CN102539472A

CN102539472A - 一种利用稳态对比测量不良导体导热系数的方法

Info

Publication number: CN102539472A
Application number: CN2011104581378A
Authority: CN
Inventors: 单宝蓉; 金一帆; 孙存英; 乔卫平
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明涉及一种利用稳态对比测量不良导体导热系数的方法，首先测量不良导体标准样品的导热系数，然后再将待测样品的形状、大小和厚度制成与不良导体标准样品相同，然后检测导热稳定时待测样品两侧的温度，结合不良导体标准样品的导热系数得到该待测样品的导热系数。与现有技术相比，本发明避免了传统方法因散热盘散热过程的理论处理及数据读取引入的误差，方法简单，重复性好，易于推广使用。

Description

一种利用稳态对比测量不良导体导热系数的方法

技术领域

本发明涉及一种测量导热系数的方法，尤其是涉及一种利用稳态对比测量不良导体导热系数的方法。

背景技术

不良导体材料是生产生活中应用广泛的保温隔热材料，而导热系数是表征不良导体导热性能的特征物理量，工业上普遍采用稳态法测量不良导体的导热系数。在大学物理实验中，通常开设“闪光法测量不良导体导热系数”以及“用稳态法测量不良导体导热系”两实验。以稳态法的实验装置为基础，利用对比法，即将待测样品和标准样品在同样的环境下进行测量，在保证散热盘散热温度相同因而散热过程相同的条件下，当达到热平衡时，读取加热盘及散热盘的电动势，直接根据傅里叶导热方程，及标准样品的导热系数，而获得待测样品导热系数。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构可靠、重复性好的利用稳态对比测量不良导体导热系数的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种利用稳态对比测量不良导体导热系数的方法，以稳态法的实验装置为基础，通过调节加热源的电压保证待测样品及标样的散热盘的散热温度(电压)相同，记下加热盘和散热盘的温度(电压)，根据傅里叶导热方程，以及标准样品的导热系数直接获得待测样品的导热系数。

该方法首先测量不良导体标准样品的导热系数，然后再将待测样品的形状、大小和厚度制成与不良导体标准样品相同，然后检测导热稳定时待测样品两侧的温度，结合不良导体标准样品的导热系数得到该待测样品的导热系数。

测量不良导体标准样品的导热系数时，将样品置于加热盘与散热盘之间，打开电灯作为恒定热源，达到热平衡时，利用傅里叶导热方程检测得到导热系数，傅里叶导热方程为：

\frac{ΔQ}{Δt} = λS \frac{T_{1} - T_{2}}{h}

式中λ为不良导体标准样品的导热系数，S为不良导体标准样品截面积，h为厚度，T₁与T₂分别为导热稳定时不良导体标准样品两表面的温度，ΔQ为在时间Δt内流过不良导体标准样品的热量。

所述的待测样品的导热系数为：

λ_{B} = \frac{T_{1 M} - T_{2 M}}{T_{1 b} - T_{2 b}} λ_{M}

式中λ_B为不良导体标准样品的导热系数，T_1b与T_2b分别为导热稳定时不良导体标准样品两表面的温度，λ_M为待测样品的导热系数，T_1M与T_2M分别为导热稳定时待测样品两表面的温度。

测试系统采用康铜热电偶时，待测样品的导热系数为：

λ_{B} = \frac{U_{1 M} - U_{2 M}}{U_{1 b} - U_{2 b}} λ_{M}

式中λ_B为不良导体标准样品的导热系数，U_1b与U_2b与分别为导热稳定时不良导体标准样品两表面的温度电动势，λ_M为待测样品的导热系数，U_1M与U_2M分别为导热稳定时待测样品两表面的温度电动势。

与现有技术相比，本发明避免了传统方法因散热盘散热过程的理论处理及数据读取引入的误差，方法简单，重复性好，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明采用的测量装置的结构示意图。

图中，1为隔热圆筒、2为散热圆铜盘、3为热电偶测温器、4为电灯热源、5为三角支架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

导热系数的测量及结果：

测量所用样品的参数如下表：

	玻璃	橡胶
			样品直径(mm)	130.14	130.14
厚度(mm)	8.00	8.00

测量装置的结构如图1所示，包括隔热圆筒1、散热圆铜盘2、热电偶测温器3、电灯热源4、三角支架5，散热圆铜盘2设在隔热圆筒1内，散热圆铜盘2上可以放置待检测的样品，热电偶测温器3有两个，分别设在样品的上部及下部，电灯热源4设置在隔热圆筒1的上部，用于加热样品，三角支架5设在最底部，用于支撑隔热圆筒1.

测量时将样品置于加热盘与散热圆铜盘2之间，打开电灯热源4，保持电灯热源4的功率不变，电灯热源4就是一个恒定热源。当系统达热平衡时，热电偶测温器3的电动势值为恒定值，记下U_1B，U_2B且U_1B＞U_2B。测量结束将标样M换上，控制电灯功率大小使其在热平衡时U_2M＝U_2B。记下U_1M和U_2M。多次测量结果如下表：室温均为21℃。

橡胶

N	U₁(mv)	U₂(mv)	T(维持时间)
				1	2.03	1.66	10分钟
2	2.05	1.69	8分钟
				3	2.10	1.73	8分钟
4	2.05	1.69	10分钟
				5	2.12	1.74	10分钟

玻璃

N	U₁(mv)	U₂(mv)	T(维持时间)
				1	1.80	1.69	7分钟
2	1.90	1.78	6分钟
				3	1.80	1.69	10分钟

两材料的数据中均有U₂＝U_2′＝1.69(mv)，且当橡胶处于U₂＝1.69mv时U₁均为2.05mv，玻璃U₂＝1.69时，U₁也均为1.80mv，可见实验重复性好。将实验数据代入公式(2)，则橡胶对于玻璃的导热系数之比为：

λ_{B} = \frac{1.8 - 1.69}{2.05 - 1.69} λ_{M} = 0.30 λ_{M}

代入玻璃的导热系数0.76W/(m℃)，即可求得橡胶的导热系数0.23W/(m℃)。该值在0.15～0.27W/(m℃)参考值范围内。

在实验时，由于环境温度其实在缓慢增加，所以示数维持5分钟以上看作系统处于热平衡。本实验的计算过程简单并可以不处理散热的具体问题。方法简单，结果可靠，重复性好，可以推广使用。

实施例2

利用稳态对比测量不良导体导热系数的方法，以稳态法的实验装置为基础，通过调节加热源的电压保证待测样品及标样的散热盘的散热温度(电压)相同，记下加热盘和散热盘的温度(电压)，根据傅里叶导热方程，以及标准样品的导热系数直接获得待测样品的导热系数。

\frac{ΔQ}{Δt} = λS \frac{T_{1} - T_{2}}{h}

待测样品的导热系数为：

λ_{B} = \frac{T_{1 M} - T_{2 M}}{T_{1 b} - T_{2 b}} λ_{M}

Claims

1.一种利用稳态对比测量不良导体导热系数的方法，其特征在于，该方法首先测量不良导体标准样品的导热系数，然后再将待测样品的形状、大小和厚度制成与不良导体标准样品相同，然后检测导热稳定时待测样品两侧的温度，结合不良导体标准样品的导热系数得到该待测样品的导热系数。

2.根据权利要求1所述的一种利用稳态对比测量不良导体导热系数的方法，其特征在于，测量不良导体标准样品的导热系数时，将样品置于加热盘与散热盘之间，打开电灯作为恒定热源，达到热平衡时，利用傅里叶导热方程检测得到导热系数，傅里叶导热方程为：

\frac{ΔQ}{Δt} = λS \frac{T_{1} - T_{2}}{h}

3.根据权利要求1所述的一种利用稳态对比测量不良导体导热系数的方法，其特征在于，所述的待测样品的导热系数为：

λ_{B} = \frac{T_{1 M} - T_{2 M}}{T_{1 b} - T_{2 b}} λ_{M}

4.根据权利要求1所述的一种利用稳态对比测量不良导体导热系数的方法，其特征在于，测试系统采用康铜热电偶时，待测样品的导热系数为：

λ_{B} = \frac{U_{1 M} - U_{2 M}}{U_{1 b} - U_{2 b}} λ_{M}