导热系数测量实验装置图片

Ⅰ 大学物理实验导热系数的测定是什么

大学物理实验导热系数的测定是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。

热导率是指材料直接传导热量的能力，或称热传导率。热导率定义为单位截面、长度的材料在单位温差下和单位时间内直接传导的热量。热导率的单位为瓦米-1开尔文-1 。热导率，其中是导热体的横截面积，是单位时间内传导的热量，是两热源间导热体的厚度，则是温度差。

大学物理实验导热系数的影响因素

不同物质导热系数各不相同；相同物质的导热系数与其的结构、密度、湿度、温度、压力等因素有关。同一物质的含水率低、温度较低时，导热系数较小。

一般来说，固体的热导率比液体的大，而液体的又要比气体的大。这种差异很大程度上是由于这两种状态分子间距不同所导致。工程计算上用的系数值都是由专门试验测定出来的。

Ⅱ 大学物理实验导热系数的测定是什么

大学物理实验导热系数的测定一般分为稳态法和动态法两类。

在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；当适当控制实验条件和实验参数使加热和传热的过程达到平衡状态则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据温度分布就可以计算出导热系数。

而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。

相关知识：

在实际测试中，试样温度测量一般采用温度传感器，如热电偶和热电阻，而温度传感器都有一定的系统误差。因此为了保证温度测量精度，需要ΔT尽可能的大，一般ΔT在5℃～20℃范围内。对于不良导体材料来说，平板状试验就很容易在试样厚度上形成这样的温度差。

而对于良导体来说，就需要增大试样长度来实现较大温差。所以，一般来说，良导体的导热系数测量一般都采用长棒状或长条状试样，热流方向在棒状试样的轴向上；而不良导体的导热系数测量则多采用平板状试样，热流方向在平板的厚度方向上。

以上内容参考：网络--导热系数

Ⅲ 双平板导热系数测定仪测试原理是什么

双平板导热系数测定仪基于单向稳定导热原理，当试样上、下两面处于不同的稳定温度下，测量通过试样有效传热面积的热流及试样两表面间温差和厚度，计算导热系数。满足了材料检测研究部门对材料导热系数的高测试要求。全自动数据采集、数据处理、打印报表，数据存储。测量时间短、数据准确、重复性好，自动化程度高的优点。

产品用途：
该导热系数测定仪主要测试塑料、橡胶、玻璃、纤维、苯板、挤塑板、发泡混凝土、空心玻璃、木板、各种保温材料等匀质板状材料，同时可以测量颗粒料、散料、软料等各种物质的导热系数。

技术参数：
1、导热系数测量显示范围：(0.001—2.000)W/ (m?K);
2、导热系数测量：±3%;
3、导热系数测量重复性：±1%;
4、不同型号的导热系数测定仪的温度测量范围：

环境条件：
室温：15--30℃，建议用标准温度20℃,湿度：0-90%RH，建议用40-60%RH℃

操作步骤：

试验前检查工作：
1：检查总电源电压是否在正常范围内，AC220V ±10%，内部电源空气开关是否全部合上。
2：装好试件手动调节夹紧力与力显示装卡调整到标准要求的数值。
3：检查水箱水位，水位必须在水箱内的铜管之上，高水位不超过进水口为正常水位上下限，推荐使用蒸馏水或者纯净水，不要使用自来水。
4：检查确定机柜内部各圣杯是否能正常运转，是否有漏水，漏气现象，如有，则处理完再运行。

外部设备启动操作步骤：
1：系统上电：接通进线总电源，合上总电源空气开关，电源指示灯：打开平板导热仪操作盘上钥匙开关，给系统上电。
2：安装试件：将完成预处理后的试件，按照不同材料不同处理方式，放入左右两侧的测试位置中，按装好试件手动调节夹紧力调到要求力的显示，（标准要求的数值）。将试件夹紧。用游标卡尺测量并记录夹紧后的厚度

Ⅳ 不良导体导热系数的测量(3)实验报告

不良导热体一般用稳态热流法，条件符合的话也可以使用激光导热法，但是多次测试的结果差异较大。

使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。

由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。

(4)导热系数测量实验装置图片扩展阅读：

注意事项：

1、注意各仪器间的连线正确，加热盘和散热盘的两个传感器要一一对应，不可互换。

2、温度传感器插入小孔时，要抹些硅油，并使传感器与铜盘接触良好。

3、导热系数测定仪铜盘下方的风扇做强迫对流换热用，可以减少样品侧面与底面的放热比，增加样品内部的温度梯度，从而减小误差，所以实验过程中，风扇一定要打开。

Ⅳ 不良导体导热系数的测定

本实验的目的是了解热传导现象的物理过程，学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数并用作图法求冷却速率。

1、开始实验后，从实验仪器栏将橡胶盘、电子秒表和游标卡尺拖至实验台上。

Ⅵ 含水合物多孔介质的导热特性实验

李栋梁^1,2，梁德青^1,2

李栋梁（1976－），男，博士，助理研究员，主要从事天然气水合物基础物性及应用技术方面的研究，E-mail:[email protected]。

1.中国科学院广州能源研究所/可再生能源与天然气水合物重点实验室，广州510640

2.中国科学院广州天然气水合物研究中心，广州510640

摘要：含水合物多孔介质的有效导热系数的重要性，涉及全球气候变暖对海底和大陆架中水合物稳定性的影响。利用单面瞬态平面热源法测定了不同水合物饱和度下石英砂体系的有效导热系数。结果表明：水合物的形成过程显著影响水合物生成后体系的有效导热系数，其有效导热系数和初始含水量并不成比例。水合物与沉积物颗粒不同的聚集模式可能显著影响它们的导热系数。从实验结果来看，水合物在低水饱和度石英砂中生成的水合物为胶结模式，而在高水饱和度石英砂中生成的是接触模式。从其导热系数来看，胶结模式的导热系数明显大于接触模式。

关键词：水合物；导热系数；石英砂；多孔介质

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

含水合物多孔介质的有效导热系数的重要性，涉及全球气候变暖对海底和大陆架中水合物稳定性的影响。松散沉积物的有效导热系数通常在实验室中通过对钻探所得样品测量而得到，但有时候样品并不是很容易取得，在这种情况下就需要对有效导热系数进行原位测量。但是，目前对含水合物多孔介质的有效导热系数测量工作并不是很充分^[1]。

Henninges等^[2]通过原位测试获得了永久冻土带含水合物沉积物的有效导热系数。Trehu^[3]也通过原位测试获得了含水合物海底沉积物的有效导热系数。但是，原位测量会受到很多限制。然而，实验室中的研究一般只限于简单的模拟沉积物和人工合成水合物，例如Stoll和Bryan^[4]测量了甲烷水合物与沉积物混合多孔介质的有效导热系数，但没有报道详细的配比关系。Waite等^[5]研究了甲烷水合物与石英砂混合多孔介质的有效导热系数有配比关系，但无相关模型建立。Tzirita^[6]较早实验测定了含水合物石英砂和黏土的有效导热系数，并指出孔隙度是控制其有效导热系数的临界因子。de Martin^[7]通过实验研究了纯甲烷水合物以及含水合物的石英砂导热系数并指出：在增强颗粒之间的热传递方面，甲烷水合物扮演了一个很重要的角色，甲烷水合物在孔隙中的存在增强了体系的有效剪应力，因此增强了颗粒之间的热传递。Cortes等]通过实验研究了THF（四氢呋喃）水合物与石英砂、THF水合物与黏土的有效导热系数，并使用并联模型、串联模型、Hashin-Shtrikman上界和Hashin-Shtrikman下界模型来分析沉积物有效导热系数与孔隙度的关系。黄犊子等^[9]结合瞬态面热源法来测量混合气水合物导热系数及含混气水合物的沙子多孔介质的有效导热系数并发现：由于“爬壁”效应，混合气与饱含SDS（十二烷基硫酸钠）水溶液的沙子反应生成的含混合气水合物的沙子多孔介质的有效导热系数约为1.2 W/(m·K），该数值显著低于含四氢呋喃水合物的沙子多孔介质的值（约1.9W/(m·K)）。

由于实地测量时接触热阻较大，并且钻井中存在流体的对流换热和测量时热响应的时间滞后，而实验室测量的情况并不能概括实地的样品情况，测量含水合物沉积物的有效导热系数变得相当困难，使得目前的实验结果差别较大，因此，有必要进一步研究含水合物沉积物的有效导热系数。

1 实验装置和过程

1.1 实验装置

实验装置由水合物合成系统、水合物压缩成型系统、导热系数测试系统和数据采集系统组成，整个实验系统如图1所示。其中水合物合成系统由反应釜、反应气路、恒温空气浴等组成。

图1 水合物导热测试实验系统图

反应釜的材质为1Cr18Ni9Ti，设计耐压强度为30MPa，工作压力最大25 MPa，内径50 mm，有效容积为200 m L。反应釜上端装有液体驱动的液压活塞，活塞杆下部连接压制样品用的圆柱体不锈钢块，反应釜上部连接位移传感器，活塞杆的移动距离可通过位移传感器显示。

反应釜底部装有Hot Disk导热系数测量探头，该探头为双螺旋探头结构。该探头在测试过程中起到2个作用，它既是加热样品的热源，又是记录温度随时间升高的阻值温度计。在Hot Disk测试系统中一般要求探头夹在两块平整的样品中间，而水合物的导热测试要求在高压下完成，其样品也需要通过压制才能获得较好的测试结果，因此本文选择直径为66 mm的聚四氟乙烯圆块为背景材料，通过单面测试和特殊计算来获取样品的导热系数。导热测试探头的电缆被分成4根线，每根线用1个带有绝缘套的针连接，针用卡套固定，保证密封且相互绝缘。

恒温空气浴采用意大利Angelantoni集团公司旗下的ACS公司生产的Challenge 250试验箱，温度范围为－70～180℃，控温精度和均匀度分别为±0.1℃和±0.5℃。

数据测试系统包括温度、压力和位移的测量。温度测量是采用四线铠装热电阻（Pt100），量程为－70～100℃，精度为0.1℃。压力测量用的压力传感器采用广州森纳士仪器公司生产的DG1300型压力传感器，精度0.5级，量程为0～20 MPa。位移的测量通过位移传感器来实现，位移传感器为北京京海泉传感科技有限公司生产的DA-20型传感器，量程0～50 mm，精度0.05％。数据采集系统为安捷伦公司Agilent-34970A型数据采集仪。

1.2 实验过程

确定管路系统无泄漏后在常温下打开反应釜，用吹风机吹干反应釜内残留的水分，然后量取一定体积的干石英砂小心置于反应釜中，用移液枪吸取蒸馏水直到完全浸没石英砂并记录消耗的水量。封好反应釜并连接好管路，然后对系统进行抽真空。抽完真空后通入12～14 MPa的甲烷气体。静置一段时间让甲烷充分溶解直到压力稳定后开始开启空气浴进行降温。随着温度的进一步降低，发现在－10℃左右压力会突起，冰生成会使体系的体积发生变化而导致压力升高。这时候可以上调空气浴的温度到5℃左右使冰融化，由于融冰过程可以加快水合物的形成。因此经过若干次重复后不再观察到温度下降过程中压力的突起，就可以判定沉积物中的水完全转化为水合物。待水合物完全生成后即可进行后续的热物性测试。

1.3 实验材料

实验中所需材料如表1所示。

表1 实验材料表

2 实验结果与讨论

2.1 部分水饱和石英砂混合体系的有效热导系数

图2为不同饱和度石英砂有效导热系数的实验结果。

图2 部分水饱和石英砂混合体系的有效导热系数

从图2可以看出，随饱和度的增加，有效导热系数值明显呈增大的趋势。对于饱和度小于90％的石英砂，试样有效导热系数值随含湿率的增加平稳增大，有效导热系数随饱和度的增加几乎呈线性增长，而饱和度从90％开始，随饱和度的增加，有效导热系数的增长速度开始变得非常迅速。和Chen^[10]于明志等^[11]的结果相比，导热系数还随着孔隙率的增大而减小。

2.2 水合物－甲烷－石英砂混合体系的有效导热系数

图3为含水合物石英砂有效导热系数与温度的关系实验结果。3个样品使用同样的石英砂，所不同的只是生成前石英砂孔隙中的水饱和度不同。水砂质量比分别为0.1927、0.2367和0.2568，对应的水饱和度分别为0.54、0.93和1.00。但从实验结果来看，生成水合物后体系的有效导热系数和初始含水量并不成比例。水砂质量比为0.1927的样品的有效导热系数最高，平均为1.60W/(m·K），水砂质量比为0.2367和0.2568的样品有效导热系数则分别为1.07 W/(m·K）和1.50 W/(m·K）。

图3 含水合物石英砂的导热系数与温度的关系

图4为水合物－甲烷－石英砂混合体系有效导热系数与水合物饱和度的关系。这里采用的石英砂样品不同水饱和度的样品，而样品中水已完全转化为水合物，剩余孔隙空间填充的是甲烷气体。

图4 水合物饱和度对甲烷/水合物/石英砂体系有效导热系数的影响

和图3相同，从实验数据来看，生成水合物后体系的有效导热系数和水合物饱和度并不成比例，高饱和度时导热系数反而较低。黄犊子等^[9]报道含甲烷水合物石英砂样品的有效导热系数为0.98 W/(m·K）。但根据他的评估，该样品含气率为29.2％，即该样品还含有29.2％的孔隙。因此，本文的样品和黄犊子等^[9]的样品可能一样，水合物中还含有一定量的气体，但可以肯定不含自由水或仅含少量的自由水，因为在降温过程中并没有观察到压力的突起。

2.3 水合物－水－石英砂混合体系的有效导热系数

图5为水饱和度水合物－石英砂体系的有效导热系数。这里采用的石英砂样品为饱和样品，而样品中剩余孔隙空间填充的是水。

从本实验结果来看，水饱和度水合物－石英砂体系的有效导热系数随水合物的饱和度增大而减小。但从报道的水合物导热系数来看，水合物的导热系数大于水。在有效介质理论中，水合物和沉积物的关系有2种模型：一种是接触模型（grain contact model），水合物与沉积物颗粒相互松散接触，在这种状态下，水合物有2种处理方法，一是把水合物当做流体，水合物和水共同作为流体相，这种模式也叫悬浮模式（模式A）；而是把水合物当做骨架的一部分，水合物和水共同组成固体骨架（模式B）。第二种为胶结模型（cementation model，模式C)^[14]。水合物与沉积物颗粒不同的聚集模式可能显著影响它们的导热系数。从本文的实验结果来看，水合物在低水饱和度石英砂中生成的水合物为胶结模式，而在高水饱和度石英砂中生成的是接触模式。从导热系数来看，胶结模式的导热系数明显大于接触模式。

图5 水合物饱和度对湿石英砂有效导热系数的影响

3 结论

1）湿砂体系有效导热系数随含湿率的增加平稳增大，且随着孔隙率的增大而减小。

2）水合物的形成过程显著影响水合物生成后体系的有效导热系数，其有效导热系数和初始含水量并不成比例。

3）水合物与沉积物颗粒不同的聚集模式可能显著影响它们的导热系数。从实验结果来看，水合物在低水饱和度石英砂中生成的水合物为胶结模式，而在高水饱和度石英砂中生成的是接触模式。从其导热系数来看，胶结模式的导热系数明显大于接触模式。

参考文献

[1]Waite W F,de Martin B J,Kirby SH,et al.Thermal Conctivity Measurements in Porous Mixtures of Methane Hydrate and Quartz Sand[J].Geophys Res Lett,2002,29(24):821-824.

[2]Henninges J.Measurements of Thermal Conctivity of Tetrahydrofuran Hydrate-Bearing Sand Using the Constantly Heated Linesource Method[C].International Conference 2007 and 97th Annual Meeting.Bremen:Geologische Vereinigung e.V,2007.

[3]Trehu A M.Subsurface Temperatures Beneath Southern Hydrate Ridge[J].Proc Ocean Drill Program Sci Results 2006,204:1-26,doi:10.2973/odp.proc.sr.204.114.

[4]Stoll R D,Bryan G M.Physical Properties of Sediments Containing Gas Hydrates[J].J Geophys Res,1979,84:1629-1634.

[5]Waite W F,Pinkston J,Kirby S H.Preliminary Laboratory Thermal Conctivity Measurements in Pure Methane Hydrate and Methane Hydrate-Sediment Mixtures:a Progress Report[M].Yokohama:Proceedings of the Fourth International Conference on Gas Hydrate,2002,728-733.

[6]Tzirita A.In Situ Detection of Natural Gas Hydrates Using Electrical and Thermal Properties[D].Texas:A&M Univ.,College Station,1992.

[7]deMartin B J.Laboratory Measurements of the Thermal Conctivity and Thermal Diffusivity of Methane Hydrate at Simulated in Situ Conditions[D].Georgia:Institute of Technology,2001.

[8]Cortes D D,Martin A I,Yun T S.Thermal Conctivity of Hydrate-Bearing Sediments[J].Journal of Geophysical Research,2009,114:B11103.doi:10.1029/2008JB006235.

[9]黄犊子.水合物及其在多孔介质中导热性能的研究[D].合肥：中国科学技术大学，2005.

[10]Chen S X.Thermal Conctivity of Sands[J].Heat Mass Transfer 2008,44:1241-1246.

[11]于明志，隋晓凤，彭晓峰.堆积型含湿多孔介质导热系数测试实验研究[J].山东建筑大学学报，2008,23(5）:385-388.

[12]Waite W F,de Martin B J,Ki rby S H,et al.Thermal Conctivity Measurements in Porous Mixtures of Methane Hydrate and Quartz Sand[J].Geophys Res Let,2002,29(24):821-824.doi:10.1029/2002 GL015988.

[13]Duchkov A D,Manakov A Y,Kazant sev S A,et al.Experimental Modeling and Measurement of Thermal Conctivity of Sediments Containing Methane Hydrates[J].Geophysics,2006,409(1):732-735.doi:10.1134/S1028334X06050114.

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

Ⅶ 各种物质的导热系数准确测量方法

导热系数的测量方法很多，根据不同的测量对象和测量范围有各种适用的方法。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。还有直接法和简介法的分类，如激光法是先获得热扩散率，然后根据给定的密度和比容计算得到导热系数，而热线法和平板法是直接获得导热系数。

原则上来讲，稳态法是一种基准方法，最开始是用于检测其他方法精度的依据。但是实际上，稳态法能准确测量的影响因素太多，而且操作不方便，需要操作人员具有比较强的专业知识，所以现在连国外基本都不用稳态法了，改而研究瞬态法。国内市场上现有的仪器恐怕多少都会有些技术上的问题是没有解决的，所以精度和稳定性方面还会有些问题。

现在研究较多的是瞬态热线法，因为理论上来讲，热线法是固体、液体、气体的导热系数都是可以测量的，是现在国际导热系数研究领域内公认的最好的测试方法。但是真正能把热线法做好也是很不容易的，需要特别专业的科研人员花很长时间研究，如果只是照着一些国内或国际标准做出来的仪器，也是会有很多问题的。

不同的测试方法都是有其适用范围的，比如激光法适合1000度以上的固体，平板法适合于具有较低导热系数的保温材料，而液体的导热系数测量要想测量准确更是不容易的，因为液体更容易发生自然对流，需要在很快的时间内获得导热系数，避免自然对流的影响。

检验仪器实际测试精度的标准物质国际上都是有规定的，比如固体的有硼硅玻璃（Pyrex 7740）和不锈钢（304L），液体的有饱和液相甲苯。拿到一台仪器后，你可以先用这些标准物质检测一下，这些标准物质的数据都是可以查到的，然后就能知道仪器的精度是不是他宣称的那样了。

如果你需要测试流体导热系数，建议你找一下西安交通大学热与流体中心的热物性课题组，他们是专门研究流体导热系数测量的，而且技术很被国外学者认可，在导热系数研究领域是很专业的。

Ⅷ 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】

Ⅸ 如果用动态法测量物体的导热系数怎样设计

用动态法测量物体的导热系数设计如下。

主要利用热导率动态测量仪与微型计算机。实验中，为使实验简化，令热量沿一维传播，故将样品制成棒状。棒的两端一端为热端，其温度按简谐变化；另一端用冷水冷却，保持恒定低温。热端（X=0)处温度按简谐方式变化时，这种变化将按衰减波的形式在棒内向冷端传播，成为热波，也就是温度波。通过推导可得待测材料的热导率公式为 ，其中   为热波波速，为材料的比热容，为材料密度，分别为热端温度按简谐方式变化的频率和周期。实验仪器主机示意图如下所示：

Ⅹ 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