設計測量氣體熱導率的裝置

Ⅰ 誰能給下固體導熱系數的測量實驗的步驟啊

【實驗目的】

1．用穩態法測定不良導熱體橡膠的熱導率，並與公認值進行比較；

2．初步學慣用熱電偶進行溫度測量。

【實驗原理】

測量熱導率的方法比較多，可以歸並為兩類基本方法：一類是穩態法；另一類為動態法。用穩態法時，先用熱源對測試樣品進行加熱，並在樣品內部形成穩定的溫度分布，然後進行測量；而在動態法中，待測樣品中的溫度分布是隨時間變化的，例如按周期性變化等。本實驗採用穩態法進行測量。

根據傅立葉導熱方程式，在物體內部，取兩個垂直於熱傳導方向、彼此間相距為h、溫度分別為T1和T2（設T1 ＞T2 ）的平行平面，若平面面積均為ΔS，則在Δt時間內通過面積ΔS的熱量ΔQ滿足下述表達式： （13-1）
式中 即為該物質的熱導率，也稱導熱系數。由此可知，熱導率是一個表示物質熱傳導性能的物理量，其數值等於兩相距單位長度的平行平面上、當溫度相差一個單位時、在單位時間內垂直通過單位面積所流過的熱量，其單位為W/mK。材料的結構變化與雜質多寡對熱導率都有明顯的影響；同時，熱導率一般隨溫度而變化，所以，實驗時對材料成份、溫度等都要一並記錄。

我們這里使用的TC-3型熱導率測定儀，就是採用穩態法測量不良導體、金屬、空氣等多種材料熱導率的一體化實驗儀器，由五大部分組成（具體結構如圖13-1所示）：

（1）加熱源：電熱管加熱銅板；

（2）測試樣品支架：支架、樣品板，散熱銅板、風扇；

（3）測溫部分：熱電偶，數字式毫伏表，杜瓦瓶；

（4）數字計時裝置：計時范圍166分鍾，解析度0.1秒；

（5）PID自動溫度控制裝置：控制精度 ，解析度 。

在支架上先放上圓銅盤B，在B的上面放上待測樣品C（圓盤形的不良導體），再把帶發熱器的圓銅盤A放在C上。發熱器通電後，熱量從A盤傳到C盤，再傳到B盤，由於A、B盤都是良導體，其溫度即可以代表C盤上、下表面的溫度T1和T2，T1 、T2分別由插入A、B盤邊緣小孔的熱電偶I來測量，熱電偶的冷端則浸在杜瓦瓶G中的冰水混合物中，通過感測器切換開關KI切換A、B盤中的熱電偶II、III與數字電壓表F的連接迴路。由式（13-1）可以知道，單位時間內通過待測樣品C任一圓截面的熱流量 為

（13-2）

式中Rc為樣品的半徑，hc為樣品的厚度。當熱傳導達到穩定狀態時，T1和T2的值不變， 於是通過樣品盤C上表面的熱流量與由散熱銅盤B向周圍環境散熱的速率相等，因此，可通過銅盤B在穩定溫度T2 時的散熱速率來求出熱流量 。實驗中，在讀得穩定時的T1、T2後，即可將C盤移去，而使盤A的底面與銅盤B直接接觸。當盤B的溫度上升到高於穩定時的值T2若干攝氏度或（0.2mV）後，再將圓盤A移開，讓銅盤B自然冷卻。觀察其溫度T2隨時間t變化情況，然後由此求出銅盤B在T2 的冷卻速率 ，而

(mB為紫銅盤B的質量，c為銅材的比熱容)，就是紫銅盤B在溫度為T2 時的散熱速率。但要注意：這樣求出的 是紫銅盤的全部表面暴露於空氣中的冷卻速率，其散熱表面積為 （其中RB與hB分別為紫銅盤B的半徑與厚度）。然而，在觀察測試樣品C的穩態傳熱時，B盤的上表面（面積為 ）是被樣品覆蓋著的。考慮到物體的冷卻速率與它的表面積成正比，則穩態時銅盤B散熱速率的表達式應作如下修正：

（13-3）

將式（13-3）代入式（13-2），得

（13-4）

【實驗儀器】

TC-3型熱導率測定儀，橡膠樣品, TW-1型物理天平，游標卡尺,冰水，硅油。

使用注意：

（1）使用前將加熱銅板A與散熱銅板B擦乾凈，樣品兩端面擦乾凈後，可塗上少量硅油，以保證接觸良好。

（2）實驗過程中，如需觸及電熱板，應先關閉電源，以免燙傷。

（3）實驗結束後，應切斷電源，妥為放置測量樣品，不要使樣品兩端面劃傷而影響實驗的正確性。

【實驗內容】

在測量熱導率前應先對散熱盤B和待測樣品盤C的直徑、厚度進行測量。

1、用游標卡尺測量待測樣品盤C直徑和厚度，各測1次。

2、用游標卡尺測量散熱盤B的直徑和厚度，各測1次，計算B盤的質量，也可直接用天平稱出B盤的質量。

一、不良導體熱導率的測量

1．把橡膠盤C放入加熱盤A和散熱盤B之間，用三個螺旋頭E夾緊（擰去固定軸H不用）。

2．在杜瓦瓶G中放入冰水混合物，將兩熱電偶I的冷端（兩條黑線）插入杜瓦瓶中，熱電偶的熱端（兩條紅線）分別插入加熱盤A和散熱盤B側面的小孔中，並將其溫差電動勢輸出的插頭分別插到儀器面板的感測器插座II和III上，如圖13-2所示。

注意：

（1）園筒發熱體盤A側面和散熱盤B的側面，都有供安插熱電偶I的小孔，安放發熱盤A時此兩小孔都應與杜瓦瓶在同一側，以免路線錯亂。熱電偶插入小孔時，要抹上一些硅油，並插到洞孔底部，保證接觸良好，熱電偶冷端插入浸於冰水中的細玻璃管內，玻璃管內也要灌入適當的硅油。

（2）本實驗選用銅-康銅熱電偶，溫差100℃時，溫差電動勢約4.2mV。

3．測量穩態時溫度T1和T2的數值。接通電源，打開電扇開關KB（使散熱盤有效、穩定地散熱），將「溫度控制PID」儀表上設置加溫的上限溫度（ ），加熱器開關KA打到高熱（Ⅲ）檔，當感測器II的溫度T1約為4mV左右時，再將加熱開關KA置於「Ⅱ」或「Ⅰ」檔，降低加熱電壓。使加熱盤A和散熱盤B逐步達到穩定的溫度分布（約需40分鍾時間）。當達到穩態時，每隔3分鍾記錄VT1和VT2的值。

注意：當達到穩態時，VT1和VT2的數值在10分鍾內的變化小於0.03毫伏，或VT2的數值在10分鍾內不變即可認為已達到穩定狀態，約需40分鍾時間。

說明：對一般熱電偶來說，溫度變化范圍不太大時，其溫差電動勢mV值與待測溫度值的比是一個常數，因此，在用公式（13-4）計算熱導率時，可以直接用溫差電動勢值取代溫度值。

4．測量散熱盤B在溫度穩態值T2附近的散熱速率 。移開圓盤A，取下橡膠盤C，並使圓盤A的底面與銅盤B直接接觸，當盤B的溫度上升到高於穩定態的值T2若干度（0.2mV左右）後，關掉加熱器開關KA（電扇仍處於工作狀態），將A盤移開（注意：此時橡膠盤C不再放上），讓銅盤B自然冷卻，記錄T2共約6～8次，每隔30秒一次（注意：記錄的數據必須保證溫度穩態值T2在其測量范圍以內）。

5．關掉電扇開關KB和電源開關KF。

二、金屬熱導率的測量（選做）

1、將圓柱體金屬鋁棒（廠家提供）置於發熱圓盤與散熱圓盤之間。

2、在杜瓦瓶G中放入冰水混合物，將兩熱電偶I的冷端（兩條黑線）插入杜瓦瓶中，熱電偶的熱端（兩條紅線）分別插入分別插入金屬圓柱體上的上下兩孔中，並將其溫差電動勢輸出的插頭分別插到儀器面板的感測器插座II和III上。

3、當發熱盤與散熱盤達到穩定的溫度分布後，T1、T2值為金屬樣品上下兩個面的溫度，此時散熱盤B的溫度為T2值。因此測量B盤的冷卻速度為：

由此得到熱導率為

4、測量散熱盤B在溫度穩態值T2附近的散熱速率 。移開圓盤A，取下金屬圓柱體C，並使圓盤A的底面與銅盤B直接接觸，當盤B的溫度上升到高於金屬圓柱體上的下表面的穩定態值T2若干度（0.2mV左右）後，關掉加熱器開關KA（電扇仍處於工作狀態），將A盤移開（注意：此時金屬圓柱體C不再放上），讓銅盤B自然冷卻，記錄T2共約6～8次，每隔30秒一次（注意：記錄的數據必須保證溫度穩態值T2在其測量范圍以內）。

三、空氣熱導率的測量（選做）

當測量空氣的熱導率時，通過調節三個螺旋頭，使發熱圓盤與散熱圓盤的距離為h，並用塞尺進行測量（即塞尺的厚度），此距離即為待測空氣層的厚度。注意：由於存在空氣對流，所以此距離不宜過大。

【數據處理】

1．基本數據

銅的比熱容c = 385.06J/（Kg·K）

室溫t = ± ℃,

(1)散熱盤B

直徑2RB = ± mm， 半徑RB = ± mm，

厚度 hB = ± mm， 質量mB= ± g

(2)橡膠盤C

直徑2RC = ± mm， 半徑RC = ± mm，

厚度 hC= ± mm

2．實驗數據

（1）穩態時T1、T2的數據（每隔3分鍾記錄）

i
1
2
3
4
5
平均

T1（mV）

T2（mV）

（2）散熱速率

t（s）
0
30
60
90
120
150
180
(mV/s)

T2（mV）

3．根據實驗結果，計算出不良導熱體的熱導率 。[硅橡膠的熱導率由於材料的特性不同，范圍為0.072W/（m·K）~0.165W/（m·K），本實驗給出的硅橡膠熱導率在285K (12℃)左右時為 =0.165W/（m·K），鋁合金熱導率的理論參考值為130~150 W/（m·K）]求出百分差。

附錄 銅—康銅熱電偶分度表

溫度

(℃)
熱電勢（mV）

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

0
0.000
0.039
0.078
0.117
0.156
0.195.
0.234
0.273
0.312
0.351

10
0.391
0.430
0.470
0.510
0.549
0.589
0.629
0.669
0.709
0.749

20
0.789
0.830
0.870
0.911
0.951
0.992
1.032
1.073
1.114
1.155

30
1.196
1.237
1.279
1.320
1.361
1.403
1.444
1.486
1.528
1.569

40
1.611
1.653
1.695
1.738
1.780
1.882
1.865
1.907
1.950
1.992

50
2.035
2.078
2.121
2.164
2.207
2.250
2.294
2.337
2.380
2.424

60
2.467
2.511
2.555
2.599
2.643
2.687
2.731
2.775
2.819
2.864

70
2.908
2.953
2.997
3.042
3.087
30131
3.176
3.221
3.266
2.312

80
3.357
3.402
3.447
3.493
3.538
3.584
3.630
3.676
3.721
3.767

90
3.813
3.859
3.906
3.952
3.998
4.044
4.091
4.137
4.184
4.231

100
4.277
4.324
4.371
4.418
4.465
4.512
4.559
4.607
4.654
4.701

110
4.749
4.796
4.844
4.891
4.939
4.987
5.035
5.083
5.131
5.179

【思考題】

（1）散熱盤下方的軸流式風機起什麼作用？若它不工作時實驗能否進行？

（2）本實驗對環境條件有些什麼要求？室溫對實驗結果有沒有影響？

（3）試定量估計用溫差電動勢代替溫度所帶來的誤差。

（4）分析本實驗的主要誤差。

http://61.153.216.111/ggsyzx/wlsyzx/uploadfile/%B9%CC%CC%E5%C8%C8%B5%BC%C2%CA%B5%C4%B2%E2%C1%BF.htm

這裡面有很詳細的資料

Ⅱ 熱導式氣體分析儀的結構簡介

所用熱導檢測器是由兩個測量池組成橋路，檢測色譜柱出口端氣體熱導率的變化。該檢測器對任一種與載氣熱導率不同的物質都很靈敏，最小檢出限在0。5×1026～100×1026。線性動態范圍為103。適用於被測組分與其它組分導熱系數差異較大的場合。

Ⅲ 導熱系數測試方法有哪些

從傳熱機理上分，包括穩態法和非穩態法；穩態法包括平板法、護板法、熱流計法等；非穩態法又稱為瞬態法，包括熱線法、熱盤法、激光法等。

根據試樣的形狀又可以分為平板法、圓柱體法、圓球法、熱線法等。

熱線法導熱系數測定儀用於測定非金屬固體材料的導熱系數，應用於建築、建材、節能、環保、輕工、化工、醫療等各個領域的材料的導熱系數的測定。

符合標准：

GB 10297-1998 《非金屬固體材料導熱系數的測定方法 熱線法》

熱線法測定材料導熱系數是一種非穩態方法，具有測試裝置簡單和測量時間短的優點。其原理是在勻溫的各向同性均質試樣中放置一根電阻絲，即所謂的熱線，當熱線以恆定功率放熱時，熱線和其附近試祥的溫度將會隨時間升高。根據其溫度隨時間變化的關系，可確定試樣的導熱系數。平板法導熱系數測試儀主要用於測試紡織物、陶瓷纖維、氈、板、磚等耐火保溫材料在不同溫度下的導熱系數。

符合標准：

GB/T 17911-2006《耐火材料 陶瓷纖維製品試驗方法》

YB/T 4130-2005《耐火材料 導熱系數試驗方法(水流量平板法)》

更多可參考 【標准集團】

Ⅳ 氣體檢測的方法都有哪些

1、半導體式

它是利用一些金屬氧化物半導體材料，在一定溫度下，電導率隨著環境氣體成份的變化而變化的原理製造的。比如，酒精感測器，就是利用二氧化錫在高溫下遇到酒精氣體時，電阻會急劇減小的原理制備的。

優點

半導體式氣體感測器可以有效地用於：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多氣體地檢測。尤其是，這種感測器成本低廉，適宜於民用氣體檢測的需求。下列幾種半導體式氣體感測器是成功的：甲烷（天然氣、沼氣）、酒精、一氧化碳（城市煤氣）、硫化氫、氨氣（包括胺類，肼類）。高質量的感測器可以滿足工業檢測的需要。

缺點

穩定性較差，受環境影響較大；尤其，每一種感測器的選擇性都不是唯一的，輸出參數也不能確定。因此，不宜應用於計量准確要求的場所。

2、燃燒式

這種感測器是在白金電阻的表面制備耐高溫的催化劑層，在一定的溫度下，可燃性氣體在其表面催化燃燒，燃燒是白金電阻溫度升高，電阻變化，變化值是可燃性氣體濃度的函數。

優點

催化燃燒式氣體感測器選擇性地檢測可燃性氣體：凡是不能燃燒的，感測器都沒有任何響應。催化燃燒式氣體感測器計量准確，響應快速，壽命較長。感測器的輸出與環境的爆炸危險直接相關，在安全檢測領域是一類主導地位的感測器。

缺點

在可燃性氣體范圍內，無選擇性。暗火工作，有引燃爆炸的危險。大部分元素有機蒸汽對感測器都有中毒作用。

3、熱導池式

每一種氣體，都有自己特定的熱導率，當兩個和多個氣體的熱導率差別較大時，可以利用熱導元件，分辨其中一個組分的含量。這種感測器已經感測器地用於氫氣的檢測、二氧化碳的檢測、高濃度甲烷的檢測。

這種氣體感測器可應用范圍較窄，限制因素較多。

4、電化學式

它相當一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學活性，可以被電化學氧化或者還原。利用這些反應，可以分辨氣體成份、檢測氣體濃度。電化學氣體感測器分很多子類：

（1）、原電池型氣體感測器（也稱：加伏尼電池型氣體感測器，也有稱燃料電池型氣體感測器，也有稱自發電池型氣體感測器），他們的原理行同我們用的干電池，只是，電池的碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣感測器為例，氧在陰極被還原，電子通過電流表流到陽極，在那裡鉛金屬被氧化。電流的大小與氧氣的濃度直接相關。這種感測器可以有效地檢測氧氣、二氧化硫、氯氣等。

（2）、恆定電位電解池型氣體感測器，這種感測器用於檢測還原性氣體非常有效，它的原理與原電池型感測器不一樣，它的電化學反應是在電流強制下發生的，是一種真正的庫侖分析的感測器。這種感測器已經成功地用於：一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等氣體的檢測之中，是現有毒有害氣體檢測的主流感測器。

（3）、濃差電池型氣體感測器，具有電化學活性的氣體在電化學電池的兩側，會自發形成濃差電動勢，電動勢的大小與氣體的濃度有關，這種感測器的成功實例就是汽車用氧氣感測器、固體電解質型二氧化碳感測器。

（4）、極限電流型氣體感測器，有一種測量氧氣濃度的感測器利用電化池中的極限電流與載流子濃度相關的原理制備氧（氣）濃度感測器，用於汽車的氧氣檢測，和鋼水中氧濃度檢測。

5、紅外線

大部分的氣體在中紅外區都有特徵吸收峰，檢測特徵吸收峰位置的吸收情況，就可以確定某氣體的濃度。

這種感測器過去都是大型的分析儀器，但是近些年，隨著以MEMS技術為基礎的感測器工業的發展，這種感測器的體積已經由10升，45公斤的巨無霸，減小到2毫升（拇指大小）左右。使用無需調制光源的紅外探測器使得儀器完全沒有機械運動部件，完全實現免維護化。紅外線氣體感測器可以有效地分辨氣體的種類，准確測定氣體濃度。

這種感測器成功的用於：二氧化碳、甲烷的檢測。

Ⅳ 熱導檢測器的工作原理

熱導檢測器的工作原理是基於不同氣體具有不同的熱導率。熱絲具有電阻隨溫度變化的特性。當有一恆定直流電通過熱導池時，熱絲被加熱。由於載氣的熱傳導作用使熱絲的一部分熱量被載氣帶走，一部分傳給池體。當熱絲產生的熱量與散失熱量達到平衡時，熱絲溫度就穩定在一定數值。此時，熱絲阻值也穩定在一定數值。由於參比池和測量池通入的都是純載氣，同一種載氣有相同的熱導率，因此兩臂的電阻值相同，電橋平衡，無信號輸出，記錄系統記錄的是一條直線。當有試樣進入檢測器時，純載氣流經參比池，載氣攜帶著組分氣流經測量池，由於載氣和待測量組分二元混合氣體的熱導率和純載氣的熱導率不同，測量池中散熱情況因而發生變化，使參比池和測量池孔中熱絲電阻值之間產生了差異，電橋失去平衡，檢測器有電壓信號輸出，記錄儀畫出相應組分的色譜峰。載氣中待測組分的濃度越大，測量池中氣體熱導率改變就越顯著，溫度和電阻值改變也越顯著，電壓信號就越強。此時輸出的電壓信號與樣品的濃度成正比，這正是熱導檢測器的定量基礎。

Ⅵ 大學物理實驗：用穩態法測不良導體的導熱系數的實驗裝置可以測量空氣的導熱系數嗎並說明理由

應該是不可測，良導體四周散失的熱量很多，不好平衡吧，空氣不會流動嗎？剛加熱的空氣，吹口氣，跑了沒法測