導(dǎo)熱系數(shù)儀是一種基于傅立葉導(dǎo)熱定律而進(jìn)行材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量的儀器,在導(dǎo)熱過程中,單位時(shí)間內(nèi)通過給定截面的熱量,與該截面的面積和垂直于該截面方向的溫度梯度成正比,在一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí),其數(shù)學(xué)表達(dá)為:
(1)
經(jīng)過積分換算,公式(1)可以推導(dǎo)出
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其中, ——為被測(cè)材料的導(dǎo)熱系數(shù), ;
Q——為通過被測(cè)材料試樣的傳熱量,W;
h——為被測(cè)材料試樣的厚度,m;
A——為計(jì)量板的面積,㎡;
——為被測(cè)材料試樣高溫傳熱面的平均溫度,℃;
——為被測(cè)材料試樣低溫傳熱面的平均溫度,℃
這個(gè)公式成立有3個(gè)前提條件:(1)傳熱是一維傳熱,側(cè)面沒有熱傳遞或熱損失;(2)被測(cè)材料具有各向同性或垂直導(dǎo)熱截面上有相同的熱物性;(3)溫差是被測(cè)材料兩個(gè)傳熱面上溫度的差值。但是,在實(shí)際中測(cè)量由于儀器設(shè)備和測(cè)量手段的約束,往往無法理想的滿足這三個(gè)條件,只能使之產(chǎn)生的影響zui小化。例如使被測(cè)材料材質(zhì)盡量均勻,在側(cè)面增加絕熱板,減小側(cè)面熱損失,在盡量靠近熱板表面處埋設(shè)溫度傳感器,減小接觸熱阻等。
所以,實(shí)際應(yīng)用中的導(dǎo)熱系數(shù)儀通常由計(jì)量加熱單元、冷板單元、防護(hù)單元、控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、壓緊系統(tǒng)和制冷機(jī)構(gòu)組成。裝置主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3. 校準(zhǔn)方法
通過以上原理可以得知,穩(wěn)態(tài)法測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的困難主要在于相關(guān)參量的準(zhǔn)確獲得。由于導(dǎo)熱系數(shù)是標(biāo)志一個(gè)過程(傳熱)的性質(zhì)的熱物性參數(shù).因此不可能通過直接靜態(tài)對(duì)比而得出。所以,可以將同樣尺寸規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)樣品(導(dǎo)熱系數(shù)已知)放在導(dǎo)熱系數(shù)儀中,在某一外部條件下,經(jīng)歷一個(gè)傳熱過程,另外再通過測(cè)量冷熱板的表面溫度,就可根據(jù)測(cè)量結(jié)果的比較而得到被測(cè)
導(dǎo)熱系數(shù)儀的測(cè)量準(zhǔn)確度。