CN218896062U - 一种绝缘材料导热系数测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种绝缘材料导热系数测量装置。本实用新型通过将热电偶的参考端设置于待测材料参考盒中，与热电偶测温端在待测材料测试盒中位置一致，从而保证测温端与参考端在外界环境温度扰动时所受影响相同。当测量材料在高温或低温环境下的导热系数时，因为环境温度的控制不可能完全稳定不变，当环境温度扰动时，热电偶参考端和测量端处于同样的传热边界条件下，所受的影响将是同步的；且可以使得热线加热时，热电偶的参考端温度不受热线加热的影响，从而保证热电偶测得的热电势是由待测材料测试盒中材料温度上升导致的。
Description
技术领域
本实用新型属于测量仪器设备技术领域，具体的是涉及一种绝缘材料导热系数测量的装置及方法。
背景技术
导热系数是衡量材料热物理性质的重要参数，也是热工计算与各种工业炉设计所需的重要性能指标之一。测量导热系数的方法较多，针对不同的材料，不同的应用目的，材料的导热系数范围、制备试样的样品几何形状、测试条件(温度、气氛等)、数据所需的精确度、测量周期及所需费用等一系列因素的影响。热线法是目前使用较为广范的一种试验方法。
现有技术中热线法主要是在两个试样之间平行插入线性热导体和热电偶，对热线进行局部加热，通过测量离热线一定距离出的温度升高来确定热导率。现有技术中热电偶的两端分别位于两试样中间某点以及试样外部的某点，通过测量热电偶两端之间的热电势，从而获得两端的温度差，然后计算获得材料的导热系数。而该方法中热电偶的两端均受到热线的影响，因为受环境温度扰动影响比较大，导致了测试结果的准确性与精度下降。
实用新型内容
本实用新型解决的目的是提供一种测试数据准确且精度高的绝缘材料导热系数测量装置，操作方便且准确。
本实用新型的目的可采用如下技术方案来实现：一种绝缘材料导热系数测试装置，其特征在于：包括待测材料测试盒，待测材料参考盒，热电偶，热线；所述测试盒和参考盒都是由上下两片待测材料平行放置于保温外壳中；所述热电偶的参考端放置于参考盒中，所述热电偶的测温端放置于测试盒中，参考端在参考盒中的位置与测温端在测试盒中的位置一致，所述热线位于测试盒中上下两片待测材料的中心线，且热电偶与热线平行。
进一步，热电偶与热线之间的距离为10～15mm，从而可以保证热电偶温度的测温端温度的升高比较平稳，且保证其温度的升高是由待测材料的传热所致。
进一步，所述保温外壳外覆盖一层隔热材料。所述保温外壳和隔热材料，可以减小测量过程中环境温度扰动的影响。
进一步，所述热线为温度系数小的电阻丝，所述热线由恒流源提供恒定的加热功率。
进一步，所述热电偶的参考端位于参考盒中两片待测材料的正中间位置；所述热电偶的测温端位于测试盒中两片待测材料的正中间位置；从而保证热电偶的两端不受外界环境的影响，更趋向于理想化的状态。
本实用新型所提供的技术方案与现有技术方案相比，能够获得以下有益效果：
1)通过待测材料参考盒的设置，将热电偶的参考端设置于待测材料参考盒中，与热电偶测温端在待测材料测试盒中位置一致，从而保证测温端与参考端在外界环境温度扰动时所受影响相同。当测量材料在高温或低温环境下的导热系数时，因为环境温度的控制不可能完全稳定不变，当环境温度扰动时，热电偶参考端和测量端处于同样的传热边界条件下，所受的影响将是同步的。
2)待测材料参考盒的设置，可以使得热线加热时，热电偶的参考端温度不受热线加热的影响，从而保证热电偶测得的热电势是由待测材料测试盒中材料温度上升导致的。
附图说明
图1本实用新型实施例1的结构示意图；
1、热电偶；2、待测材料测试盒；3、上片待测材料；4、热电偶的测温端；5、下片待测材料；6、热线；7、热电偶的参考端；8、待测材料参考盒。
具体实施方式
为了更加清楚的说明本实用新型的目的和优势，将以下实施例结合附图进一步详细说明本实用新型。以下所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并非用以限制本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
参见附图1，本实用新型的一种绝缘材料导热系数测试装置，其特征在于：包括待测材料测试盒2，待测材料参考盒8，热电偶1，热线6；所述测试盒和参考盒都是由上下两片待测材料(3和5)平行放置于保温外壳中；所述热电偶的参考端7放置于参考盒中，所述热电偶的测温端4放置于测试盒中，参考端在参考盒中的位置与测温端在测试盒中的位置一致；所述热线位于测试盒中上下两片待测材料的中心线，且热电偶与热线平行。热电偶为电阻小的电阻丝，加热源为恒流源，在参考盒的外侧增加一隔热材料的保温外壳，从而保证测量的不受外界环境的影响。具体的工作测试原理如下：
在一无限大试样中，有一无限细而长的线状热源，试样内各处的温度随时间变化的规律可以通过微分方程及相应的单值性条件确定。热传导方程为：
式中r为试样内测温点到热线的距离(m)，a为材料的热扩散系数(m2/s)，λ为材料的导热系数(W/(m·K))，t为热线加热时间(s)，q为热线单位长度的功率(W/m)，θ(r,t)为试样在r处t时刻的温度升高值(K)。
由于在本实用新型中r是固定的，所以θ(r,t)简写为θ(t)
如果热线的加热功率q为常数，则可确定试样t时刻在r处的温升为：
式中E1(x)为指数积分：
比值是x的单值函数，根据比值可计算出x，从而计算出E1(x)。
从式(2)我们可以知道：
的值与E1(x)的值，它们之间的对应函数表见国际标准ISO 8894-2:2007(E)的表2，具体为下表：
实验中我们可以测得θ(t)，故可得到θ(2t)/θ(t)，依据式(4)此值即为按此值查表即可得到E1(x)的值；再根据式(2)，即可计算得到导热系数λ：
以上应用了具体实例对本实用新型进行了阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。本实用新型所属技术领域的技术人员依据本实用新型的构思，还可以做出若干简单推演、变形或替换。这些推演、变形或替换方案也落入本实用新型的权利要求范围内。
Claims (5)
1.一种绝缘材料导热系数测量装置，其特征在于：包括待测材料测试盒，待测材料参考盒，热电偶，热线；所述测试盒和参考盒都是由上下两片待测材料平行放置于保温外壳中；所述热电偶的参考端放置于参考盒中，所述热电偶的测温端放置于测试盒中，参考端在参考盒中的位置与测温端在测试盒中的位置一致，所述热线位于测试盒中上下两片待测材料的中心线，且热电偶与热线平行。
2.如权利要求1所述的一种绝缘材料导热系数测量装置，其特征在于：所述热电偶与所述热线之间的距离为10～15mm。
3.如权利要求1所述的一种绝缘材料导热系数测量装置，其特征在于：所述保温外壳外覆盖一层隔热材料。
4.如权利要求1所述的一种绝缘材料导热系数测量装置，其特征在于：所述热线为温度系数小的电阻丝，所述热线由恒流源提供恒定的加热功率。
5.如权利要求1所述的一种绝缘材料导热系数测量装置，其特征在于：所述热电偶的参考端位于参考盒中两片待测材料的正中间位置；所述热电偶的测温端位于测试盒中两片待测材料的正中间位置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202223240471.9U CN218896062U (zh) | 2022-12-05 | 2022-12-05 | 一种绝缘材料导热系数测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN218896062U true CN218896062U (zh) | 2023-04-21 |
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Family Applications (1)
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| CN202223240471.9U Active CN218896062U (zh) | 2022-12-05 | 2022-12-05 | 一种绝缘材料导热系数测量装置 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN218896062U (zh) |
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2022
- 2022-12-05 CN CN202223240471.9U patent/CN218896062U/zh active Active
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