導熱系數測量實驗裝置圖片

Ⅰ 大學物理實驗導熱系數的測定是什麼

大學物理實驗導熱系數的測定是表徵物質熱傳導性質的物理量。材料結構的變化與所含雜質的不同對材料導熱系數數值都有明顯的影響，因此材料的導熱系數常常需要由實驗去具體測定。

熱導率是指材料直接傳導熱量的能力，或稱熱傳導率。熱導率定義為單位截面、長度的材料在單位溫差下和單位時間內直接傳導的熱量。熱導率的單位為瓦米-1開爾文-1 。熱導率，其中是導熱體的橫截面積，是單位時間內傳導的熱量，是兩熱源間導熱體的厚度，則是溫度差。

大學物理實驗導熱系數的影響因素

不同物質導熱系數各不相同；相同物質的導熱系數與其的結構、密度、濕度、溫度、壓力等因素有關。同一物質的含水率低、溫度較低時，導熱系數較小。

一般來說，固體的熱導率比液體的大，而液體的又要比氣體的大。這種差異很大程度上是由於這兩種狀態分子間距不同所導致。工程計算上用的系數值都是由專門試驗測定出來的。

Ⅱ 大學物理實驗導熱系數的測定是什麼

大學物理實驗導熱系數的測定一般分為穩態法和動態法兩類。

在穩態法中，先利用熱源對樣品加熱，樣品內部的溫差使熱量從高溫向低溫處傳導，樣品內部各點的溫度將隨加熱快慢和傳熱快慢的影響而變動；當適當控制實驗條件和實驗參數使加熱和傳熱的過程達到平衡狀態則待測樣品內部可能形成穩定的溫度分布，根據溫度分布就可以計算出導熱系數。

而在動態法中，最終在樣品內部所形成的溫度分布是隨時間變化的，如呈周期性的變化，變化的周期和幅度亦受實驗條件和加熱快慢的影響，與導熱系數的大小有關。

相關知識：

在實際測試中，試樣溫度測量一般採用溫度感測器，如熱電偶和熱電阻，而溫度感測器都有一定的系統誤差。因此為了保證溫度測量精度，需要ΔT盡可能的大，一般ΔT在5℃～20℃范圍內。對於不良導體材料來說，平板狀試驗就很容易在試樣厚度上形成這樣的溫度差。

而對於良導體來說，就需要增大試樣長度來實現較大溫差。所以，一般來說，良導體的導熱系數測量一般都採用長棒狀或長條狀試樣，熱流方向在棒狀試樣的軸向上；而不良導體的導熱系數測量則多採用平板狀試樣，熱流方向在平板的厚度方向上。

以上內容參考：網路--導熱系數

Ⅲ 雙平板導熱系數測定儀測試原理是什麼

雙平板導熱系數測定儀基於單向穩定導熱原理，當試樣上、下兩面處於不同的穩定溫度下，測量通過試樣有效傳熱面積的熱流及試樣兩表面間溫差和厚度，計算導熱系數。滿足了材料檢測研究部門對材料導熱系數的高測試要求。全自動數據採集、數據處理、列印報表，數據存儲。測量時間短、數據准確、重復性好，自動化程度高的優點。

產品用途：
該導熱系數測定儀主要測試塑料、橡膠、玻璃、纖維、苯板、擠塑板、發泡混凝土、空心玻璃、木板、各種保溫材料等勻質板狀材料，同時可以測量顆粒料、散料、軟料等各種物質的導熱系數。

技術參數：
1、導熱系數測量顯示範圍：(0.001—2.000)W/ (m?K);
2、導熱系數測量：±3%;
3、導熱系數測量重復性：±1%;
4、不同型號的導熱系數測定儀的溫度測量范圍：

環境條件：
室溫：15--30℃，建議用標准溫度20℃,濕度：0-90%RH，建議用40-60%RH℃

操作步驟：

試驗前檢查工作：
1：檢查總電源電壓是否在正常范圍內，AC220V ±10%，內部電源空氣開關是否全部合上。
2：裝好試件手動調節夾緊力與力顯示裝卡調整到標准要求的數值。
3：檢查水箱水位，水位必須在水箱內的銅管之上，高水位不超過進水口為正常水位上下限，推薦使用蒸餾水或者純凈水，不要使用自來水。
4：檢查確定機櫃內部各聖杯是否能正常運轉，是否有漏水，漏氣現象，如有，則處理完再運行。

外部設備啟動操作步驟：
1：系統上電：接通進線總電源，合上總電源空氣開關，電源指示燈：打開平板導熱儀操作盤上鑰匙開關，給系統上電。
2：安裝試件：將完成預處理後的試件，按照不同材料不同處理方式，放入左右兩側的測試位置中，按裝好試件手動調節夾緊力調到要求力的顯示，（標准要求的數值）。將試件夾緊。用游標卡尺測量並記錄夾緊後的厚度

Ⅳ 不良導體導熱系數的測量(3)實驗報告

不良導熱體一般用穩態熱流法，條件符合的話也可以使用激光導熱法，但是多次測試的結果差異較大。

使用平板法測量不良導體的導熱系數，這是一種穩態法，實驗中，樣品製成平板狀，其上端面與一個穩定的均勻發熱體充分接觸，下端面與一均勻散熱體相接觸。

由於平板樣品的側面積比平板平面小很多，可以認為熱量只沿著上下方向垂直傳遞，橫向由側面散去的熱量可以忽略不計，即可以認為，樣品內只有在垂直樣品平面的方向上有溫度梯度，在同一平面內，各處的溫度相同。

(4)導熱系數測量實驗裝置圖片擴展閱讀：

注意事項：

1、注意各儀器間的連線正確，加熱盤和散熱盤的兩個感測器要一一對應，不可互換。

2、溫度感測器插入小孔時，要抹些硅油，並使感測器與銅盤接觸良好。

3、導熱系數測定儀銅盤下方的風扇做強迫對流換熱用，可以減少樣品側面與底面的放熱比，增加樣品內部的溫度梯度，從而減小誤差，所以實驗過程中，風扇一定要打開。

Ⅳ 不良導體導熱系數的測定

本實驗的目的是了解熱傳導現象的物理過程，學慣用穩態平板法測量不良導體的導熱系數並用作圖法求冷卻速率。

1、開始實驗後，從實驗儀器欄將橡膠盤、電子秒錶和游標卡尺拖至實驗台上。

Ⅵ 含水合物多孔介質的導熱特性實驗

李棟梁^1,2，梁德青^1,2

李棟梁（1976－），男，博士，助理研究員，主要從事天然氣水合物基礎物性及應用技術方面的研究，E-mail:[email protected]。

1.中國科學院廣州能源研究所/可再生能源與天然氣水合物重點實驗室，廣州510640

2.中國科學院廣州天然氣水合物研究中心，廣州510640

摘要：含水合物多孔介質的有效導熱系數的重要性，涉及全球氣候變暖對海底和大陸架中水合物穩定性的影響。利用單面瞬態平面熱源法測定了不同水合物飽和度下石英砂體系的有效導熱系數。結果表明：水合物的形成過程顯著影響水合物生成後體系的有效導熱系數，其有效導熱系數和初始含水量並不成比例。水合物與沉積物顆粒不同的聚集模式可能顯著影響它們的導熱系數。從實驗結果來看，水合物在低水飽和度石英砂中生成的水合物為膠結模式，而在高水飽和度石英砂中生成的是接觸模式。從其導熱系數來看，膠結模式的導熱系數明顯大於接觸模式。

關鍵詞：水合物；導熱系數；石英砂；多孔介質

Experimental Study on Effective Thermal Conctivity of Hydrate-Bearing Sand

Li Dongliang^1,2,Liang Deqing^1,2

1.Key Laboratory of Renewable Energy and Gas Hydrate/Chinese Academy of Science,Guangzhou,Guangdong 510640,China

2.G uangzhou Center for G as Hydrate Research,Chinese A cadem y of Sciences,G uangzhou,G uangdong 510640,China

Abstract:Thermal conctivities of methane hydrate-bearing sand samples,which were formedfrom moist sand with different initial water saturations,were measured by Gustafsson' s TPS (transient plane source) technique.The results show the weak negative temperature dependence similar to that of a crystal-like material,which agrees well with most sedimentary and pure methane hydrate results.The effective thermal conctivity of hydrate-bearing sediment is strongly dependent on morphology.These phenomena are in harmony with the influence of the seismic velocities.In partially water-saturated,gas-rich environments,hydrates tend to cement sediment grains together,and even a small amount of hydrate will significantly increase effective thermal conctivity.In higher water concentration sand and water-saturated sand,the effective thermal conctivity does not obviously increase with the hydrate saturation.It may be that hydrateformed in water-saturated systems does not cement the sand particle and the thermal conctivity of gas hydrate is close to that of water.

Key words:hydrate;thermal conctivity;sand;porous medium

0 引言

含水合物多孔介質的有效導熱系數的重要性，涉及全球氣候變暖對海底和大陸架中水合物穩定性的影響。鬆散沉積物的有效導熱系數通常在實驗室中通過對鑽探所得樣品測量而得到，但有時候樣品並不是很容易取得，在這種情況下就需要對有效導熱系數進行原位測量。但是，目前對含水合物多孔介質的有效導熱系數測量工作並不是很充分^[1]。

Henninges等^[2]通過原位測試獲得了永久凍土帶含水合物沉積物的有效導熱系數。Trehu^[3]也通過原位測試獲得了含水合物海底沉積物的有效導熱系數。但是，原位測量會受到很多限制。然而，實驗室中的研究一般只限於簡單的模擬沉積物和人工合成水合物，例如Stoll和Bryan^[4]測量了甲烷水合物與沉積物混合多孔介質的有效導熱系數，但沒有報道詳細的配比關系。Waite等^[5]研究了甲烷水合物與石英砂混合多孔介質的有效導熱系數有配比關系，但無相關模型建立。Tzirita^[6]較早實驗測定了含水合物石英砂和黏土的有效導熱系數，並指出孔隙度是控制其有效導熱系數的臨界因子。de Martin^[7]通過實驗研究了純甲烷水合物以及含水合物的石英砂導熱系數並指出：在增強顆粒之間的熱傳遞方面，甲烷水合物扮演了一個很重要的角色，甲烷水合物在孔隙中的存在增強了體系的有效剪應力，因此增強了顆粒之間的熱傳遞。Cortes等]通過實驗研究了THF（四氫呋喃）水合物與石英砂、THF水合物與黏土的有效導熱系數，並使用並聯模型、串聯模型、Hashin-Shtrikman上界和Hashin-Shtrikman下界模型來分析沉積物有效導熱系數與孔隙度的關系。黃犢子等^[9]結合瞬態面熱源法來測量混合氣水合物導熱系數及含混氣水合物的沙子多孔介質的有效導熱系數並發現：由於「爬壁」效應，混合氣與飽含SDS（十二烷基硫酸鈉）水溶液的沙子反應生成的含混合氣水合物的沙子多孔介質的有效導熱系數約為1.2 W/(m·K），該數值顯著低於含四氫呋喃水合物的沙子多孔介質的值（約1.9W/(m·K)）。

由於實地測量時接觸熱阻較大，並且鑽井中存在流體的對流換熱和測量時熱響應的時間滯後，而實驗室測量的情況並不能概括實地的樣品情況，測量含水合物沉積物的有效導熱系數變得相當困難，使得目前的實驗結果差別較大，因此，有必要進一步研究含水合物沉積物的有效導熱系數。

1 實驗裝置和過程

1.1 實驗裝置

實驗裝置由水合物合成系統、水合物壓縮成型系統、導熱系數測試系統和數據採集系統組成，整個實驗系統如圖1所示。其中水合物合成系統由反應釜、反應氣路、恆溫空氣浴等組成。

圖1 水合物導熱測試實驗系統圖

反應釜的材質為1Cr18Ni9Ti，設計耐壓強度為30MPa，工作壓力最大25 MPa，內徑50 mm，有效容積為200 m L。反應釜上端裝有液體驅動的液壓活塞，活塞桿下部連接壓制樣品用的圓柱體不銹鋼塊，反應釜上部連接位移感測器，活塞桿的移動距離可通過位移感測器顯示。

反應釜底部裝有Hot Disk導熱系數測量探頭，該探頭為雙螺旋探頭結構。該探頭在測試過程中起到2個作用，它既是加熱樣品的熱源，又是記錄溫度隨時間升高的阻值溫度計。在Hot Disk測試系統中一般要求探頭夾在兩塊平整的樣品中間，而水合物的導熱測試要求在高壓下完成，其樣品也需要通過壓制才能獲得較好的測試結果，因此本文選擇直徑為66 mm的聚四氟乙烯圓塊為背景材料，通過單面測試和特殊計算來獲取樣品的導熱系數。導熱測試探頭的電纜被分成4根線，每根線用1個帶有絕緣套的針連接，針用卡套固定，保證密封且相互絕緣。

恆溫空氣浴採用義大利Angelantoni集團公司旗下的ACS公司生產的Challenge 250試驗箱，溫度范圍為－70～180℃，控溫精度和均勻度分別為±0.1℃和±0.5℃。

數據測試系統包括溫度、壓力和位移的測量。溫度測量是採用四線鎧裝熱電阻（Pt100），量程為－70～100℃，精度為0.1℃。壓力測量用的壓力感測器採用廣州森納士儀器公司生產的DG1300型壓力感測器，精度0.5級，量程為0～20 MPa。位移的測量通過位移感測器來實現，位移感測器為北京京海泉感測科技有限公司生產的DA-20型感測器，量程0～50 mm，精度0.05％。數據採集系統為安捷倫公司Agilent-34970A型數據採集儀。

1.2 實驗過程

確定管路系統無泄漏後在常溫下打開反應釜，用吹風機吹乾反應釜內殘留的水分，然後量取一定體積的干石英砂小心置於反應釜中，用移液槍吸取蒸餾水直到完全浸沒石英砂並記錄消耗的水量。封好反應釜並連接好管路，然後對系統進行抽真空。抽完真空後通入12～14 MPa的甲烷氣體。靜置一段時間讓甲烷充分溶解直到壓力穩定後開始開啟空氣浴進行降溫。隨著溫度的進一步降低，發現在－10℃左右壓力會突起，冰生成會使體系的體積發生變化而導致壓力升高。這時候可以上調空氣浴的溫度到5℃左右使冰融化，由於融冰過程可以加快水合物的形成。因此經過若干次重復後不再觀察到溫度下降過程中壓力的突起，就可以判定沉積物中的水完全轉化為水合物。待水合物完全生成後即可進行後續的熱物性測試。

1.3 實驗材料

實驗中所需材料如表1所示。

表1 實驗材料表

2 實驗結果與討論

2.1 部分水飽和石英砂混合體系的有效熱導系數

圖2為不同飽和度石英砂有效導熱系數的實驗結果。

圖2 部分水飽和石英砂混合體系的有效導熱系數

從圖2可以看出，隨飽和度的增加，有效導熱系數值明顯呈增大的趨勢。對於飽和度小於90％的石英砂，試樣有效導熱系數值隨含濕率的增加平穩增大，有效導熱系數隨飽和度的增加幾乎呈線性增長，而飽和度從90％開始，隨飽和度的增加，有效導熱系數的增長速度開始變得非常迅速。和Chen^[10]於明志等^[11]的結果相比，導熱系數還隨著孔隙率的增大而減小。

2.2 水合物－甲烷－石英砂混合體系的有效導熱系數

圖3為含水合物石英砂有效導熱系數與溫度的關系實驗結果。3個樣品使用同樣的石英砂，所不同的只是生成前石英砂孔隙中的水飽和度不同。水砂質量比分別為0.1927、0.2367和0.2568，對應的水飽和度分別為0.54、0.93和1.00。但從實驗結果來看，生成水合物後體系的有效導熱系數和初始含水量並不成比例。水砂質量比為0.1927的樣品的有效導熱系數最高，平均為1.60W/(m·K），水砂質量比為0.2367和0.2568的樣品有效導熱系數則分別為1.07 W/(m·K）和1.50 W/(m·K）。

圖3 含水合物石英砂的導熱系數與溫度的關系

圖4為水合物－甲烷－石英砂混合體系有效導熱系數與水合物飽和度的關系。這里採用的石英砂樣品不同水飽和度的樣品，而樣品中水已完全轉化為水合物，剩餘孔隙空間填充的是甲烷氣體。

圖4 水合物飽和度對甲烷/水合物/石英砂體系有效導熱系數的影響

和圖3相同，從實驗數據來看，生成水合物後體系的有效導熱系數和水合物飽和度並不成比例，高飽和度時導熱系數反而較低。黃犢子等^[9]報道含甲烷水合物石英砂樣品的有效導熱系數為0.98 W/(m·K）。但根據他的評估，該樣品含氣率為29.2％，即該樣品還含有29.2％的孔隙。因此，本文的樣品和黃犢子等^[9]的樣品可能一樣，水合物中還含有一定量的氣體，但可以肯定不含自由水或僅含少量的自由水，因為在降溫過程中並沒有觀察到壓力的突起。

2.3 水合物－水－石英砂混合體系的有效導熱系數

圖5為水飽和度水合物－石英砂體系的有效導熱系數。這里採用的石英砂樣品為飽和樣品，而樣品中剩餘孔隙空間填充的是水。

從本實驗結果來看，水飽和度水合物－石英砂體系的有效導熱系數隨水合物的飽和度增大而減小。但從報道的水合物導熱系數來看，水合物的導熱系數大於水。在有效介質理論中，水合物和沉積物的關系有2種模型：一種是接觸模型（grain contact model），水合物與沉積物顆粒相互鬆散接觸，在這種狀態下，水合物有2種處理方法，一是把水合物當做流體，水合物和水共同作為流體相，這種模式也叫懸浮模式（模式A）；而是把水合物當做骨架的一部分，水合物和水共同組成固體骨架（模式B）。第二種為膠結模型（cementation model，模式C)^[14]。水合物與沉積物顆粒不同的聚集模式可能顯著影響它們的導熱系數。從本文的實驗結果來看，水合物在低水飽和度石英砂中生成的水合物為膠結模式，而在高水飽和度石英砂中生成的是接觸模式。從導熱系數來看，膠結模式的導熱系數明顯大於接觸模式。

圖5 水合物飽和度對濕石英砂有效導熱系數的影響

3 結論

1）濕砂體系有效導熱系數隨含濕率的增加平穩增大，且隨著孔隙率的增大而減小。

2）水合物的形成過程顯著影響水合物生成後體系的有效導熱系數，其有效導熱系數和初始含水量並不成比例。

3）水合物與沉積物顆粒不同的聚集模式可能顯著影響它們的導熱系數。從實驗結果來看，水合物在低水飽和度石英砂中生成的水合物為膠結模式，而在高水飽和度石英砂中生成的是接觸模式。從其導熱系數來看，膠結模式的導熱系數明顯大於接觸模式。

參考文獻

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[14]Ecker C.Seismic Characterization of Methane Hydrates Structures[D].US:Stanford University,2001.

Ⅶ 各種物質的導熱系數准確測量方法

導熱系數的測量方法很多，根據不同的測量對象和測量范圍有各種適用的方法。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。還有直接法和簡介法的分類，如激光法是先獲得熱擴散率，然後根據給定的密度和比容計算得到導熱系數，而熱線法和平板法是直接獲得導熱系數。

原則上來講，穩態法是一種基準方法，最開始是用於檢測其他方法精度的依據。但是實際上，穩態法能准確測量的影響因素太多，而且操作不方便，需要操作人員具有比較強的專業知識，所以現在連國外基本都不用穩態法了，改而研究瞬態法。國內市場上現有的儀器恐怕多少都會有些技術上的問題是沒有解決的，所以精度和穩定性方面還會有些問題。

現在研究較多的是瞬態熱線法，因為理論上來講，熱線法是固體、液體、氣體的導熱系數都是可以測量的，是現在國際導熱系數研究領域內公認的最好的測試方法。但是真正能把熱線法做好也是很不容易的，需要特別專業的科研人員花很長時間研究，如果只是照著一些國內或國際標准做出來的儀器，也是會有很多問題的。

不同的測試方法都是有其適用范圍的，比如激光法適合1000度以上的固體，平板法適合於具有較低導熱系數的保溫材料，而液體的導熱系數測量要想測量准確更是不容易的，因為液體更容易發生自然對流，需要在很快的時間內獲得導熱系數，避免自然對流的影響。

檢驗儀器實際測試精度的標准物質國際上都是有規定的，比如固體的有硼硅玻璃（Pyrex 7740）和不銹鋼（304L），液體的有飽和液相甲苯。拿到一台儀器後，你可以先用這些標准物質檢測一下，這些標准物質的數據都是可以查到的，然後就能知道儀器的精度是不是他宣稱的那樣了。

如果你需要測試流體導熱系數，建議你找一下西安交通大學熱與流體中心的熱物性課題組，他們是專門研究流體導熱系數測量的，而且技術很被國外學者認可，在導熱系數研究領域是很專業的。

Ⅷ 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】

Ⅸ 如果用動態法測量物體的導熱系數怎樣設計

用動態法測量物體的導熱系數設計如下。

主要利用熱導率動態測量儀與微型計算機。實驗中，為使實驗簡化，令熱量沿一維傳播，故將樣品製成棒狀。棒的兩端一端為熱端，其溫度按簡諧變化；另一端用冷水冷卻，保持恆定低溫。熱端（X=0)處溫度按簡諧方式變化時，這種變化將按衰減波的形式在棒內向冷端傳播，成為熱波，也就是溫度波。通過推導可得待測材料的熱導率公式為 ，其中   為熱波波速，為材料的比熱容，為材料密度，分別為熱端溫度按簡諧方式變化的頻率和周期。實驗儀器主機示意圖如下所示：

Ⅹ 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