设计固体材料导热系数的测试装置

1. 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：

2. 导热系数选择什么仪器怎么测试

导热系数测量根据同测量象测量范围各种适用传热机理包括稳态非稳态；稳态包括平板、护板、热流计等；非稳态称瞬态包括热线、热盘、激光等根据试形状平板、圆柱体、圆球、热线等直接简介类激光先获热扩散率根据给定密度比容计算导热系数热线平板直接获导热系数 原则讲稳态种基准始用于检测其精度依据实际稳态能准确测量影响素太且操作便需要操作员具比较强专业知识所现连外基本都用稳态改研究瞬态内市场现仪器恐怕少都些技术问题没解决所精度稳定性面些问题 现研究较瞬态热线理论讲热线固体、液体、气体导热系数都测量现际导热系数研究领域内公认测试真能热线做容易需要特别专业科研员花间研究照着些内或际标准做仪器问题 同测试都其适用范围比激光适合1000度固体平板适合于具较低导热系数保温材料液体导热系数测量要想测量准确更容易液体更容易发自流需要快间内获导热系数避免自流影响 检验仪器实际测试精度标准物质际都规定比固体硼硅玻璃（Pyrex 7740）锈钢（304L）液体饱液相甲苯拿台仪器先用些标准物质检测些标准物质数据都查能知道仪器精度宣

3. 固体导热系数的测定

测量固体的导热系数有两种方法：稳态法和非稳态法（即瞬态法）。稳态法就是当待测试样上温度分布达到稳定后,通过测量试样内的温度分布和穿过试样的热流来测出导热系数。

最简单的就是将固体试样制成一块厚度均匀的平板,放在一个绝热的装置里,从试样一侧加热,在另一侧散热,试样四周严格绝热保温猜裤。用一个补偿加热器维持装置内的温度稳定。试样应该较大,以便能适用一维导热假设。

这样,待测试样的导热系数为：k = (Q / A) / (dT/dx) （2）稳态法通常要求试样质地均匀、镇虚干燥（含湿会影响测定精度）、平直、表面光滑。

如果采用电加热,Q就是指电加热装置的瓦数（W）。但是,用于散热补偿的另一个小加热功率不应算在Q内,因为这一部分热流并未穿过试样正面传导到另一侧。穗旅简

4. 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

5. 如何测试材料传热系数和导热系数

用DRM-I/DRM-II导热系数测试仪/XRY-II蓄热系数测试仪检测 该仪器的特点是：装置简单、准确度高、试验速度快（一次试验十分钟左右），在一次试验中可同时测出材料的导热系数，导温系数和比热，并且能测量不同含湿状态下的热物理性能。

6. 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】

7. 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。

8. 固体材料的导热性采用什么方法测试

测量导热系数的方法都是建立在傅立叶导热定律的基础上的，分为稳态法和动态法。
用稳态法时，困型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。
固体材料导热系数测量原理：
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.
这里使用的TC-3型热谈李导率测定仪,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：
（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自含尺迟动温度控制装置：控制精度 ,分辨率 .

9. DRL-III导热系数测试仪

网络一下：武汉格莱莫检测设备有限公司

一、产品简介
本仪器主要测试薄的热导体、固体电绝缘材料、导热硅脂、树脂、橡胶、氧化铍瓷、氧化铝瓷等材料的热阻以及固体界面处的接触热阻和材料的导热系数。检测材料为固态片状，加围框可检测粉状态材料及膏状材料。
参考标准：MIL-I-49456A（绝缘片材、导热树脂、热导玻纤增强）；GB 5598-85（氧化铍瓷导热系数测定方法）；ASTM D5470-2006（薄的热导性固体电绝缘材料传热性能的测试标准）等。
仪器特点：带自动加压，自动测厚装置，并连计算机实现全自动控制。仪器采用6点温度梯度检测，提高了测试精度。可检测不同压力下热阻曲线，采用优化的数学模型，可测量材料导热系数和热阻以及界面处接触热阻等多个参数。
广泛应用在高等院校，科研单位，质检部门和生产厂的材料导热分析检测。
二、技术指标
★试样大小：≤Φ30mm
★试样厚度：0.02-20mm
★热极控温范围：室温-99.99℃
★冷极控温范围：0-99.0℃
★导热系数测试范围：0.05～45 W/m*k
★热阻测试范围：0.05～0.000005m2*K/W
★压力测量范围：0～1000N
★位移测量范围：0～30.00mm
★测试精度：优于3％
★实验方式：a、试样不同压力下热阻测试。b、材料导热系数测试。c、接触热阻测试。
★计算机全自动测试，并实现数据打印输出。