專利名稱：一種利用穩(wěn)態(tài)對比測量不良導體導熱系數(shù)的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量導熱系數(shù)的方法，尤其是涉及一種利用穩(wěn)態(tài)對比測量不良導體導熱系數(shù)的方法。
背景技術：
不良導體材料是生產(chǎn)生活中應用廣泛的保溫隔熱材料，而導熱系數(shù)是表征不良導體導熱性能的特征物理量，工業(yè)上普遍采用穩(wěn)態(tài)法測量不良導體的導熱系數(shù)。在大學物理實驗中，通常開設“閃光法測量不良導體導熱系數(shù)”以及“用穩(wěn)態(tài)法測量不良導體導熱系”兩實驗。以穩(wěn)態(tài)法的實驗裝置為基礎，利用對比法，即將待測樣品和標準樣品在同樣的環(huán)境下進行測量，在保證散熱盤散熱溫度相同因而散熱過程相同的條件下，當達到熱平衡時，讀取加熱盤及散熱盤的電動勢，直接根據(jù)傅里葉導熱方程，及標準樣品的導熱系數(shù)，而獲得待測樣品導熱系數(shù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種結構可靠、重復性好的利用穩(wěn)態(tài)對比測量不良導體導熱系數(shù)的方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)
一種利用穩(wěn)態(tài)對比測量不良導體導熱系數(shù)的方法，以穩(wěn)態(tài)法的實驗裝置為基礎， 通過調(diào)節(jié)加熱源的電壓保證待測樣品及標樣的散熱盤的散熱溫度(電壓)相同，記下加熱盤和散熱盤的溫度(電壓)，根據(jù)傅里葉導熱方程，以及標準樣品的導熱系數(shù)直接獲得待測樣品的導熱系數(shù)。
該方法首先測量不良導體標準樣品的導熱系數(shù)，然后再將待測樣品的形狀、大小和厚度制成與不良導體標準樣品相同，然后檢測導熱穩(wěn)定時待測樣品兩側的溫度，結合不良導體標準樣品的導熱系數(shù)得到該待測樣品的導熱系數(shù)。
測量不良導體標準樣品的導熱系數(shù)時，將樣品置于加熱盤與散熱盤之間，打開電燈作為恒定熱源，達到熱平衡時，利用傅里葉導熱方程檢測得到導熱系數(shù)，傅里葉導熱方程為
^ = ^ ^ZLΔ h
式中λ為不良導體標準樣品的導熱系數(shù)，S為不良導體標準樣品截面積，h為厚度，T1與T2分別為導熱穩(wěn)定時不良導體標準樣品兩表面的溫度，AQ為在時間At內(nèi)流過不良導體標準樣品的熱量。
所述的待測樣品的導熱系數(shù)為
1Xb ~12b
式中λΒ為不良導體標準樣品的導熱系數(shù)，1^與Ta分別為導熱穩(wěn)定時不良導體標準樣品兩表面的溫度，λ Μ為待測樣品的導熱系數(shù)，Tim與Tai分別為導熱穩(wěn)定時待測樣品兩表面的溫度。
測試系統(tǒng)采用康銅熱電偶時，待測樣品的導熱系數(shù)為
uIb 一 uIb
式中λΒ為不良導體標準樣品的導熱系數(shù)，U^3與Ua與分別為導熱穩(wěn)定時不良導體標準樣品兩表面的溫度電動勢，λ Μ為待測樣品的導熱系數(shù)，Uim與U2m分別為導熱穩(wěn)定時待測樣品兩表面的溫度電動勢。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明避免了傳統(tǒng)方法因散熱盤散熱過程的理論處理及數(shù)據(jù)讀取引入的誤差，方法簡單，重復性好，易于推廣使用。


圖1為本發(fā)明采用的測量裝置的結構示意圖。
圖中，1為隔熱圓筒、2為散熱圓銅盤、3為熱電偶測溫器、4為電燈熱源、5為三角支^K O具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
實施例1
導熱系數(shù)的測量及結果
測量所用樣品的參數(shù)如下表
玻璃橡膠樣品直徑(mn)130. 14130. 14厚度(mm)8. 008. 00
測量裝置的結構如圖1所示，包括隔熱圓筒1、散熱圓銅盤2、熱電偶測溫器3、電燈熱源4、三角支架5，散熱圓銅盤2設在隔熱圓筒1內(nèi)，散熱圓銅盤2上可以放置待檢測的樣品，熱電偶測溫器3有兩個，分別設在樣品的上部及下部，電燈熱源4設置在隔熱圓筒1的上部，用于加熱樣品，三角支架5設在最底部，用于支撐隔熱圓筒1.
測量時將樣品置于加熱盤與散熱圓銅盤2之間，打開電燈熱源4，保持電燈熱源4 的功率不變，電燈熱源4就是一個恒定熱源。當系統(tǒng)達熱平衡時，熱電偶測溫器3的電動勢值為恒定值，記下Uib，^b且Uib > U2bo測量結束將標樣M換上，控制電燈功率大小使其在熱平衡時U2M = U2bo記下Uim和U2mo多次測量結果如下表室溫均為21°C。
橡膠
NU1 (mv)U2 (mv)T(維持時間)
權利要求
1.一種利用穩(wěn)態(tài)對比測量不良導體導熱系數(shù)的方法，其特征在于，該方法首先測量不良導體標準樣品的導熱系數(shù)，然后再將待測樣品的形狀、大小和厚度制成與不良導體標準樣品相同，然后檢測導熱穩(wěn)定時待測樣品兩側的溫度，結合不良導體標準樣品的導熱系數(shù)得到該待測樣品的導熱系數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種利用穩(wěn)態(tài)對比測量不良導體導熱系數(shù)的方法，其特征在于，測量不良導體標準樣品的導熱系數(shù)時，將樣品置于加熱盤與散熱盤之間，打開電燈作為恒定熱源，達到熱平衡時，利用傅里葉導熱方程檢測得到導熱系數(shù)，傅里葉導熱方程為At h式中λ為不良導體標準樣品的導熱系數(shù)，S為不良導體標準樣品截面積，h為厚度，T1 與T2分別為導熱穩(wěn)定時不良導體標準樣品兩表面的溫度，AQ為在時間At內(nèi)流過不良導體標準樣品的熱量。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種利用穩(wěn)態(tài)對比測量不良導體導熱系數(shù)的方法，其特征在于，所述的待測樣品的導熱系數(shù)為T -T0 _ 1IM 1IM ι式中λΒ為不良導體標準樣品的導熱系數(shù)，Tlb與Ta分別為導熱穩(wěn)定時不良導體標準樣品兩表面的溫度，λ Μ為待測樣品的導熱系數(shù)，Tim與Tai分別為導熱穩(wěn)定時待測樣品兩表面的溫度。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種利用穩(wěn)態(tài)對比測量不良導體導熱系數(shù)的方法，其特征在于，測試系統(tǒng)采用康銅熱電偶時，待測樣品的導熱系數(shù)為；-U\M — U2M ；式中λ Β為不良導體標準樣品的導熱系數(shù)，Ulb與Ua與分別為導熱穩(wěn)定時不良導體標準樣品兩表面的溫度電動勢，λ Μ為待測樣品的導熱系數(shù)，Uim與U2m分別為導熱穩(wěn)定時待測樣品兩表面的溫度電動勢。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用穩(wěn)態(tài)對比測量不良導體導熱系數(shù)的方法，首先測量不良導體標準樣品的導熱系數(shù)，然后再將待測樣品的形狀、大小和厚度制成與不良導體標準樣品相同，然后檢測導熱穩(wěn)定時待測樣品兩側的溫度，結合不良導體標準樣品的導熱系數(shù)得到該待測樣品的導熱系數(shù)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明避免了傳統(tǒng)方法因散熱盤散熱過程的理論處理及數(shù)據(jù)讀取引入的誤差，方法簡單，重復性好，易于推廣使用。
文檔編號G01N25/20GK102539472SQ20111045813
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權日2011年12月31日
發(fā)明者喬衛(wèi)平, 單寶蓉, 孫存英, 金一帆 申請人:上海交通大學