设计测量气体热导率的装置

Ⅰ 谁能给下固体导热系数的测量实验的步骤啊

【实验目的】

1．用稳态法测定不良导热体橡胶的热导率，并与公认值进行比较；

2．初步学习用热电偶进行温度测量。

【实验原理】

测量热导率的方法比较多，可以归并为两类基本方法：一类是稳态法；另一类为动态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分布，然后进行测量；而在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。

根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T1和T2（设T1 ＞T2 ）的平行平面，若平面面积均为ΔS，则在Δt时间内通过面积ΔS的热量ΔQ满足下述表达式： （13-1）
式中 即为该物质的热导率，也称导热系数。由此可知，热导率是一个表示物质热传导性能的物理量，其数值等于两相距单位长度的平行平面上、当温度相差一个单位时、在单位时间内垂直通过单位面积所流过的热量，其单位为W/mK。材料的结构变化与杂质多寡对热导率都有明显的影响；同时，热导率一般随温度而变化，所以，实验时对材料成份、温度等都要一并记录。

我们这里使用的TC-3型热导率测定仪，就是采用稳态法测量不良导体、金属、空气等多种材料热导率的一体化实验仪器，由五大部分组成（具体结构如图13-1所示）：

（1）加热源：电热管加热铜板；

（2）测试样品支架：支架、样品板，散热铜板、风扇；

（3）测温部分：热电偶，数字式毫伏表，杜瓦瓶；

（4）数字计时装置：计时范围166分钟，分辨率0.1秒；

（5）PID自动温度控制装置：控制精度 ，分辨率 。

在支架上先放上圆铜盘B，在B的上面放上待测样品C（圆盘形的不良导体），再把带发热器的圆铜盘A放在C上。发热器通电后，热量从A盘传到C盘，再传到B盘，由于A、B盘都是良导体，其温度即可以代表C盘上、下表面的温度T1和T2，T1 、T2分别由插入A、B盘边缘小孔的热电偶I来测量，热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶G中的冰水混合物中，通过传感器切换开关KI切换A、B盘中的热电偶II、III与数字电压表F的连接回路。由式（13-1）可以知道，单位时间内通过待测样品C任一圆截面的热流量 为

（13-2）

式中Rc为样品的半径，hc为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，T1和T2的值不变， 于是通过样品盘C上表面的热流量与由散热铜盘B向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘B在稳定温度T2 时的散热速率来求出热流量 。实验中，在读得稳定时的T1、T2后，即可将C盘移去，而使盘A的底面与铜盘B直接接触。当盘B的温度上升到高于稳定时的值T2若干摄氏度或（0.2mV）后，再将圆盘A移开，让铜盘B自然冷却。观察其温度T2随时间t变化情况，然后由此求出铜盘B在T2 的冷却速率 ，而

(mB为紫铜盘B的质量，c为铜材的比热容)，就是紫铜盘B在温度为T2 时的散热速率。但要注意：这样求出的 是紫铜盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为 （其中RB与hB分别为紫铜盘B的半径与厚度）。然而，在观察测试样品C的稳态传热时，B盘的上表面（面积为 ）是被样品覆盖着的。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，则稳态时铜盘B散热速率的表达式应作如下修正：

（13-3）

将式（13-3）代入式（13-2），得

（13-4）

【实验仪器】

TC-3型热导率测定仪，橡胶样品, TW-1型物理天平，游标卡尺,冰水，硅油。

使用注意：

（1）使用前将加热铜板A与散热铜板B擦干净，样品两端面擦干净后，可涂上少量硅油，以保证接触良好。

（2）实验过程中，如需触及电热板，应先关闭电源，以免烫伤。

（3）实验结束后，应切断电源，妥为放置测量样品，不要使样品两端面划伤而影响实验的正确性。

【实验内容】

在测量热导率前应先对散热盘B和待测样品盘C的直径、厚度进行测量。

1、用游标卡尺测量待测样品盘C直径和厚度，各测1次。

2、用游标卡尺测量散热盘B的直径和厚度，各测1次，计算B盘的质量，也可直接用天平称出B盘的质量。

一、不良导体热导率的测量

1．把橡胶盘C放入加热盘A和散热盘B之间，用三个螺旋头E夹紧（拧去固定轴H不用）。

2．在杜瓦瓶G中放入冰水混合物，将两热电偶I的冷端（两条黑线）插入杜瓦瓶中，热电偶的热端（两条红线）分别插入加热盘A和散热盘B侧面的小孔中，并将其温差电动势输出的插头分别插到仪器面板的传感器插座II和III上，如图13-2所示。

注意：

（1）园筒发热体盘A侧面和散热盘B的侧面，都有供安插热电偶I的小孔，安放发热盘A时此两小孔都应与杜瓦瓶在同一侧，以免路线错乱。热电偶插入小孔时，要抹上一些硅油，并插到洞孔底部，保证接触良好，热电偶冷端插入浸于冰水中的细玻璃管内，玻璃管内也要灌入适当的硅油。

（2）本实验选用铜-康铜热电偶，温差100℃时，温差电动势约4.2mV。

3．测量稳态时温度T1和T2的数值。接通电源，打开电扇开关KB（使散热盘有效、稳定地散热），将“温度控制PID”仪表上设置加温的上限温度（ ），加热器开关KA打到高热（Ⅲ）档，当传感器II的温度T1约为4mV左右时，再将加热开关KA置于“Ⅱ”或“Ⅰ”档，降低加热电压。使加热盘A和散热盘B逐步达到稳定的温度分布（约需40分钟时间）。当达到稳态时，每隔3分钟记录VT1和VT2的值。

注意：当达到稳态时，VT1和VT2的数值在10分钟内的变化小于0.03毫伏，或VT2的数值在10分钟内不变即可认为已达到稳定状态，约需40分钟时间。

说明：对一般热电偶来说，温度变化范围不太大时，其温差电动势mV值与待测温度值的比是一个常数，因此，在用公式（13-4）计算热导率时，可以直接用温差电动势值取代温度值。

4．测量散热盘B在温度稳态值T2附近的散热速率 。移开圆盘A，取下橡胶盘C，并使圆盘A的底面与铜盘B直接接触，当盘B的温度上升到高于稳定态的值T2若干度（0.2mV左右）后，关掉加热器开关KA（电扇仍处于工作状态），将A盘移开（注意：此时橡胶盘C不再放上），让铜盘B自然冷却，记录T2共约6～8次，每隔30秒一次（注意：记录的数据必须保证温度稳态值T2在其测量范围以内）。

5．关掉电扇开关KB和电源开关KF。

二、金属热导率的测量（选做）

1、将圆柱体金属铝棒（厂家提供）置于发热圆盘与散热圆盘之间。

2、在杜瓦瓶G中放入冰水混合物，将两热电偶I的冷端（两条黑线）插入杜瓦瓶中，热电偶的热端（两条红线）分别插入分别插入金属圆柱体上的上下两孔中，并将其温差电动势输出的插头分别插到仪器面板的传感器插座II和III上。

3、当发热盘与散热盘达到稳定的温度分布后，T1、T2值为金属样品上下两个面的温度，此时散热盘B的温度为T2值。因此测量B盘的冷却速度为：

由此得到热导率为

4、测量散热盘B在温度稳态值T2附近的散热速率 。移开圆盘A，取下金属圆柱体C，并使圆盘A的底面与铜盘B直接接触，当盘B的温度上升到高于金属圆柱体上的下表面的稳定态值T2若干度（0.2mV左右）后，关掉加热器开关KA（电扇仍处于工作状态），将A盘移开（注意：此时金属圆柱体C不再放上），让铜盘B自然冷却，记录T2共约6～8次，每隔30秒一次（注意：记录的数据必须保证温度稳态值T2在其测量范围以内）。

三、空气热导率的测量（选做）

当测量空气的热导率时，通过调节三个螺旋头，使发热圆盘与散热圆盘的距离为h，并用塞尺进行测量（即塞尺的厚度），此距离即为待测空气层的厚度。注意：由于存在空气对流，所以此距离不宜过大。

【数据处理】

1．基本数据

铜的比热容c = 385.06J/（Kg·K）

室温t = ± ℃,

(1)散热盘B

直径2RB = ± mm， 半径RB = ± mm，

厚度 hB = ± mm， 质量mB= ± g

(2)橡胶盘C

直径2RC = ± mm， 半径RC = ± mm，

厚度 hC= ± mm

2．实验数据

（1）稳态时T1、T2的数据（每隔3分钟记录）

i
1
2
3
4
5
平均

T1（mV）

T2（mV）

（2）散热速率

t（s）
0
30
60
90
120
150
180
(mV/s)

T2（mV）

3．根据实验结果，计算出不良导热体的热导率 。[硅橡胶的热导率由于材料的特性不同，范围为0.072W/（m·K）~0.165W/（m·K），本实验给出的硅橡胶热导率在285K (12℃)左右时为 =0.165W/（m·K），铝合金热导率的理论参考值为130~150 W/（m·K）]求出百分差。

附录 铜—康铜热电偶分度表

温度

(℃)
热电势（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

【思考题】

（1）散热盘下方的轴流式风机起什么作用？若它不工作时实验能否进行？

（2）本实验对环境条件有些什么要求？室温对实验结果有没有影响？

（3）试定量估计用温差电动势代替温度所带来的误差。

（4）分析本实验的主要误差。

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

这里面有很详细的资料

Ⅱ 热导式气体分析仪的结构简介

所用热导检测器是由两个测量池组成桥路，检测色谱柱出口端气体热导率的变化。该检测器对任一种与载气热导率不同的物质都很灵敏，最小检出限在0。5×1026～100×1026。线性动态范围为103。适用于被测组分与其它组分导热系数差异较大的场合。

Ⅲ 导热系数测试方法有哪些

从传热机理上分，包括稳态法和非稳态法；稳态法包括平板法、护板法、热流计法等；非稳态法又称为瞬态法，包括热线法、热盘法、激光法等。

根据试样的形状又可以分为平板法、圆柱体法、圆球法、热线法等。

热线法导热系数测定仪用于测定非金属固体材料的导热系数，应用于建筑、建材、节能、环保、轻工、化工、医疗等各个领域的材料的导热系数的测定。

符合标准：

GB 10297-1998 《非金属固体材料导热系数的测定方法 热线法》

热线法测定材料导热系数是一种非稳态方法，具有测试装置简单和测量时间短的优点。其原理是在匀温的各向同性均质试样中放置一根电阻丝，即所谓的热线，当热线以恒定功率放热时，热线和其附近试祥的温度将会随时间升高。根据其温度随时间变化的关系，可确定试样的导热系数。平板法导热系数测试仪主要用于测试纺织物、陶瓷纤维、毡、板、砖等耐火保温材料在不同温度下的导热系数。

符合标准：

GB/T 17911-2006《耐火材料 陶瓷纤维制品试验方法》

YB/T 4130-2005《耐火材料 导热系数试验方法(水流量平板法)》

更多可参考 【标准集团】

Ⅳ 气体检测的方法都有哪些

1、半导体式

它是利用一些金属氧化物半导体材料，在一定温度下，电导率随着环境气体成份的变化而变化的原理制造的。比如，酒精传感器，就是利用二氧化锡在高温下遇到酒精气体时，电阻会急剧减小的原理制备的。

优点

半导体式气体传感器可以有效地用于：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、丙烯酸等很多气体地检测。尤其是，这种传感器成本低廉，适宜于民用气体检测的需求。下列几种半导体式气体传感器是成功的：甲烷（天然气、沼气）、酒精、一氧化碳（城市煤气）、硫化氢、氨气（包括胺类，肼类）。高质量的传感器可以满足工业检测的需要。

缺点

稳定性较差，受环境影响较大；尤其，每一种传感器的选择性都不是唯一的，输出参数也不能确定。因此，不宜应用于计量准确要求的场所。

2、燃烧式

这种传感器是在白金电阻的表面制备耐高温的催化剂层，在一定的温度下，可燃性气体在其表面催化燃烧，燃烧是白金电阻温度升高，电阻变化，变化值是可燃性气体浓度的函数。

优点

催化燃烧式气体传感器选择性地检测可燃性气体：凡是不能燃烧的，传感器都没有任何响应。催化燃烧式气体传感器计量准确，响应快速，寿命较长。传感器的输出与环境的爆炸危险直接相关，在安全检测领域是一类主导地位的传感器。

缺点

在可燃性气体范围内，无选择性。暗火工作，有引燃爆炸的危险。大部分元素有机蒸汽对传感器都有中毒作用。

3、热导池式

每一种气体，都有自己特定的热导率，当两个和多个气体的热导率差别较大时，可以利用热导元件，分辨其中一个组分的含量。这种传感器已经传感器地用于氢气的检测、二氧化碳的检测、高浓度甲烷的检测。

这种气体传感器可应用范围较窄，限制因素较多。

4、电化学式

它相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧化或者还原。利用这些反应，可以分辨气体成份、检测气体浓度。电化学气体传感器分很多子类：

（1）、原电池型气体传感器（也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器），他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流表流到阳极，在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器可以有效地检测氧气、二氧化硫、氯气等。

（2）、恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析的传感器。这种传感器已经成功地用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是现有毒有害气体检测的主流传感器。

（3）、浓差电池型气体传感器，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器的成功实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。

（4）、极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧（气）浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓度检测。

5、红外线

大部分的气体在中红外区都有特征吸收峰，检测特征吸收峰位置的吸收情况，就可以确定某气体的浓度。

这种传感器过去都是大型的分析仪器，但是近些年，随着以MEMS技术为基础的传感器工业的发展，这种传感器的体积已经由10升，45公斤的巨无霸，减小到2毫升（拇指大小）左右。使用无需调制光源的红外探测器使得仪器完全没有机械运动部件，完全实现免维护化。红外线气体传感器可以有效地分辨气体的种类，准确测定气体浓度。

这种传感器成功的用于：二氧化碳、甲烷的检测。

Ⅳ 热导检测器的工作原理

热导检测器的工作原理是基于不同气体具有不同的热导率。热丝具有电阻随温度变化的特性。当有一恒定直流电通过热导池时，热丝被加热。由于载气的热传导作用使热丝的一部分热量被载气带走，一部分传给池体。当热丝产生的热量与散失热量达到平衡时，热丝温度就稳定在一定数值。此时，热丝阻值也稳定在一定数值。由于参比池和测量池通入的都是纯载气，同一种载气有相同的热导率，因此两臂的电阻值相同，电桥平衡，无信号输出，记录系统记录的是一条直线。当有试样进入检测器时，纯载气流经参比池，载气携带着组分气流经测量池，由于载气和待测量组分二元混合气体的热导率和纯载气的热导率不同，测量池中散热情况因而发生变化，使参比池和测量池孔中热丝电阻值之间产生了差异，电桥失去平衡，检测器有电压信号输出，记录仪画出相应组分的色谱峰。载气中待测组分的浓度越大，测量池中气体热导率改变就越显著，温度和电阻值改变也越显著，电压信号就越强。此时输出的电压信号与样品的浓度成正比，这正是热导检测器的定量基础。

Ⅵ 大学物理实验：用稳态法测不良导体的导热系数的实验装置可以测量空气的导热系数吗并说明理由

应该是不可测，良导体四周散失的热量很多，不好平衡吧，空气不会流动吗？刚加热的空气，吹口气，跑了没法测