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DRP-II导热系数测试仪(平板稳态法)操作说明书
发布日期:[2021/1/25 10:10:34] 共阅[718]次
  
DRP-II导热系数测试仪
(平板稳态法)
 
使用说明书
 
 
 
  
 
 
湘 潭 市 仪 器 仪 表 有 限 公 司
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、 概述

导热系数(热导率)是反映材料导热性能的物理量,它不仅是评价材料的热学特性的依据,而且是材料在应用时的个设计依据,在加热器 、散热器、传热管道设计、房屋设计等工程实践中都要涉及这个参数。因为材料的热导率不仅随温度、压力变化,而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响热导率的数值,所以在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定。
测量热导率的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。本测试仪采用稳态法测量不同材料的导热系数,其设计思路清晰、简捷、实验方法具有典型性和实用性。测量物质的导热系数是热学实验中的个重要内容。
本测试仪由加热器、数显温度表、数显计时器等组成(采用体化设计)
二、 主要技术指标
1、 电源:AC(220±10%V,(50/60HZ
2、 数字温度表:测量精度:0.5%±1个字.
3、 数字计时表:计时范围: 0100min;小分辨率1S;精度:10-5
4、 测量温度范围:室温~100(高加热温度120)
5、 加热电压: 36VAC
6、 散热铜板:半径:65mm 厚度:7mm 质量:815g(以上的参数已在每块铜板上标注,以上提供的仅为参考值)
7、 测试材料:硬铝、橡皮、空气等
8、 连续工作时间:>8小时
三、 仪器维护与保养
1、 使用将加热盘与散热盘的表面擦干净。样品两端面擦净,可涂上少量硅油。以保证接触良好。
2、 实验过程中,如若移开电热板,应先关闭电源。移开热圆筒时,手应拿住固定轴转动,以免烫伤手。
3、 实验结束后,切断电源,保管好测量样品。不要使样品两端划伤,以至影响实验的精度。数字温度表数字出现不稳定时先查热电偶及各个环节的接触是否良好。
4、 仪器在搬运及放置时,应避免强烈振动和受到撞击。
5、 仪器长时间不使用时,请套上塑料袋,防止潮湿空气长期与仪器接触。房间内空气湿度应小于80%。
6、 仪器使用时,应避免周围有强烈磁场源的地方。
7、 长期放置不用后再次使用时,请先加电预热30min后使用。
四、 成套性
1、DRP-Ⅱ导热系数测试仪        1台
2、电源线                       1根
3、用测量热电偶               2根
4、保温杯                       1只
5、测试样品(硬铝、橡皮)       1组
6、使用说明书                   1份
7、产品合格证                   1份
五、    售后服务
在用户遵守保管和使用规则的条件下,从发货之日起十二个月内因产品质量不良而发生损坏或不能正常工作时,制造厂应无偿地为用户修理或更换零部件。
  
                         导热系数的测量
导热系数(热导率)是反映材料热性能的物理量,导热是热交换三种(导热、对流和辐射)基本形式之,是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究域的课题之,要认识导热的本质和特征,需了解粒子物理而目对导热机理的理解大多数来自固体物理的实验。材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构,热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移,在金属中电子流起支配作用,在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。因此 ,材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关,而且与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。在科学实验作工程设计中所用材料的导热系数都需要用实验的方法测定。(粗略的估计,可从热学参数手册或图表中查寻)
1882年法国科学家J·傅里叶奠定了热传导理论,目各种测量导热系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律基础之上,从测量方法来说,可分为两大类:稳态法和动态法,本实验采用的是稳态平板法测量材料的导热系数。
[实验原理]








 
式中的n为铜板的质量,C为铜板的比热容,负号表示热量向低温度方向传递。因为质量容易直接测量,C为常量,这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温侧铜板冷却速率的测量。测量铜板的冷却速率可以这样测量:在达到稳态后,移去样品,用加热铜板直接对下金属铜板加热,使其的温率高于稳定T2(大约高出10℃左右)再让其在环境中自然冷却,直到温度低于T2,测出温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系,描绘出T---t曲线,曲线在T2处的斜率就是铜板在稳态温度时T2下的冷却速率。

式中的R为样品的半径、h为样品的高度、m为下铜板的质量、C为铜块的比热容、Rp和hp分别是下铜板的半径和厚度。右式中的各项均为常量或直接易测量。
[实验步骤]
1、 用自定量具测量样品、下铜板的几何尺寸和质量等必要的物理量,多次测量、然后取平均值。其中铜板的比热容C=0.385KJ/(K.Kg)
2、 先放置好等测样品及下铜板(散热盘),调节下圆盘托架上的三个微调螺丝,使待测样品与上下铜板接触良好。安置圆筒、圆盘时,须使放置热电偶的洞孔与杜瓦瓶同侧。热电偶插入铜盘上的小孔时,要抹上些硅脂,并插到洞孔底部,使热电偶测温端与铜盘接触良好,热电偶冷端插在冰水混合物中。
3、 合上“加热开关”,参照智能温度控制器使用说明书设定好上铜板的温度。对上铜板进行加热。
4、 上铜板加热到设定温度时,同时通过热电偶选通开关,将信号先通开关打在(1)测量上铜板的温度。当上铜板的温度保持不变时(可通过温控仪的温度显示来观测),记录下此时上铜板的温度(T1),在不断地给高温侧铜板(上铜板)加热,热量通过样品不断地传到低温侧铜块(下铜块),经过定的时间后,当下铜板的温度基本不变时,将信号选通开关打在(II)测量下铜板的温度。记录下此时下铜板的温度值(T2)。此时则可认为已达到了稳态。(大约在二分钟内下铜板的温度保持不变)
5、移去样品,继续对下铜板加热,当下铜盘温度比T2高出10℃左右时,移去圆筒,让下铜盘所有表面均暴露于空气中,使下铜板自然冷却。每隔30读次下铜盘的温度示值并记录,直至温度下降到T2以下定值。作铜板的T-t冷却速率曲线。(选取邻近的T2测量数据来求出冷却速率)。
6、 根据(S1-4)计算样品的导热系数λ。
7、 设置上铜板不同的加热温度,在设定加热温度时,须高出室温30℃。设定不同的加热温度,测量出不同温度下样品的导热系数λ。
[实验注意事项] 
1、 稳态法测量时,要使温度稳定约要40分钟左右,同时每隔30记下样品上、下圆盘A和P的温度T1和T2的数值,待T2的数值在2分钟内不变即可认为已达到稳定状态,记下此时的T1和T2值。
 
测T3值时要在T1、 T2达到稳定时,将上面测T1和T2的热电偶移下来进行测量。
3、 圆筒发热体盘侧面和散热盘P侧面,都有供安插热电偶的小孔,安放发热盘时此二小孔都应与杜瓦瓶在同侧,以免线路错乱,热电偶插入小孔时,要抹上些硅脂,并插到洞孔底部,保证接触良好,热电偶冷端浸于冰水混合物中。
4、 样品圆盘B和散热盘P的几何尺寸,可用游标尺多次测量取平均值。散热盘的质量m约0.8Kg,可用药物天平称量。
 
附录:铜康铜热电偶分度表
 
热电势(mV)
温度℃
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-10
-0.383
-0.421
-0.458
-0.496
-0.534
-0.571
-0.608
-0.646
-0.683
-0.720
0
0.000
-0.039
-0.077
-0.116
-0.154
-0.193
-0.231
-0.269
-0.307
-0.345
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
3.131
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
 
  
 
附录二:部分材料的密度和导热数
 
材料名称
(20℃)
导热系数W/(m·K)
导热系数
密度
温度(℃)
W/(m·K)

(Kg/m3)

-100
0
100
200
纯铝
236
2700
243
236
240
238
铝合金
107
2610
86
102
123
148
纯铜
398
8930
421
401
393
389
315
19300
331
318
313
310
硬铝
146
2800
橡皮
0.13-0.35
1100
电木
0.23
1270
木丝纤维板
0.048
245
软木板
0.044-0.079
 
 
 
DRP-Ⅱ导热系数测试仪制样附加说明
材料的范畴很广,有金属和非金属、均质的和非均质的、单体的和复合材料、液态、固态、粉料等,导热系数范围非常宽。通过制取不同形状的试样,利用DRP导热系数测试平台,可检测大部分材料。
高导热材料的检测方法:平板稳态法导热系数测试仪测量材料导热系数时,主要是测量冷热面温差和热流两个参数量,仪器测量这两参数量时,都有测量量程和精度的限制。通过制样可使材料的冷热面温差和热流都落在仪器的量程和精度范围内。在测量高导热材料时,要减小热流传递和提高冷热面温差。减小热流可通过减小试样的传热面积来获得,提高冷热面温差可通过增加试样厚度来获得。试样与冷热板的接触热阻相对高导热试样热阻是非常大的,测量时必须消除接触热阻。方法是在试样测量面两端打2个温度测量孔,把测量冷热板温度的热电偶插在试样的温度测量孔内,这样,测量的冷热温差值就不包含接触热阻形成的温差了,试样厚度数据要以试样2个温度测量孔的间距来计算。如果热面温度比环境温度高很多,就要考虑试样表面散热,可在试样表面包上保温层。测量铝合金导热系数制样如下图所示:

 
粉状或胶状材料的检测方法:测量胶状物时,要做个围框,装样时,装满并稍高于围框边。
粉状料的紧实度与导热系数有很大的关系,要考虑测量什么状态下的导热系数,测量自然状态下的导热系数,要做个围框,装样时,装满并稍高于围框边。
有些粉状料通过压机制样,可测量不同紧实度下导热系数。
粉状料还可调粘结剂进行测量。

 
薄试样的检测方法:非常薄的试样可采用叠层的办法进行测量。
以上是特殊试样的取样方法,般取样是散热板面积和定厚度,导热系数高的取厚点,导热系数低的取薄点。
总的规律是:导热系数低的试样取薄、面积大、冷热温差大,导热系数高的试样取厚、面积小、冷热温差小。
 
 
 

原创作者:湘潭市仪器仪表有限公司

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