、概述

材料的熱導(dǎo)率是研究材料物理性能的個(gè)重要參數(shù)指標(biāo)，在航空、原子能、建筑材料，非金屬材料等工業(yè)部門都要求對(duì)有關(guān)材料的熱導(dǎo)率，進(jìn)行預(yù)測(cè)或?qū)嶋H測(cè)定。其測(cè)試方法分為穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)測(cè)試法，該儀器基于法的原理，主要用于測(cè)試流體液相物質(zhì)或氣體的導(dǎo)熱系數(shù)以及傳熱性能的研究。由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成測(cè)試工作，并對(duì)各狀態(tài)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化顯示。亦可人工完成測(cè)試，滿足了氣體和飽和液相物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的高精度測(cè)試要求。為研究新型燃料的熱物性數(shù)據(jù)提供了種有效快捷的方法。

二、儀器的主要技術(shù)性能

主要測(cè)試流體，飽和液相物質(zhì)，氣體除稀薄氣體的導(dǎo)溫，導(dǎo)熱等熱物性參數(shù)。用于這些新型原料在室溫-300度范圍導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)溫系數(shù)，傳熱性能研究。低溫狀態(tài)可定制特殊裝置完成。

1、導(dǎo)熱系數(shù)范圍：大于0。2w/m·k

2、儀器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)溫，精度優(yōu)于0.2級(jí)。

3、測(cè)量結(jié)果，準(zhǔn)確度 ±2%，重復(fù)性：±2%

4、計(jì)量加熱功率可調(diào)節(jié)±1%。

6、試樣容積：100ml .

7、可連接計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)測(cè)試。

8、可以完成瞬態(tài)法測(cè)試，儀器對(duì)實(shí)驗(yàn)溫度實(shí)現(xiàn)可控狀態(tài)下的測(cè)試；并可達(dá)到zui高溫度300℃。低溫可達(dá)-100度。（定制裝置）

9、儀器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化及測(cè)溫程度優(yōu)于0.2級(jí)，室溫自動(dòng)電子補(bǔ)償，亦可采用外部冰點(diǎn)補(bǔ)償。

10、電源：220V/50HZ，采用高精度穩(wěn)壓電源。

11、可顯示實(shí)驗(yàn)參數(shù)、曲線，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)打印輸出。由計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。

12、儀器工作條件

①環(huán)境溫度               10°～35℃

②相對(duì)濕度               ≤80%RH

③室溫要求穩(wěn)定              日平均溫度波動(dòng)≤±1.5℃

三、儀器裝置

1、 實(shí)驗(yàn)原理

瞬態(tài)法作為測(cè)量流體導(dǎo)熱系數(shù)的zui準(zhǔn)確的方法,已經(jīng)被廣泛采用并得到*,它的測(cè)量原理是對(duì)在無限大的介質(zhì)中處于熱平衡的無限長線熱源施加脈沖熱流,線熱源的溫度隨即產(chǎn)生變化,根據(jù)溫升時(shí)間的變化關(guān)系,就可以得到介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù),基本工作方程為：

ΔTi(r0,t)= （q /4πλ）lnt+ （q /4πλ）ln (4a/ r2 C ) -----(1)

式中: λ和a分別為介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù); ΔTi為的理想溫升;q為單位長度線熱源的加熱量;t為加熱的時(shí)間;r0 為的半徑;C=1.718…為歐拉常數(shù).由式(1)可知,的理想溫升與加熱時(shí)間的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系,因此可以從線性回歸的斜率得到被測(cè)流體的導(dǎo)熱系數(shù),并且從截距可以得到流體的熱擴(kuò)散系數(shù),進(jìn)而可以得到其定壓比熱容.對(duì)于實(shí)驗(yàn)裝置的研制,應(yīng)盡可能接近于理想模型,但是對(duì)于不同的測(cè)量環(huán)境,仍然需要對(duì)實(shí)測(cè)溫升采取些必要的修正,使其接近于理想線熱源的溫升.通過系列溫度修正,即可使實(shí)測(cè)溫升滿足理想溫升.主要有的物理性質(zhì)、雙的直徑差等,本裝置實(shí)驗(yàn)溫度低于300度,因此不用考慮輻射的影響.試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀捎?jì)算機(jī)模擬完成，修正系數(shù)由軟件實(shí)現(xiàn). 瞬態(tài)法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括恒溫槽與溫度控制系統(tǒng)、溫度測(cè)量系統(tǒng)、導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)中所采用的恒溫槽的恒溫范圍為210～500K時(shí)，依據(jù)溫度區(qū)間分別采用無水乙醇和201甲基硅油作為恒溫介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)過程中，恒溫槽每30min的溫度波動(dòng)小于±5mK，足以滿足液體導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量的溫度要求。

2、 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及裝置

2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成

整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由恒溫槽與溫度控制測(cè)量系統(tǒng)、壓力測(cè)量系統(tǒng)、導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以及些配套的設(shè)備組成.若用低溫槽用酒精作為恒溫介質(zhì),恒溫范圍為,高溫槽的恒溫介質(zhì)為 甲基硅油,,溫度測(cè)量采用高精度儀表完成,鉑電阻溫度計(jì),壓力測(cè)量使用數(shù)字式石英壓力傳感器和差壓變送器,關(guān)于溫度測(cè)控系統(tǒng)和壓力測(cè)量系統(tǒng)的詳細(xì)說明].在導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量過程中,恒溫槽的溫度波動(dòng)度小于±10mK,壓力波動(dòng)度小于壓力傳感器的不確定度±0.7kPa,可以滿足測(cè)量需求.

2.2 導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置

本裝置采用雙法測(cè)量,分測(cè)量裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩部分組成,測(cè)量裝置,適用的壓力和溫度范圍分別為0.--30MPa和200--500K.該測(cè)量裝置除了電路部分,金屬部件全部采用不銹鋼1Cr18Ni9Ti,壓力腔體的密封均采用耐腐蝕的聚四氟乙烯,因此可以對(duì)絕大部分制冷劑和燃料類等物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究.系統(tǒng)中的測(cè)量本體中有兩個(gè)圓柱形腔體,直徑均為10mm,長度分別為170mm和70mm,腔體中各安裝根直徑為15 um的退火鉑絲,鉑絲的純度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))大于99%,長度分別為150mm和50mm左右,.鉑絲的上端點(diǎn)焊在根直徑為0.5mm的純金接線柱上,下端懸掛重物以保證鉑絲鉛垂在腔體的中線上,重物的質(zhì)量為1g, 相當(dāng)于鉑絲抗拉強(qiáng)度的30%.鉑絲的下端和下接線柱通過根柔軟的金絲點(diǎn)焊連接.兩根鉑絲均采用四線制電阻接線方法,即在鉑絲的兩端焊接單獨(dú)的電壓和電流測(cè)量引線,以消除阻值標(biāo)定過程中引線電阻的影響.

本裝置研制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),通過自行開發(fā)的虛擬儀器控制及測(cè)量軟件,用計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量的整個(gè)過程進(jìn)行控制.經(jīng)過反復(fù)比較選型,采用研華的高性能高增益數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,它擁有8個(gè)差分A/D輸入通道和1個(gè)D/A 輸出通道,當(dāng)輸入電壓增益為1000時(shí),采集頻率可達(dá)1kHz,這時(shí)的輸入量程為±5mV,測(cè)量精度為±0.08%,滿足本實(shí)驗(yàn)的需求.

2.3 裝置的檢定

為了檢驗(yàn)研制的測(cè)量系統(tǒng)的性能,本裝置選用甲苯作為液相導(dǎo)熱系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì).甲苯試劑規(guī)格為ABSOLV,標(biāo)稱純度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))大于99.9%,符合本實(shí)驗(yàn)的要求.沿等溫線測(cè)量了213----363K溫度區(qū)間的甲苯的飽和液相導(dǎo)熱系數(shù).本裝置所測(cè)的甲苯導(dǎo)熱系數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較,得到測(cè)量的平均偏差為0.37%,zui大偏差為0.73%.

四、操作步驟

（）對(duì)試樣的要求：

1、取樣應(yīng)從樣品混合物取。

2、取樣應(yīng)為飽和液相或飽和氣體

3、并同時(shí)取3～5次樣試驗(yàn)，組試樣必須是同配比原料組成，其容重差小于5%。

（二）、操作

1、完成以上工作后裝好試樣將電源打開，15分鐘后，按實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定好實(shí)驗(yàn)溫度，如設(shè)定到100℃，待溫度達(dá)到設(shè)定要求后，開始做實(shí)驗(yàn)。

2、所有溫度顯示均穩(wěn)定在設(shè)定溫度范圍±0.5℃時(shí)，將計(jì)算機(jī)開啟，進(jìn)入測(cè)試軟件界面。

3、按計(jì)算機(jī)提示輸入試驗(yàn)溫度，若滿足試驗(yàn)溫度條件，進(jìn)行下步輸入；容積。

4、此時(shí)計(jì)算機(jī)進(jìn)入模擬熱流模型狀態(tài)；當(dāng)計(jì)算機(jī)檢測(cè)到，滿足數(shù)學(xué)模型，進(jìn)入測(cè)試狀態(tài)，每隔定時(shí)間檢測(cè)出導(dǎo)熱系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)入導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)果輸出；計(jì)算出當(dāng)次的平均導(dǎo)熱系數(shù)。如聯(lián)接計(jì)算機(jī)則可以打印出試驗(yàn)報(bào)告。

5、試驗(yàn)結(jié)束，返回初始狀態(tài)，用相同試樣，做3～5次；zui后得出的結(jié)果為該試樣的導(dǎo)熱系數(shù)。

五、注意事項(xiàng)

1、該儀器是基于法的原理；并作了些數(shù)學(xué)模型的改進(jìn)，利用計(jì)算機(jī)模擬數(shù)學(xué)模型進(jìn)行測(cè)試。

2、利用該儀器提供的熱電偶信號(hào)輸入，可以模擬法的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行測(cè)試。利用下式進(jìn)行計(jì)算

          I2·R     tn(t2/t1)

    λ＝────·─────   ………………………………(1)

         4πL     θ2－θ1

           IV     ln(t2/t1)

    λ＝────·─────   ………………………………(2)

         4πL     θ2－θ1

式中：λ——導(dǎo)熱系數(shù)，W／（m·K）；

        I——加熱電流，A；

        V兩瑞電壓，V;

        R試驗(yàn)溫度下的電阻，Ω；

        L長度，m；

   t1、t2——加熱電流接通后測(cè)量的時(shí)間，min;

 θ1、θ2——在t1、t2時(shí)的對(duì)應(yīng)溫度，℃。

單位：M/m.k

結(jié)果：到小數(shù)點(diǎn)后三位有效數(shù)字。

3、該試驗(yàn)要求，制樣，以保證測(cè)試結(jié)果的性。

4、參照隨機(jī)所配樣本尺寸厚度制取試樣。

5、所配計(jì)算機(jī)為臺(tái)式機(jī)；與 儀器的接口線應(yīng)盡量短。

6、電源要求220V，由本機(jī)所帶高精度穩(wěn)壓電源提供，用戶外接電源，應(yīng)確?？煽啃院徒拥匦阅芰己?。

六、產(chǎn)品配套

1、測(cè)試主機(jī)                        臺(tái)

2、高精度穩(wěn)壓電源             臺(tái)

3、不銹鋼電爐                     臺(tái)

4、試樣夾套（已裝上）        套

5、計(jì)算機(jī)（帶打印機(jī)）         套（用戶要求自備或按合同配）

6、測(cè)試軟件                        套

7、標(biāo)樣                               件

8、說明書                          份

9、合格證                            份