CN103454306A - 一种导热系数测试仪的检测测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导热系数测试仪的检测测量方法，采用导热系数标准板和表面温度计进行测量，所述的测量方法包括误差的测量、温度均匀度的测量、线性误差的测量、重复性的测量以及工作面平面度的测量。通过上述方式，本发明导热系数测试仪的检测测量方法，通过导热系数标准板和表面温度计来精确测量导热系数测试仪的测量准确度，根据防护热面法导热系数测试仪的原理，提出检测导热系数仪的测量误差、温度均匀度、线性误差、重复性和工作面平面度5个性能关键指标，并提出相应性能参数的计算方法，从而来实现导热系数测试仪的校准。

Description

一种导热系数测试仪的检测测量方法

技术领域

本发明涉及导热系数测试仪的领域，特别是涉及一种导热系数测试仪的检测测量方法。 

背景技术

防护热面法导热系数测试仪是一种建筑行业日常都需要使用的，测量材料导热系数的常用仪器。仪器适用于测定干燥或不同含湿状况下匀质板状、胶状、液态状材料的导热系数。导热系数测试仪的计量性能好坏，直接影响到企业产品的导热系数试验数据的可靠性和准确性。目前，国内对导热系数测试仪的检测方面还没有可参照的计量测量方法，现在只能参考GB10294-2008《绝热材料稳态热阻及相关特性的测定 防护热面法》、DIN 52612-1-1979 《TESTING OF THERMAL INSULATING MATERIALS; DETERMINATION OF THERMAL CONDUCTIVITY BY THE GUARDED HOT PLATE APPARATUS; TEST PROCEDURE AND EVALUATION》两个相关技术标准进行，存在检测指标不一致，检测数据不够可靠等情况，难以满足企业用户的要求。

目前，国内外对导热系数测试仪的检测校准方面，还没有制定相应的技术规范，也没有可参照的标准，现在只能参照GB10294-2008《绝热材料稳态热阻及相关特性的测定 防护热面法》、DIN 52612-1-1979 《TESTING OF THERMAL INSULATING MATERIALS;DETERMINATION OF THERMAL CONDUCTIVITY BY THE GUARDED HOT PLATE APPARATUS; TEST PROCEDURE AND EVALUATION》两个相关技术标准来评定其计量性能，存在着检测方法不够科学，检测项目不一致，评判指标模糊，检测数据可靠性不高等问题，难以满足企事业单位的要求。

国内只有部分高校进行相关研究，还未有机构开展导热系数测试仪的校准，还在探索如何对该仪器进行准确校准，亟需可行可靠的检测测量方法来保证量值溯源的可靠。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种导热系数测试仪的检测测量方法，通过导热系数标准板和表面温度计来精确测量导热系数测试仪的测量准确度，根据防护热面法导热系数测试仪的原理，提出检测导热系数仪的测量误差、温度均匀度、线性误差、重复性和工作面平面度5个性能关键指标，并提出相应性能参数的计算方法，从而来实现导热系数测试仪的校准。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种导热系数测试仪的检测测量方法，采用导热系数标准板和表面温度计进行测量，所述的测量方法包括误差的测量、温度均匀度的测量、线性误差的测量、重复性的测量以及工作面平面度的测量，

误差的测量：将一个或多个导热系数标准板放入导热系数测试仪中，导热系数测试仪接入稳压电源，开启电源预热，同时采用5支表面温度计分别准确测量导热系数标准板的冷面和热面的表面温度，根据测量结果计算出导热系数标准板的平均温度和导热系数仪的示值误差；

温度均匀度的测量：采用5支表面温度计紧密贴附在导热系数测试仪的冷面和计量面的表面，测量出冷面和计量面的各个温度值，然后分别计算出冷面和计量面的温度均匀度；

线性误差的测量: 重新设置导热系数标准板的冷面和热面的温度，使其设定温差变为40℃而导热系数标准板平均温度保持不变，开始测量导热系数标准板的导热系数，待导热系数仪稳定30分钟过后，分别读取导热系数仪的冷面和计量板中心点处温度计的示值，10分钟后再分别读取一次示值，并记录导热系数仪的第一次平均导热系数测量值，然后计算线性误差；

重复性的测量：将导热系数标准板取出，然后重新放入导热系数测试仪中重复进行一次测量，记录导热系数仪的第二次平均导热系数测量值，然后计算重复性；

工作面平面度的测量：利用刀口尺和塞尺来测量导热系数测试仪的冷面和热面的工作面的平面度。

在本发明一个较佳实施例中，所述的导热系数标准板与导热系数测试仪测试腔规格相同。

在本发明一个较佳实施例中，所述的表面温度计为高精度薄片式表面温度计。

在本发明一个较佳实施例中，所述的温度计的测量端分别放置在冷面和热面的几何中心点和距导热系数标准板边缘30mm的四个点。

在本发明一个较佳实施例中，所述的导热系数标准板在测量前进行预处理，所述的预处理为将导热系数标准板在95℃±5℃的烘箱中烘干24小时。

在本发明一个较佳实施例中，所述的导热系数标准板的平均温度的计算公式为                                               

，

式中，T_m——导热系数标准板的平均温度，K；

  t_0Q——标准板冷面中心点测得温度值，℃；

  t_0P——标准板热面中心点测得温度值，℃；

 △t_0Q——放置于标准板冷面中心点表面温度计修正值，℃；

 △t_0P——放置于标准板热面中心点表面温度计修正值，℃。

在本发明一个较佳实施例中，所述的导热系数仪的示值误差的计算公式为

，                          

式中：δ——导热系数仪的示值误差，%；

  λ——导热系数仪测得的试件平均导热系数示值，W/(m·K)；

λ₀——参考标准得到的试件平均导热系数值，W/(m·K)。

在本发明一个较佳实施例中，所述的冷面和热面的温度均匀度的计算公式分别为t_uc= t_max- t_min和t_uh = t_max- t_min，

式中：t_uc——导热系数仪的冷面温度均匀度，℃；

t_uh——导热系数仪的计量面温度均匀度，℃；

 t_max——导热系数仪的冷面温度（或计量面温度）最大值，℃；

 t_min——导热系数仪的冷面温度（或计量面温度）最小值，℃。

在本发明一个较佳实施例中，所述的线性误差的公式为

，             

式中：δ_L——导热系数仪的线性误差，%；

  λ_T——导热系数仪改变温差后测得的平均导热系数示值，W/(m·K)；

λ_0T——导热系数标准板在改变温差后的导热系数值，W/(m·K)。

在本发明一个较佳实施例中，所述的重复性的计算公式为

，                               

式中：δ_S——导热系数仪的重复性，%；

  λ₁——导热系数仪第一次测得的平均导热系数示值，W/(m·K)；

λ₂——导热系数仪第二次测得的平均导热系数示值，W/(m·K)。

本发明的有益效果是：本发明的导热系数测试仪的检测测量方法，通过导热系数标准板和表面温度计来精确测量导热系数测试仪的测量准确度，根据防护热面法导热系数测试仪的原理，提出检测导热系数仪的测量误差、温度均匀度、线性误差、重复性和工作面平面度5个性能关键指标，并提出相应性能参数的计算方法，从而来实现导热系数测试仪的校准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明的导热系数测试仪的检测测量方法一较佳实施例的流程图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

导热系数测试仪的工作原理是在两端为平行平面的试件内建立一维稳态传热过程，测量通过试件的热流密度、两表面温差和厚度而得到试件平均导热系数。它通常由加热单元、冷却单元、防护部分、功率测量部分和电源控制部分组成，用于对样品材料的导热性能进行测量。导热系数测试仪根据基本结构可以分为双试件式导热系数测试仪和单试件式导热系数测试仪。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种导热系数测试仪的检测测量方法，采用导热系数标准板和表面温度计进行测量，所述的测量方法包括误差的测量、温度均匀度的测量、线性误差的测量、重复性的测量以及工作面平面度的测量。

误差的测量：将一个或多个导热系数标准板放入导热系数测试仪中，导热系数测试仪接入稳压电源，开启电源预热，同时采用5支表面温度计分别准确测量导热系数标准板的冷面和热面的表面温度，根据测量结果计算出导热系数标准板的平均温度和导热系数仪的示值误差；

温度均匀度的测量：采用5支表面温度计紧密贴附在导热系数测试仪的冷面和计量面的表面，测量出冷面和计量面的各个温度值，然后分别计算出冷面和计量面的温度均匀度；

线性误差的测量: 重新设置导热系数标准板的冷面和热面的温度，使其设定温差变为40℃而导热系数标准板平均温度保持不变，开始测量导热系数标准板的导热系数，待导热系数仪稳定30分钟过后，分别读取导热系数仪的冷面和计量板中心点处温度计的示值，10分钟后再分别读取一次示值，并记录导热系数仪的第一次平均导热系数测量值，然后计算线性误差；

重复性的测量：将导热系数标准板取出，然后重新放入导热系数测试仪中重复进行一次测量，记录导热系数仪的第二次平均导热系数测量值，然后计算重复性；

工作面平面度的测量：利用刀口尺和塞尺来测量导热系数测试仪的冷面和热面的工作面的平面度。

上述中，所述的导热系数标准板与导热系数测试仪测试腔规格相同；所述的表面温度计为高精度薄片式表面温度计。其中，所述的温度计的测量端分别放置在冷面和热面的几何中心点和距导热系数标准板边缘30mm的四个点。

本发明中，所述的导热系数标准板在测量前进行预处理，所述的预处理为将导热系数标准板在95℃±5℃的烘箱中烘干24小时。

导热系数测试仪是一种基于傅立叶导热定律而进行材料导热系数测量的仪器，在导热过程中，单位时间内通过给定截面的热量Q，与该截面的面积A和垂直于该截面方向的温度梯度dT/dh成正比，在一维稳态导热时，其数学表达为 

 ，式中，

为被测材料的导热系数，

；Q为通过被测材料给定截面的热量，W；h为垂直于被测材料截面的高度，m；A为被测材料给定截面面积，m²；、

分别为被测材料试样高温、低温传热面的平均温度，℃。

上述公式成立有3个前提条件：（1）被测材料具有各向同性或垂直导热截面上有相同的热物性；（2）传热是一维传热，侧面没有热传递或热损失；（3）温差是被测材料两个传热面上温度的差值。但是，在实际中测量由于仪器设备和测量手段的约束，往往无法理想的满足这3个条件，只能使之产生的影响最小化。例如使被测材料材质尽量均匀，在侧面增加绝热板，减小侧面热损失，在尽量靠近热板表面处埋设温度传感器，减小接触热阻等。

通过测量原理可知，防护热板法测量导热系数的难题在于相关参量的准确获得，由于导热系数是标志一个传热过程的热物性参数，因此导热系数不可能直接通过静态对比而得到。

一、预处理：

将导热系数标准板预热至要测试的平均温度，在一定工作压力下用游标卡尺测量标准板的厚度d，得到不同温度和压力下的标准板的厚度数据表。

校准前先将导热系数标准板在95℃±5℃的烘箱中烘干24小时，烘干取出后放置在密封防潮袋中。

二、示值误差：

导热系数仪接入稳压电源，开启电源预热。根据导热系数仪的结构，将相应数量的导热系数标准板分别放入导热系数仪的测试腔中，分别将采用5支表面温度计分别准确测量导热系数标准板的冷面和热面的表面温度，温度计的测量端分别放置在冷板和热板的几何中心点和距标准板边缘30mm的四个点。

启动相关测量软件，输入标准板的厚度d等参数，设置冷板和热板的温度，使其温差为20℃，试件平均温度为298K，开始进行测量。待该仪器稳定30分钟过后，分别读取精密温度计上的示值，10分钟后再读取一次示值，并计算两次读数的平均值： t_0A，t_0B，…，t_0H，t_0Q。测量结束后，读取导热系数仪的试件平均导热系数测量值λ。

待测量结束后，等仪器恢复到常温下，取出导热系数标准板，关闭电源。

导热系数标准板的平均温度按下式计算：

                   

式中，T_m——导热系数标准板的平均温度，K；

  t_0Q——标准板冷面中心点测得温度值，℃；

  t_0P——标准板热面中心点测得温度值，℃；

 △t_0Q——放置于标准板冷面中心点表面温度计修正值，℃；

 △t_0P——放置于标准板热面中心点表面温度计修正值，℃。

根据导热系数标准板证书上的导热系数计算公式，可以得到标准导热系数值λ₀。如果是双试件导热系数仪，则标准导热系数值λ₀为两块标准板得到的标准导热系数值的平均值。

导热系数仪的示值误差用以下公式计算：

 

 ，

式中：δ——导热系数仪的示值误差，%；

  λ——导热系数仪测得的试件平均导热系数示值，W/(m·K)；

λ₀——参考标准得到的试件平均导热系数值，W/(m·K)。

三、温度均匀度：

温度均匀度在基本误差校准时一起校准。根据冷面温度的各温度计读数平均值t_0A，…，t_0D，t_0P和计量面温度的各温度计读数平均值t_0E，…，t_0H，t_0Q，用以下公式分别计算冷面和计量面板温度均匀度 ：   

 t_uc= t_max- t_min

 t_uh = t_max- t_min               

式中：t_uc——导热系数仪的冷面温度均匀度，℃；

t_uh——导热系数仪的计量面温度均匀度，℃；

 t_max——导热系数仪的冷面温度（或计量面温度）最大值，℃；

 t_min——导热系数仪的冷面温度（或计量面温度）最小值，℃。

四、线性误差：

重新设置导热系数仪的冷板和热板温度，使其设定温差变为40℃而试件平均温度保持不变，开始测量标准板的导热系数值。待该仪器稳定30分钟过后，分别读取冷板和计量板中心点处温度计的示值，10分钟后再分别读取一次示值，计算两次读数的温度平均值t_0P、t_0Q，并记录导热系数仪的平均导热系数测量值λ_T。按照以下公式计算线性误差：

                     

式中：δ_L——导热系数仪的线性误差，%；

  λ_T——导热系数仪改变温差后测得的平均导热系数示值，W/(m·K)；

λ_0T——导热系数标准板在改变温差后的导热系数值，W/(m·K)。

五、重复性：

将导热系数标准板取出，然后重新放入导热系数测试仪中重复进行一次测量，记录导热系数仪的第二次平均导热系数测量值，然后计算重复性。重复性按下式计算：

，                               

式中：δ_S——导热系数仪的重复性，%；

  λ₁——导热系数仪第一次测得的平均导热系数示值，W/(m·K)；

λ₂——导热系数仪第二次测得的平均导热系数示值，W/(m·K)。

六、工作面平面度：

利用刀口尺和塞尺来测量导热系数测试仪的冷面和热面的工作面的平面度。

本发明主要的优点就是提出了一种综合评价防护热板法导热系数测试仪的检测测量方法，也是一种检测校准方法，该方法操作简便，检测成本低，准确度高，评价指标全面：

a、根据传热学原理，利用导热系数标准板和高精度薄片式表面温度计，不破坏导热系数测试仪温场，与导热系数测试仪工作状态保持完全一致；

b、利用导热系数标准板和高精度薄片式表面温度计，设备购置成本低，测量准确度高，导热系数测量准确性可达到3%；

c、检测校准参数较完整，可综合的评价导热系数测试仪的整体性能。

本发明揭示的导热系数测试仪的检测测量方法，通过导热系数标准板和表面温度计来精确测量导热系数测试仪的测量准确度，根据防护热面法导热系数测试仪的原理，提出检测导热系数仪的测量误差、温度均匀度、线性误差、重复性和工作面平面度5个性能关键指标，并提出相应性能参数的计算方法，从而来实现导热系数测试仪的校准。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种导热系数测试仪的检测测量方法，其特征在于，采用导热系数标准板和表面温度计进行测量，所述的测量方法包括误差的测量、温度均匀度的测量、线性误差的测量、重复性的测量以及工作面平面度的测量，

误差的测量：将一个或多个导热系数标准板放入导热系数测试仪中，导热系数测试仪接入稳压电源，开启电源预热，同时采用5支表面温度计分别准确测量导热系数标准板的冷面和热面的表面温度，根据测量结果计算出导热系数标准板的平均温度和导热系数仪的示值误差；

温度均匀度的测量：采用5支表面温度计紧密贴附在导热系数测试仪的冷面和计量面的表面，测量出冷面和计量面的各个温度值，然后分别计算出冷面和计量面的温度均匀度；

线性误差的测量: 重新设置导热系数标准板的冷面和热面的温度，使其设定温差变为40℃而导热系数标准板平均温度保持不变，开始测量导热系数标准板的导热系数，待导热系数仪稳定30分钟过后，分别读取导热系数仪的冷面和计量板中心点处温度计的示值，10分钟后再分别读取一次示值，并记录导热系数仪的第一次平均导热系数测量值，然后计算线性误差；

重复性的测量：将导热系数标准板取出，然后重新放入导热系数测试仪中重复进行一次测量，记录导热系数仪的第二次平均导热系数测量值，然后计算重复性；

工作面平面度的测量：利用刀口尺和塞尺来测量导热系数测试仪的冷面和热面的工作面的平面度。

2.根据权利要求1所述的导热系数测试仪的检测测量方法，其特征在于，所述的导热系数标准板与导热系数测试仪测试腔规格相同。

3.根据权利要求1所述的导热系数测试仪的检测测量方法，其特征在于，所述的表面温度计为高精度薄片式表面温度计。

4.根据权利要求1所述的导热系数测试仪的检测测量方法，其特征在于，所述的温度计的测量端分别放置在冷面和热面的几何中心点和距导热系数标准板边缘30mm的四个点。

5.根据权利要求1所述的导热系数测试仪的检测测量方法，其特征在于，所述的导热系数标准板在测量前进行预处理，所述的预处理为将导热系数标准板在95℃±5℃的烘箱中烘干24小时。

6.根据权利要求1所述的导热系数测试仪的检测测量方法，其特征在于，所述的导热系数标准板的平均温度的计算公式为                                               ，

式中，T_m——导热系数标准板的平均温度，K；

  t_0Q——标准板冷面中心点测得温度值，℃；

  t_0P——标准板热面中心点测得温度值，℃；

 △t_0Q——放置于标准板冷面中心点表面温度计修正值，℃；

 △t_0P——放置于标准板热面中心点表面温度计修正值，℃。

7.根据权利要求1所述的导热系数测试仪的检测测量方法，其特征在于，所述的导热系数仪的示值误差的计算公式为

，                          

式中：δ——导热系数仪的示值误差，%；

  λ——导热系数仪测得的试件平均导热系数示值，W/(m·K)；

λ₀——参考标准得到的试件平均导热系数值，W/(m·K)。

8.根据权利要求1所述的导热系数测试仪的检测测量方法，其特征在于，所述的冷面和热面的温度均匀度的计算公式分别为t_uc= t_max- t_min和t_uh = t_max- t_min，

式中：t_uc——导热系数仪的冷面温度均匀度，℃；

t_uh——导热系数仪的计量面温度均匀度，℃；

 t_max——导热系数仪的冷面温度（或计量面温度）最大值，℃；

 t_min——导热系数仪的冷面温度（或计量面温度）最小值，℃。

9.根据权利要求1所述的导热系数测试仪的检测测量方法，其特征在于，所述的线性误差的公式为

，             

式中：δ_L——导热系数仪的线性误差，%；

  λ_T——导热系数仪改变温差后测得的平均导热系数示值，W/(m·K)；

λ_0T——导热系数标准板在改变温差后的导热系数值，W/(m·K)。

10.根据权利要求1所述的导热系数测试仪的检测测量方法，其特征在于，所述的重复性的计算公式为

，                               

式中：δ_S——导热系数仪的重复性，%；

  λ₁——导热系数仪第一次测得的平均导热系数示值，W/(m·K)；

λ₂——导热系数仪第二次测得的平均导热系数示值，W/(m·K)。