就是材料的能量传输过程。在固体中能量的载体可以有自由电子、声子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热。 1）电子和声子导热 纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大。 2）光子导热 固体中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波，其中具有较强热效应的是波长在间的可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。热射线的传递过程称为热辐射。 3.影响导热系数的因素 1）温度 金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。 一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小。 2）原子结构 物质的电子结构对热传导有较大影响。具有一个价电子的，导电性能良好的、德拜温度较TC-3B型导热系数实验TC-3B型导热系数实验稳态法测量固体导热系数(TC-3B型固体导热系数测定仪) (集成温度传感器测温) 实 验 讲 义杭州精科仪器有限公司 固体导热系数的测量 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质等因素都会对导热系数产生明显的影响，因此，材料的导热系数常常需要通过实验来具体测定。测量导热系数的方法比较多，但可以归并为两类基本方法：一类是稳态法，另一类为动态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分布，然后进行测量。而在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。 【实验目的】 1．用稳态法测定出不良导体的导热系数，并与理论值进行比较。 2．用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定良导体导热系数存在的缺点。 12 【实验原理】 根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直与热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为2 1 T ,T 的平行平面（设2 1 T T >），若平面 面积均为S ，在t ?时间内通过面积S 的热量Q ?满足下述表达式： h )T T (S t Q 21-??λ=?? ( 1 ) 式中t Q ??为热流量，λ即为该物质的热导率（又称作导热系数）， λ 在数值上等于 相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是1 1 K m W --?? 。本实验仪器如图1所示： 在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待测样品B （圆盘形的不良导体），再把带发热3 器的圆铝盘A 放在B 上，发热器通电后，热量从 A 盘传到B 盘，再传到P 盘，由于P ,A 盘都是良 导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度1 T 、2 T ，1 T 、2 T 分别由插入P ,A 盘边缘小孔 铂电阻温度传感器E 来测量。通过变换温度传感器插入位置，即可改变铂电阻温度传感器的测量目标。由式（1）可以知道，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为： 2B B 21R h )T T (t Q ?π?-?λ=?? ( 2 ) 式中B R 为样品的半径，B h 为样品的厚度，当热 传导达到稳定状态时，1 T 和2 T 的值不变，于是通 过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P 在稳定 温度2 T 时的散热速率来求出热流量t Q ?? 。实验中，在读得稳态时的1 T 和2 T 后，即可将B 盘移去， 而使发热铝盘A 的底面与散热铜盘P 直接接触。当盘P 的温度上升到高于稳态时的2 T 值若干摄 氏度后，再将发热铝盘A 移开，让散热铜盘P 自金属导热系数与常用材料导热系数表以下是傲川科技热设计实验室提供的热设计常用的金属导热系数与常用材料导热系数：空气导热系数：干空气90°C为0.03126，100°C为0.03207，单位为W/(m.K) 金属导热系数表（W/mK) 热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表： 银429 铜401 金317 铝237 镍90 铁80 锡67 铅34.8 不锈钢：15-18 （不同合金成份不同） 高导热物质的导热系数！ material conductivity K (W/m.K) diamond 钻石2300 silver 银429 cooper 铜401 gold 金317 aluminum 铝237 常用材料导热系数 PVC0.14~0.15 PP0.21~0.26 PE0.42 有机玻璃0.14~0.20 泡沫0.045 木材(横) 0.14~0.17 (纵) 0.38 散珍珠岩0.042~0.08 水泥珍珠岩0.07~0.09 石棉0.15 混凝土 1.28 85%MgO0.07 玻璃0.52~1.01 水垢 1.3~3.1搪瓷0.87~1.16 耐火砖 1.06 普通砖0.7~0.8 亚麻布50 0.09 落叶松木0 0.13 木屑50 0.05 普通松木45 0.08～0.11 海砂20 0.03 杨木100 0.1 研碎软木20 0.04 胶合板0 0.125 压缩软木20 0.07 纤维素0 0.46 聚苯乙烯100 0.08 丝20 0.04～0.05 硫化橡胶50 0.22～0.29 炉渣50 0.84 镍铝锰合金0 32.7 硬质胶25 0.18 青铜30 32～153 白桦木30 0.15 殷钢30 11 橡木20 0.17 康铜30 20.9 松0 0.095 黄铜20 70～183 柏木20 0.1 镍铬合金20 12.3～171 普通冕玻璃20 1 石棉0 0.16～0.37 石英玻璃4 1.46 纸12 0.06～0.13 燧石玻璃32 0.795 皮棉4.1 0.03 重燧石玻璃12.5 0.78 矿渣棉0 0.05～0.14 精制玻璃12 0.9 毡0.04 汽油12 0.11 蜡0.04 士林12 0.184 纸板0.14 “天然气”油12 0.14
稳态法测固体的导热系数 热传导是热量传递的三种基本形式之一，是指物体各部分之间不发生相对宏观位移情况下由于温差引起的热量的传递过程，其微观机制是热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。在金属中自由电子起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。 法国科学家傅里叶（ 1786——1830）根据实验得到热传导基本关系，1822年在其著作《热的解析理论》中详细的提出了热传导基本定律，指出导热热流密度（单位时间通过单位面积的热量）和温度梯度成正比关系。数学表达式为： T grad q λ-= 此即傅里叶热传导定律，其中q 为热流密度矢量（表示沿温度降低方向单位时间通过单位面积的热量），λ是导热系数又称热导率，是表征物体传导热能力的物理量， λ在数值上等于每单位长度温度降低1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是 11K m W --?? 。一般说来，金属的导热系数比非金属的要大；固体的导热系数比液体的 要大；气体的导热系数最小。因此，某种物体的导热系数不仅与构成物体的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力、湿度及杂质含量相联系。在科学实验和工程设计中，需要了解所用物体的一些热物理性质，导热系数就是重要指标之一，常常需要用实验的方法来精确测定。 测量导热系数的方法很多，没有哪一种测量方法适用于所有的情形，对于特定的应用场合，也并非所有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于物体的导热系数范围和样品特征，选择正确的测量方法。测量方法可以分为稳态法和非稳态法两大类。稳态法是在加热和散热达到平衡状态、样品内部形成稳定温度分布的条件下进行测量的方法。非稳态法则是在测量过程中样品内部的温度分布随时间是变化的，测出这种变化，得到热扩散率再利用物体已知的密度和比热，求得导热系数。本实验采用稳态平板法测量物体的导热系数，该法设计思路清晰、简捷，具有典型性和实用性。 【实验目的】 1．了解热传导现象的物理过程。 2．了解物体散热速率和传热速率的关系。 3．学会用铂电阻型传感器测定温度。 4．学习一种测量材料导热系数的实验方法。 【实验原理】 稳态平板法测量物体的导热系数原理示意图如图1，发热盘A 将热量传到待测物体样品盘B ，再传到散热盘C ，由于A 、C 盘是用热的良导体做的，与待测样品盘B 紧密接触，
导热系数的大小表明金属导热能力的大小，导热系数越大，导热热阻值相应降低，导热能力增强。在金属材料中，银的导热系数最高(表)，但成本高；纯铜其次，但加工不容易。在风冷散热器中一般用6063T5铝合金，这是因为铝合金的加工性好(纯铝由于硬度不足，很难进行切削加工)、表面处理容易、成本低廉。但随着散热需求的提高，综合运用各种导热系数高的材料，已是大势所趋。有部分散热片采用了纯铜或铜铝结合的方式来制造。例如，有的散热片底部采用纯铜，是为了发挥铜的导热系数大，传热量相对大的优点，而鳍片部分仍采用铝合金片，是为了加工容易，将换热面积尽可能做大，以便对流换热量增大。但是此种方法最大的难点在于如何将铜与铝型鳍片充分地连接，如果连接不好，接触热阻会大量产生，反而影响散热效果。 各种常用金属材料及铝合金导热系数 材料名称导热系数材料名称导热系数 银99.9% 411 W/m.K 硬铝4.5%Cu 177 W/m.K 纯铜 398 W/m.K 铸铝4.5%Cu 163 W/m.K 金 315 W/m.K Mg,0.6%Mn 148 W/m.K 纯铝 237 W/m.K 6061型铝合金 155 W/m.K 1070型铝合金 226 W/m.K 黄铜30%Zn 109 W/m.K 1050型铝合金 209 W/m.K 钢0.5%C 54 W/m.K 6063型铝合金 201 W/m.K 青铜25%Sn 26 W/m.K 金和银的导热性能比较好，但缺点就是价格太高，纯铜散热效果则次之，但已经算是非常优秀的了，不过铜片也有缺点：造价高、重量大、不耐腐蚀等。所以现在大多数散热片都是采用轻盈坚固的铝材料制作的，其中铝合金的热传导能力最好，好的CPU风冷散热器一般采用铝合金制作。 最好的散热材料并不是铝材。是银，接着是铜，金，再者就是铝。至于金和银，散热固然好，可是它的成本高，制作工艺复杂，最主要的还是成本问题，所以这两种材料是商家不大认同的。 至于铜，目前市场上也不断的出现了纯铜的散热器，采用纯铜的材料并不见得好，铜的导热性能比起铝要快的多，但铜的散热没有铝快，铜可以快速的把热量带走，但无法在短时间内把本身的热量散去，这就很有可能造成在PC关机时热量在短时间内散不去，在CPU上方形成一个无形的热源。另外铜的可氧化性这是铜本身最大的弊病。当铜一旦出现氧化状态，从导热和散热方面都会大大的下降。
保温隔热绝热材料性能检测导热系数检测方法 1.1 适用范围及引用标准 1.1.1 适用范围 本规程规定了保温、隔热、绝热材料导热系数的检测方法。本规程适用于保温、隔热、绝热材料干燥匀质试件导热2·K/W）的测定，且所系数（被测试件的热阻应大于0.1 m测定的结 果均为在给定平均温度和温差下试件的导热系数。 1.1.2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本规程中引用而构成为本规程的条文。使用本规程的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB 4132 绝热材料名词术语 GB 10294-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法 GB 10295-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法 GB 10296-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 圆管法 GB 10297-1988 非金属固体材料导热系数的测定方法 热线法 护热平板法塑料导热系数试验方法GB 3399-1982
1.2 仪器设备 1.2.1 量具 应符合GB6342规定。 1.2.2 导热系数仪 导热系数仪根据测试原理不同可分为分为防护热板式导热系数仪、热流计式导热系数仪等。防护热板式导热系数仪示意图见图1.1，热流计式导热系数仪示意图见图1.2。
置装件试a双 b 单试件装置 1.1 防护热板式导热系数仪示意图图 a 单热流计不对称布置
b 双热流计对称布置 式件c 双试装置热流计式导热系数仪示意图图1.2 检测程序1.3 导热系数检测程EPS）1.3.1 绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料（序GB 10294-1988GB 或按测数热板EPS导系的定。GB 10294-1988规定进行；仲裁方法时执行10295-1988．1.3.1.1 状态调节 样品应去掉表皮并自生产之日起在自然条件下放置28d后进测试。样品按GB/T 2918-1998中23/50二级环境条件进行，在温度（23±2）℃，相对湿度45％～55％的条件下进行16 h状态调节。 1.3.1.2厚度测量
圆球法测定材料导热系数 一、目的 在稳定传热情况下，利用圆球法测定粒状材料的导热系数，并用图解法确定此材料的导热系数与温度之间的线性关系 λ=λ0(1+bt) 二、原理 本实验是利用在稳定传热情况下，以球壁导热公式作为基础来求得粒状材料的导热系数λ。设有一空心球体，球的内表面直径d 1，外表面直径为d 2，壁 厚21 2d d -=δ，如果内、外表面的温度维持不变，并等于t 1和t 2，则根据傅立 叶定律得 δπλπλ21212 121)(11)(2d d t t d d t t Q -=--= （1） 移项得 ) ()(21212121t t d d IU t t d d Q -=-= πδ πδλ （2） 式中： I 为电热器的工作电流 U 为电热器的工作电压； λ为试验材料在温度2 21t t t -=时的导热系数。 如果需要求得λ和温度之间的变化关系，则必须测定在不同温度下的导热系数，然后将测得的导热系数值λ1、λ2、λ3…λn 及其对应的t 1、t 2、t 3…t n 在坐标纸上绘出其坐标位置，如下图所示。
绘出坐标点后，应根据各的昂的位置揣摩一下，是否能够连成一条直线或连成一条曲线。由于固体材料的导热系数与温度之间的函数关系，在温度相差不过分悬殊时一般可以当作线性直线关系的。因此可通过各点间的中心位置绘一条直线，然后在直线上任取a、b两个坐标点并算出直线的截距，就不难求出函数式λ=λ0(1+bt)，此式是描绘被测材料的导热系数与温度之间的经验关系式。实验点之所以不能完全落在一条直线上，是由于λ(t)不完全是线性关系，其次在实验中难免有种种误差所引起的偏差。 三、实验装置 本实验装置中，仅取四个温度工况。为了便于学生实验，四个不同温度工况由四个不同的实验球来实现。 每个实验球共有两个空心球体，球壁均用紫铜板冲压成形。内球外径为 d1，外球的内径为d2。四个空心球体的几何尺寸见下表： 球体结构的尺寸 内球中间装有电加热器，电加热器的功率自耦式调压器调节，输出的功率通过装在电加热器电源上的电压表和电流表读出，并由变送器将数据送入数据采集系统。
不良导体的热导系数的测量 实验简介 材料的导热系数是反映材料热性能的物理量，导热机理在很大程度上取决与它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且与它的微观结构、温度、 压力及杂质含量相联系。 测量导热系数的方法比较多，但可以归并为两类基本方法：一类是稳态法，另一类是动态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分析，然后进行测量。而在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。 实验目的 了解热传导现象的物理过程，学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数并用作图法求冷 却速率。 实验仪器 待测橡皮垫、黄铜板、加热铜质圆盘（带隔热层）、红外灯、热电偶、杜瓦瓶、冰水混合物、0~250V 变压器、秒表、游标卡尺等 实验原理 1，导热系数 当物体内存在温度梯度时，热量从高温流向低温，谓之热传导或传热，传热速率正比于温度梯度以及垂直于温度梯度的面积，比例系数为热导系数或导热率： dS dx dT dt dQ λ-= （1） 2，不良导体导热系数的测量 厚度为h 、截面面积为S 的平板形样品（橡胶板）夹在加热圆盘和黄铜盘之间。热量由加热盘传入。加热盘和黄铜盘上各有一小孔，热电偶可插入孔内测量温度，两面高低温度恒定为T 1 和T 2时，传热速率为 S h T T dt dQ 21--=λ （2）
图 1 图 2 由于传热速率很难测量，但当T 1 和T 2稳定时，传入橡胶板的热量应等于它向周围的散热量。 这时移去橡胶板，使加热盘与铜盘直接接触，将铜盘加热到高于T 2约10度，然后再移去加热盘，让黄铜盘全表面自由放热。每隔30秒记录铜盘的温度，一直到其温度低于T 2，据此求出铜盘在T 2附近的冷却速率 dt dT 。 铜盘在稳态传热时，通过其下表面和侧面对外放热；而移去加热盘和橡胶板后是通过上下表面以及侧面放热。物体的散热速率应与它们的散热面积成正比， ()()dt Q d h R R h R R dt dQ ' ++=222ππ （3） 式中 dt Q d ' 为盘自由散热速率。而对于温度均匀的物体，有
材料的导热率 傅力叶方程式： Q=KA△T/d, R=A△T/Q Q: 热量，W；K: 导热率，W/mk；A：接触面积；d: 热量传递距离；△T：温度差；R: 热阻值 导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。 将上面两个公式合并，可以得到 K=d/R。因为K值是不变的，可以看得出热阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就说材料越厚，热阻越大。 但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值R，同厚度d并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。 根据R=A△T/Q这个公式，理论上来讲就能测试并计算出一个材料的热阻值R。但是这个公式只是一个最基本的理想化的公式，他设定的条件是：接触面是完全光滑和平整的，所有热量全部通过热传导的方式经过材料，并达到另一端。
实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。 所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件，就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候，选用多大的接触面积A，多大的热量值Q，以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料，而得出的结果，才有相比较的意义。 通过测试得出的热阻R值，并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据，人们可以将一些数据量化，而用于实际应用。此处所说的“模糊” 是数学术语，“模糊”表示最为接近真实的近似。 而同样道理，根据热阻值以及厚度，再计算出来的导热率K值，也并不完全是真正的导热率值。 傅力叶方程式，是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型，会有很多的修正公式，来完善所有的环节可能出现的问题。总之： a. 同样的材料，导热率是一个不变的数值，热阻值是会随厚度发生变化的。 b. 同样的材料，厚度越大，可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多，所耗的
“导热系数的测定”实验报告评分标准 第一部分：预习报告（20分） 一、实验目的 1.掌握用稳态法测量不良导体的导热系数的方法。 2.了解物体散热速率和传热速率的关系。 3.理解温差热电偶的特性。 二、实验仪器 发热盘，传热筒，杜瓦瓶，温差电偶，待测橡胶样品 ，数字电压表，停表。 三、实验原理 1 ?热传导定律：—— S ； 2 ?导热系数概念：等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通 过单位面积所传递的热量，单位是瓦?米-1?开-1（ W- m1? K1），导热系数是反映材料的导 热性能的重要参数之一； 3?稳态法（通过控制热源传热在样品内部形成稳定的温度分布，而进行的测量）测不良导体的导热系数的方法； 4散热板自由冷却与稳态时，由于散热面积不同因而要引入修正系数： 2 R c 2：'；R c h e _ 1 D e 4h C 2二R C 2「R C h C2 D e 2h c
5 ?温差热电偶的工作原理 四、实验内容和步骤 1橡胶盘，黄铜盘直径，高度D B,h B,D c,h c，黄铜盘质量m，数据由实验室提供。 2、稳态法测传热板，散热板的温度哥0，20； 3、测量散热板（黄铜盘）的冷却速率22^，计算■ o 第二部分：数据采集与实验操作（40分） 有较好的动手能力，能够很好解决实验过程中出现的问题，数据采集记录完整准确，操作过程无误（35-40分）; 有一定的动手能力，能够解决实验过程中出现的一般问题，数据采集记录完整，操作过程无大的违规（35-20）; 动手能力较差，难以解决实验过程中出现的一般问题，数据采集与记录不完整、有偏差，有 违规操作（0-20分）o 操作要点： 1 导热系数测定仪的使用（数字电压表调零，热电偶接线，）; 2.构建稳态环境，保持哥°在 3.50mV ±0.03mV范围内，测量匕0 ； 3.测量黄铜盘的冷却速率。保持稳态时散热板的环境： a .电风扇一直工作。 b. Io附近的冷却速率。
对使用ＤＲＰ—４型导热系数测定仪测量材料导热 系数的探讨 一、概论 导热系数是指传递热量的物质厚度为lm、面积为1m2商标的合理使用制度，两壁面的温差为1℃时，每小时(h)通过的传热量，单位是W／(m·K)。导热传热热流密度的大小，与物质的导热系数、热流量流经物质的厚度和物质高温侧与低温侧间的温度差有关。导热系数高的物质有优良的导热性能。在热流密度和厚度相同时，物质高温侧壁面与低温侧壁面间的温度差，随导热系数增大而减小。因此对绝热材料来讲，则要求导热系数越低越好。一般常把导热系数小于0.8×103 W/(m·k)的材料称为绝热材料，如石棉、珍珠岩等。 测定绝热材料导热系数的方法有稳态法和非稳态法两大类。我国标准GB/T*****—1988《绝热材料稳态热电阻及有关特性的测定防护热板法》是等效采用国际标准8302《绝热——测定稳态电阻和有关特性一防护热板装置》。 二、测试原理 DRP—4型导热系数测定仪是按照GB/T*****—1988标准设计的。其测量原理是建立在傅立叶定律的基础上。假设在稳态条件下，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，建立类似于两个平行均温平板为界的无限大平板中存在的一维恒定热流(如图1)。 为保证中心计量单元建立一维热流和准确测量热流密度，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[R=(△T·A)/Q或导热率Cλ(Cλ=1/R)。如满足要求，导热系数λ或热阻系数r可用下式计算： λ=Q·d/(△T·A) r=1/λ=△T·A/(Q·d) 式中：d是试件平均厚度，m。 三、测试装置简述 DRP—4型导热系数测定仪采用稳态测量双平板法，利用稳压电源加热主加热器和自动跟踪护加热器，温度及功率测量采用高精度测量装置，测量结果稳定可靠，最大误差均小于5％。该设备由两个仪器柜组成。一是炉体部分，其双向平板是经过精加工反复处理的电加热板，电加热器的厚度小于1mm，整个板部分温度均匀一致，两块规格尺寸相同的试件分另放置于炉体内主、护加热器的左右两边。另一机柜是控制加热和测量系统，包括温度测量、加热功率测量、护加热板温度跟踪自动控制等(如图2)。 当主加热器的热量不能沿护加热环板方向传人和传出，此时主加热器的热量只能沿试材方向导出。当随时间不断延长，热面的温度t1和冷面的温度b不再随时间发生变化时，在这种情况下主加热器的热量只能沿试材方向导出，这种情况为稳定导热。 为实现上述要求，DRP—4型导热系数测定仪的仪器主加热板是由一台晶体管稳压电源加热，护热板是由温度跟踪器控制加热，由装在主加热板和护加热板上的温差热电堆给出偏差值。经过温度自动跟踪器，给出一个触发信号，使得可控硅导通角正比于温差信号的大小，使护加热板的温度不断跟踪主加热板的温度。两者的升温过程如图3所示。经过一段时间，主、护加热器的不再随时间发生变化时，这就是上面所述的稳定导热。一般如图3中虚线右侧，主加热器温度随时间的变化，对于低导热系数(λ＜0.1)，热电势变化的绝对值＜2μV/h。对于高导热系数(λ＞0.1)，热电势变化的绝对值＜4μLV/h。满足上述
导热系数的测量 导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，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。一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为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，所以在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。 一．实验目的 1．用稳态平板法测量材料的导热系数。 2．利用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点。 二．实验原理 热传导是热量传递过程中的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量。 h T T S t Q ) (21-??=??λ 单位时间通过某一截面积的热量dQ/dt 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，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。单位时间通过截面的热流量为： B B h T T R t Q )(212 -???=??πλ 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的传热速率。但是，铜板的散热速率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们知道，铜板的散热速率与冷却速率（温度变化率）dQ/dt=-mcdT/dt 式中的 m 为铜板的质量， C 为铜板的比热容，负号表示热量向低温方向传递。 由于质量容易直接测量，C 为常量，这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温侧铜板冷却速率的测量。铜板的冷却速率可以这样测量：在达到稳态后，移去样品，用加热铜板直接对下铜板加热，使其温度高于稳态温度 T2（大约高出 10℃左右），再让其在环境中自然冷却，直到温度低于 T2，测出 温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系，描绘出 T —t 曲线（见图 2），曲线在T2处的斜率就是铜板在稳态温度时T2下的冷却速率。 应该注意的是，这样得出的 t T ??是铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率， 其散热面积为 2πRp2+2πRphp （其中 Rp 和 hp 分别是下铜板的半径和厚度），然而， 设样品截面半径为R ，在实验中稳态传热时，铜板的上表面（面积为 πRp2）是被 样品全部（R=Rp ）或部分（R稳态法测固体的导热系数讲义2014.09.07稳态法测固体的导热系数 热传导是热量传递的三种基本形式之一，是指物体各部分之间不发生相对宏观位移情况下由于温差引起的热量的传递过程，其微观机制是热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。在金属中自由电子起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。 法国科学家傅里叶（J.B.J.Fourier 1786——1830）根据实验得到热传导基本关系，1822年在其著作《热的解析理论》中详细的提出了热传导基本定律，指出导热热流密度（单位时间通过单位面积的热量）和温度梯度成正比关系。数学表达式为： T grad q λ-= 此即傅里叶热传导定律，其中q 为热流密度矢量（表示沿温度降低方向单位时间通过单位面积的热量），λ是导热系数又称热导率，是表征物体传导热能力的物理量， λ在数值上等于每单位长度温度降低1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是 11K m W --?? 。一般说来，金属的导热系数比非金属的要大；固体的导热系数比液体的 要大；气体的导热系数最小。因此，某种物体的导热系数不仅与构成物体的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力、湿度及杂质含量相联系。在科学实验和工程设计中，需要了解所用物体的一些热物理性质，导热系数就是重要指标之一，常常需要用实验的方法来精确测定。 测量导热系数的方法很多，没有哪一种测量方法适用于所有的情形，对于特定的应用场合，也并非所有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于物体的导热系数范围和样品特征，选择正确的测量方法。测量方法可以分为稳态法和非稳态法两大类。稳态法是在加热和散热达到平衡状态、样品内部形成稳定温度分布的条件下进行测量的方法。非稳态法则是在测量过程中样品内部的温度分布随时间是变化的，测出这种变化，得到热扩散率再利用物体已知的密度和比热，求得导热系数。本实验采用稳态平板法测量物体的导热系数，该法设计思路清晰、简捷，具有典型性和实用性。 【实验目的】 1．了解热传导现象的物理过程。 2．了解物体散热速率和传热速率的关系。 3．学会用铂电阻型传感器测定温度。 4．学习一种测量材料导热系数的实验方法。 【实验原理】金属导热系数表(WmK)热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表： 银 429 铜 401 金 317 铝 237 铁 80 锡 67 铅 34.8 各种物质导热系数！ material conductivity K (W/m.K) diamond 钻石 2300 silver 银 429 cooper 铜 401 gold 金 317 aluminum 铝 237各物质的导热系数 物质温度导热系数物质温度导热系数 亚麻布 50 0.09 落叶松木 0 0.13 木屑 50 0.05 普通松木 45 0.08～0.11 海砂 20 0.03 杨木 100 0.1 研碎软木 20 0.04 胶合板 0 0.125 压缩软木 20 0.07 纤维素 0 0.46 聚苯乙烯 100 0.08 丝 20 0.04～0.05 硫化橡胶 50 0.22～0.29 炉渣 50 0.84 镍铝锰合金 0 32.7 硬质胶 25 0.18 青铜 30 32～153 白桦木 30 0.15 殷钢 30 11 橡木 20 0.17 康铜 30 20.9 雪松 0 0.095 黄铜 20 70～183 柏木 20 0.1 镍铬合金 20 12.3～171 普通冕玻璃 20 1 石棉 0 0.16～0.37 石英玻璃 4 1.46 纸 12 0.06～0.13 燧石玻璃 32 0.795 皮棉 4.1 0.03 重燧石玻璃 12.5 0.78导热系数测定仪自校规程适用范围 本方法适用于均匀热平板法的导热系数测定仪的自校。 2、 校准方法 稳态法测量导热系数的困难主要在于相关参量的准确获得。由于导热系数是标志一个过程(传热)的性质的热物性参数．因此不可能通过直接静态对比而得出。所以，可以将同样尺寸规格的标准样品(导热系数已知)放在导热系数仪中，在某一外部条件下，经历一个传热过程，另外再通过测量冷热板的表面温度，就可根据测量结果的比较而得到被测导热系数仪的测量准确度。 2.1 校准条件 导热系数标准参比板：由国家建材研究院研制，这是一种通过多台精密导热系数仪比对定值的已经通过国家审核认可的标准样品，使用温度范围在（270～373）K 之内，具有很高的可靠性和稳定性，测量不确定度2.5%（95%置信概率时）。它的标准导热系数值通过以下公式得到： 34102181.2T 101869.1--?-?=λ （1） 精密表面温度计，测量范围(0~100)℃，测量准确度±1.2℃，用来精确测量平板表面温度，它应有（0～100）℃之间整十度温度点修正值。 游标卡尺，测量范围(0~300)mm ，测量准确度±0.04mm ，用来测量标准参比板的厚度。 3.2 校准方法 测试前先将导热系数参比板在105℃±5℃的烘箱中烘干48小时，再在相对湿度低于30％的干燥柜中冷却至室温，再用游标卡尺测量参比板的厚度。将导热系数仪的电源开启，同时也将控制软件开启。充分预热后将导热系数标准参比板放入导热系数仪测试腔中，再将精密表面温度计分别放入加热板和参比板之间以及参比板和冷板之间，感温头应贴附在参比板表面上，放置位置位于参比板的中心。自动压紧装置的启动压紧装置，手动压紧的上紧装置将参比板压紧，压紧程度以使参比板和冷热板紧密接触为宜。 设置好测试时的热板温度、冷板温度和试样厚度，启动导热系数仪进行测试，当温材料导热系数测试实验东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名 张沐天 班级学号 实验日期 批改教师 课程名称 材料性能测试实验 批改日期 实验名称 材料导热系数测试实验 报告成绩 一、实验目的 1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法 2.了解材料导热系数与温度的关系 二、实验原理 不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。 1.材料的导热性及电导率 材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为1K ，在1s 钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为 W/(m ·K)，也叫热导率。热导率λ由简化的傅里叶导热定律 dx dT -q λ 决定。 2.热传导的物理机制 热传导过程就是材料的能量传输过程。在固体中能量的载体可以有自由电子、声子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热。 1）电子和声子导热 纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大。 2）光子导热 固体中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波，其中具有较强热效应的是波长在间的可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。热射线的传递过程称为热辐射。 3.影响导热系数的因素 1）温度 金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。 一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小。 2）原子结构 物质的电子结构对热传导有较大影响。具有一个价电子的，导电性能良好的、德拜温度较TC-3B型导热系数实验TC-3B型导热系数实验稳态法测量固体导热系数(TC-3B型固体导热系数测定仪) (集成温度传感器测温) 实 验 讲 义杭州精科仪器有限公司 固体导热系数的测量 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质等因素都会对导热系数产生明显的影响，因此，材料的导热系数常常需要通过实验来具体测定。测量导热系数的方法比较多，但可以归并为两类基本方法：一类是稳态法，另一类为动态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分布，然后进行测量。而在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。 【实验目的】 1．用稳态法测定出不良导体的导热系数，并与理论值进行比较。 2．用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定良导体导热系数存在的缺点。 12 【实验原理】 根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直与热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为2 1 T ,T 的平行平面（设2 1 T T >），若平面 面积均为S ，在t ?时间内通过面积S 的热量Q ?满足下述表达式： h )T T (S t Q 21-??λ=?? ( 1 ) 式中t Q ??为热流量，λ即为该物质的热导率（又称作导热系数）， λ 在数值上等于 相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是1 1 K m W --?? 。本实验仪器如图1所示： 在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待测样品B （圆盘形的不良导体），再把带发热3 器的圆铝盘A 放在B 上，发热器通电后，热量从 A 盘传到B 盘，再传到P 盘，由于P ,A 盘都是良 导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度1 T 、2 T ，1 T 、2 T 分别由插入P ,A 盘边缘小孔 铂电阻温度传感器E 来测量。通过变换温度传感器插入位置，即可改变铂电阻温度传感器的测量目标。由式（1）可以知道，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为： 2B B 21R h )T T (t Q ?π?-?λ=?? ( 2 ) 式中B R 为样品的半径，B h 为样品的厚度，当热 传导达到稳定状态时，1 T 和2 T 的值不变，于是通 过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P 在稳定 温度2 T 时的散热速率来求出热流量t Q ?? 。实验中，在读得稳态时的1 T 和2 T 后，即可将B 盘移去， 而使发热铝盘A 的底面与散热铜盘P 直接接触。当盘P 的温度上升到高于稳态时的2 T 值若干摄 氏度后，再将发热铝盘A 移开，让散热铜盘P 自金属导热系数与常用材料导热系数表以下是傲川科技热设计实验室提供的热设计常用的金属导热系数与常用材料导热系数：空气导热系数：干空气90°C为0.03126，100°C为0.03207，单位为W/(m.K) 金属导热系数表（W/mK) 热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表： 银429 铜401 金317 铝237 镍90 铁80 锡67 铅34.8 不锈钢：15-18 （不同合金成份不同） 高导热物质的导热系数！ material conductivity K (W/m.K) diamond 钻石2300 silver 银429 cooper 铜401 gold 金317 aluminum 铝237 常用材料导热系数 PVC0.14~0.15 PP0.21~0.26 PE0.42 有机玻璃0.14~0.20 泡沫0.045 木材(横) 0.14~0.17 (纵) 0.38 散珍珠岩0.042~0.08 水泥珍珠岩0.07~0.09 石棉0.15 混凝土 1.28 85%MgO0.07 玻璃0.52~1.01 水垢 1.3~3.1搪瓷0.87~1.16 耐火砖 1.06 普通砖0.7~0.8 亚麻布50 0.09 落叶松木0 0.13 木屑50 0.05 普通松木45 0.08～0.11 海砂20 0.03 杨木100 0.1 研碎软木20 0.04 胶合板0 0.125 压缩软木20 0.07 纤维素0 0.46 聚苯乙烯100 0.08 丝20 0.04～0.05 硫化橡胶50 0.22～0.29 炉渣50 0.84 镍铝锰合金0 32.7 硬质胶25 0.18 青铜30 32～153 白桦木30 0.15 殷钢30 11 橡木20 0.17 康铜30 20.9 松0 0.095 黄铜20 70～183 柏木20 0.1 镍铬合金20 12.3～171 普通冕玻璃20 1 石棉0 0.16～0.37 石英玻璃4 1.46 纸12 0.06～0.13 燧石玻璃32 0.795 皮棉4.1 0.03 重燧石玻璃12.5 0.78 矿渣棉0 0.05～0.14 精制玻璃12 0.9 毡0.04 汽油12 0.11 蜡0.04 士林12 0.184 纸板0.14 “天然气”油12 0.14
稳态法测固体的导热系数 热传导是热量传递的三种基本形式之一，是指物体各部分之间不发生相对宏观位移情况下由于温差引起的热量的传递过程，其微观机制是热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。在金属中自由电子起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。 法国科学家傅里叶（J.B.J.Fourier 1786——1830）根据实验得到热传导基本关系，1822年在其著作《热的解析理论》中详细的提出了热传导基本定律，指出导热热流密度（单位时间通过单位面积的热量）和温度梯度成正比关系。数学表达式为： T grad q λ-= 此即傅里叶热传导定律，其中q 为热流密度矢量（表示沿温度降低方向单位时间通过单位面积的热量），λ是导热系数又称热导率，是表征物体传导热能力的物理量， λ在数值上等于每单位长度温度降低1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是 11K m W --?? 。一般说来，金属的导热系数比非金属的要大；固体的导热系数比液体的 要大；气体的导热系数最小。因此，某种物体的导热系数不仅与构成物体的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力、湿度及杂质含量相联系。在科学实验和工程设计中，需要了解所用物体的一些热物理性质，导热系数就是重要指标之一，常常需要用实验的方法来精确测定。 测量导热系数的方法很多，没有哪一种测量方法适用于所有的情形，对于特定的应用场合，也并非所有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于物体的导热系数范围和样品特征，选择正确的测量方法。测量方法可以分为稳态法和非稳态法两大类。稳态法是在加热和散热达到平衡状态、样品内部形成稳定温度分布的条件下进行测量的方法。非稳态法则是在测量过程中样品内部的温度分布随时间是变化的，测出这种变化，得到热扩散率再利用物体已知的密度和比热，求得导热系数。本实验采用稳态平板法测量物体的导热系数，该法设计思路清晰、简捷，具有典型性和实用性。 【实验目的】 1．了解热传导现象的物理过程。 2．了解物体散热速率和传热速率的关系。 3．学会用铂电阻型传感器测定温度。 4．学习一种测量材料导热系数的实验方法。 【实验原理】
热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表： 银 429 铜 401 金 317 铝 237 铁 80 锡 67 铅 34.8 各种物质导热系数！ material conductivity K (W/m.K) diamond 钻石 2300 silver 银 429 cooper 铜 401 gold 金 317 aluminum 铝 237
各物质的导热系数 物质温度导热系数物质温度导热系数 亚麻布 50 0.09 落叶松木 0 0.13 木屑 50 0.05 普通松木 45 0.08～0.11 海砂 20 0.03 杨木 100 0.1 研碎软木 20 0.04 胶合板 0 0.125 压缩软木 20 0.07 纤维素 0 0.46 聚苯乙烯 100 0.08 丝 20 0.04～0.05 硫化橡胶 50 0.22～0.29 炉渣 50 0.84 镍铝锰合金 0 32.7 硬质胶 25 0.18 青铜 30 32～153 白桦木 30 0.15 殷钢 30 11 橡木 20 0.17 康铜 30 20.9 雪松 0 0.095 黄铜 20 70～183 柏木 20 0.1 镍铬合金 20 12.3～171 普通冕玻璃 20 1 石棉 0 0.16～0.37 石英玻璃 4 1.46 纸 12 0.06～0.13 燧石玻璃 32 0.795 皮棉 4.1 0.03 重燧石玻璃 12.5 0.78
适用范围 本方法适用于均匀热平板法的导热系数测定仪的自校。 2、 校准方法 稳态法测量导热系数的困难主要在于相关参量的准确获得。由于导热系数是标志一个过程(传热)的性质的热物性参数．因此不可能通过直接静态对比而得出。所以，可以将同样尺寸规格的标准样品(导热系数已知)放在导热系数仪中，在某一外部条件下，经历一个传热过程，另外再通过测量冷热板的表面温度，就可根据测量结果的比较而得到被测导热系数仪的测量准确度。 2.1 校准条件 导热系数标准参比板：由国家建材研究院研制，这是一种通过多台精密导热系数仪比对定值的已经通过国家审核认可的标准样品，使用温度范围在（270～373）K 之内，具有很高的可靠性和稳定性，测量不确定度2.5%（95%置信概率时）。它的标准导热系数值通过以下公式得到： 34102181.2T 101869.1--?-?=λ （1） 精密表面温度计，测量范围(0~100)℃，测量准确度±1.2℃，用来精确测量平板表面温度，它应有（0～100）℃之间整十度温度点修正值。 游标卡尺，测量范围(0~300)mm ，测量准确度±0.04mm ，用来测量标准参比板的厚度。 3.2 校准方法 测试前先将导热系数参比板在105℃±5℃的烘箱中烘干48小时，再在相对湿度低于30％的干燥柜中冷却至室温，再用游标卡尺测量参比板的厚度。将导热系数仪的电源开启，同时也将控制软件开启。充分预热后将导热系数标准参比板放入导热系数仪测试腔中，再将精密表面温度计分别放入加热板和参比板之间以及参比板和冷板之间，感温头应贴附在参比板表面上，放置位置位于参比板的中心。自动压紧装置的启动压紧装置，手动压紧的上紧装置将参比板压紧，压紧程度以使参比板和冷热板紧密接触为宜。 设置好测试时的热板温度、冷板温度和试样厚度，启动导热系数仪进行测试，当温
东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名 张沐天 班级学号 实验日期 批改教师 课程名称 材料性能测试实验 批改日期 实验名称 材料导热系数测试实验 报告成绩 一、实验目的 1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法 2.了解材料导热系数与温度的关系 二、实验原理 不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。 1.材料的导热性及电导率 材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为1K ，在1s 钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为 W/(m ·K)，也叫热导率。热导率λ由简化的傅里叶导热定律 dx dT -q λ 决定。 2.热传导的物理机制 热传导过程就是材料的能量传输过程。在固体中能量的载体可以有自由电子、声子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热。 1）电子和声子导热 纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大。 2）光子导热 固体中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波，其中具有较强热效应的是波长在间的可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。热射线的传递过程称为热辐射。 3.影响导热系数的因素 1）温度 金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。 一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小。 2）原子结构 物质的电子结构对热传导有较大影响。具有一个价电子的，导电性能良好的、德拜温度较
TC-3B型导热系数实验
稳态法测量固体导热系数(TC-3B型固体导热系数测定仪) (集成温度传感器测温) 实 验 讲 义
杭州精科仪器有限公司 固体导热系数的测量 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质等因素都会对导热系数产生明显的影响，因此，材料的导热系数常常需要通过实验来具体测定。测量导热系数的方法比较多，但可以归并为两类基本方法：一类是稳态法，另一类为动态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分布，然后进行测量。而在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。 【实验目的】 1．用稳态法测定出不良导体的导热系数，并与理论值进行比较。 2．用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定良导体导热系数存在的缺点。 1
2 【实验原理】 根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直与热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为2 1 T ,T 的平行平面（设2 1 T T >），若平面 面积均为S ，在t ?时间内通过面积S 的热量Q ?满足下述表达式： h )T T (S t Q 21-??λ=?? ( 1 ) 式中t Q ??为热流量，λ即为该物质的热导率（又称作导热系数）， λ 在数值上等于 相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是1 1 K m W --?? 。本实验仪器如图1所示： 在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待测样品B （圆盘形的不良导体），再把带发热
3 器的圆铝盘A 放在B 上，发热器通电后，热量从 A 盘传到B 盘，再传到P 盘，由于P ,A 盘都是良 导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度1 T 、2 T ，1 T 、2 T 分别由插入P ,A 盘边缘小孔 铂电阻温度传感器E 来测量。通过变换温度传感器插入位置，即可改变铂电阻温度传感器的测量目标。由式（1）可以知道，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为： 2B B 21R h )T T (t Q ?π?-?λ=?? ( 2 ) 式中B R 为样品的半径，B h 为样品的厚度，当热 传导达到稳定状态时，1 T 和2 T 的值不变，于是通 过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P 在稳定 温度2 T 时的散热速率来求出热流量t Q ?? 。实验中，在读得稳态时的1 T 和2 T 后，即可将B 盘移去， 而使发热铝盘A 的底面与散热铜盘P 直接接触。当盘P 的温度上升到高于稳态时的2 T 值若干摄 氏度后，再将发热铝盘A 移开，让散热铜盘P 自
以下是傲川科技热设计实验室提供的热设计常用的金属导热系数与常用材料导热系数：空气导热系数：干空气90°C为0.03126，100°C为0.03207，单位为W/(m.K) 金属导热系数表（W/mK) 热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表： 银429 铜401 金317 铝237 镍90 铁80 锡67 铅34.8 不锈钢：15-18 （不同合金成份不同） 高导热物质的导热系数！ material conductivity K (W/m.K) diamond 钻石2300 silver 银429 cooper 铜401 gold 金317 aluminum 铝237 常用材料导热系数 PVC0.14~0.15 PP0.21~0.26 PE0.42 有机玻璃0.14~0.20 泡沫0.045 木材(横) 0.14~0.17 (纵) 0.38 散珍珠岩0.042~0.08 水泥珍珠岩0.07~0.09 石棉0.15 混凝土 1.28 85%MgO0.07 玻璃0.52~1.01 水垢 1.3~3.1
搪瓷0.87~1.16 耐火砖 1.06 普通砖0.7~0.8 亚麻布50 0.09 落叶松木0 0.13 木屑50 0.05 普通松木45 0.08～0.11 海砂20 0.03 杨木100 0.1 研碎软木20 0.04 胶合板0 0.125 压缩软木20 0.07 纤维素0 0.46 聚苯乙烯100 0.08 丝20 0.04～0.05 硫化橡胶50 0.22～0.29 炉渣50 0.84 镍铝锰合金0 32.7 硬质胶25 0.18 青铜30 32～153 白桦木30 0.15 殷钢30 11 橡木20 0.17 康铜30 20.9 松0 0.095 黄铜20 70～183 柏木20 0.1 镍铬合金20 12.3～171 普通冕玻璃20 1 石棉0 0.16～0.37 石英玻璃4 1.46 纸12 0.06～0.13 燧石玻璃32 0.795 皮棉4.1 0.03 重燧石玻璃12.5 0.78 矿渣棉0 0.05～0.14 精制玻璃12 0.9 毡0.04 汽油12 0.11 蜡0.04 士林12 0.184 纸板0.14 “天然气”油12 0.14
