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)測量的儀器,,在導(dǎo)熱過程中,,單位時間內(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,,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, ——為被測材料的導(dǎo)熱系數(shù),, ;
Q——為通過被測材料試樣的傳熱量,,W;
h——為被測材料試樣的厚度,m;
A——為計量板的面積,,㎡;
——為被測材料試樣高溫傳熱面的平均溫度,,℃;
——為被測材料試樣低溫傳熱面的平均溫度,℃
這個公式成立有3個前提條件:(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)溫差是被測材料兩個傳熱面上溫度的差值,。但是,在實際中測量由于儀器設(shè)備和測量手段的約束,,往往無法理想的滿足這三個條件,,只能使之產(chǎn)生的影響zui小化,。例如使被測材料材質(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,,實際應(yīng)用中的導(dǎo)熱系數(shù)儀通常由計量加熱單元、冷板單元,、防護(hù)單元,、控制系統(tǒng)、測量系統(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)歷一個傳熱過程,,另外再通過測量冷熱板的表面溫度,,就可根據(jù)測量結(jié)果的比較而得到被測
導(dǎo)熱系數(shù)儀的測量準(zhǔn)確度。