稳态平板法测定绝热材料导热系数试验.pdf

稳态平板法测定绝热材料导热系数稳态平板法测定绝热材料导热系数实验实验一.实验目的1.巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和 技能。2.测定试验材料的导热系数。3.确定试验材料导热系数与温度的关系。二.实验原理导热系数是表征材料导热能力 的物理量。对于不同的材料，导热系数是不同的；对同一材料，导 热系数还会随着温 度、压力、湿度、物 质的结构和重度等因 素而变异。各种 材料的导热系数都用试验 方法来测定，如果要分别考虑因素的影响，就需要针对各种因 素加以试验，往往不能只在一种试验设备 上进行。稳态平 板法是一种应用一维稳态 导热过程的基本原理 来测定材料导热系数 的方法，可以用来进行导热系数的测定试 验，测定材料的导热 系数及其和温度的关 系。试验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量 Q 和平板两面的温差t成正比，和平 板的厚度成正比，以及和导热系数成 正比的关系来设计的。我们知道，通过薄壁平板（壁 厚小于十分之一壁长 和壁宽）的稳定导热量为Q 测定时，如果将平板两面的温 差t tR tL、平板厚度、垂直 热流方向的导热面积 F 和通过平板的热流量 Q 测定以 后，就可以根 据下式得出导热系数：tFwQW/(mC)tF需要指出，上式所得的导热系数是 在当时的平均温度下 材料的导热系数值，此平均温度为：1t(tRtL)C2在不用的温度 和温差条件下测出相 应的值，然 后将值标在t坐标图内，就可以得出三.实验装置及测量仪表 f(t)的关系曲线。稳态平板法测 定绝热材料导热系数 的试试验装置如图 1 和图 2 所示。被试验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积为300300mm2，实际导热计算面积 F 为 200 200mm2，板的厚度为mm2，平板试件分别被 夹紧在加热器的上下热面和 上下水套的冷面之间。加热器的上下面和 水套与试件的接触面 都设有铜板，以使 温度均匀。利用薄膜 式加热片实现对上、下 试件热面的加热，而 上下导热面积水套的 冷却面是通过循环冷 却水（或通过自来水）来 实现的。在 中间 200200mm2部位上安设的加热器为主加热器。为了使主加热器的热量能够全部单向通过上下两个 试件，并通过水套的 冷水带走，在 主加热器四周（即 200200mm2之外的四侧）设 有四个辅助加热器（14），利用专用的温度跟踪控制器使主 加热器以外的四周保 持与中间主加热器的 温度一致，以免热流量向旁侧散失。主加热器的中心温度 t1(或 t2)和水套冷面的中 心温度 t3(或 t4)用四个热 电偶（埋设在铜 板上）来测量：辅助加热器 1 和辅助加热器 2 的热面也分别设置 两个辅助电偶 t5和 t6（埋设在铜板的相应 位置上），其中一个辅助电偶 t5(或 t6)接到温度 跟踪控制器上，与主加热器中心接来 的主热电偶 t2（或 t1）的温度讯号相比较，通过跟踪器使全部 辅助加热器都跟踪到与主加热器的温度相一致。而在试验进行时，可以通过热电偶 t1(或t2)和热电 偶 t3(或 t4)测量出一个试 件的两个表面的中心 温度。也可以再测量 一个辅助电偶的温度，以便与主热电偶的 温度相比较，从而了解主、辅加热器的控 制和跟踪情况。温度是利用电位差计和转 换开关来测量的，主加热器的电功率可以 用电功率表或电压表 和电流表来测量。1上水冷箱试件1试件2下水冷箱辅助加热器主加热器辅助加热器辅助加热器3辅助加热器2上水冷箱下水冷箱辅助加热器4主加热器辅助加热器1图 2试验台的电 路联结图（用电位差计 测温未示出）2附试验台主要参数1.试验材料：2.试件外型尺 寸：300300mm23.导热计算面 积 F：200200mm2（即主加热器的面积）4.试件厚度：（实测）5.主加热器电 阻值：6.辅加热器（每个）电阻值：7.热电偶材料：镍铬鏮铜8.试件最高加 热温度：80C四.实验方法和步骤1.将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面，试件表面应与铜板严 密接触，不应有空隙存 在。在试件、加热器和水 套等安装入位后，应在上面加压一定 的重物，以使它们都能 紧密接触。2.联接和仔细检查各接线电路。将主加热器的两个接线端用导线接至主加热器电源：而两个辅助加热器经两两并联后再串联成串联电路（实验台上已联接好），并按图 2 所示 联接到辅助加热器上。电压表和电流表（或电功率表）应按要求接入电路。将主热电偶之 一 t（接到跟踪 控制器面板上 左侧的主热电偶接线 柱上，2或 t1）而将辅助热电 偶之一 t5(或 t6)接到跟踪 控制器上的相 应接线柱上。把主热电偶 t1(或t2)、水套冷面热电偶 t3(或 t4)和辅 助热电偶 t5(或 t6)都接到热 电偶转换开关 上，转换开关与电位差 计的“未知”相接。3.检查冷却水水泵及其通路能否正常工作，各热电偶是否正常完好，教正电位差计的零位。4.接通加热器电源，并调节到合适的电压，开始加温，同时开启温度跟踪控制器。在加温 过程中，可通过各测温 点的测量来控制和了 解加热情况。开始 时，可先不启动冷水泵，待试件的热面温度 达到一定水平后，再启动水泵（或接通自 来水），向上下水套通 入冷却水。试验经过一段时间后，试件的热面温度和冷面温度 开始趋于稳定。在 这个过程中可以适当调 节主加热器电源、辅 助加热器电源的电压，使其更快或更利于 达到稳定状态。待温度基本稳定后，就可以每隔一段时间进行 一次电功率 W（或电压 V 和电流 I）读数记录和温度测量，从而得到稳定的测试结果。35.一个工况试验后，可以将设备调到另一工况，既调节主加热器功率后，再按上述方法进行 测试得到另仪共况的 稳定测试结果。调节的电功率不宜过大，一般在510W 为宜。6.根据实验眼球，进行多次共况的测试。（共况以从低温到高温为宜）。7.测试结束后，先切断加热器 电源，并关闭跟踪器，经过 10 分钟左右再关闭水泵（或停放自 来水）。五.实验结果处理实验数据取实验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的平均值。导热量（即主加热器的电功 率）：Q=W（或 IV）WW主加热 器的电功率值WI主加热器的电流值AV主 加热器的电压值V由于设备为双试件型，导热量 向上下两个试件（试件 1 和试件 2）传导，所以Q1 Q2QW1（或 I V）W222试件两面的温差：t tRtLCtR试件的热面温度（即 t1或 t2）CtL试件的冷面温度（即 t1或 t2）C平均温度为tRtLt C2平均温度为t时的导热系数：W I V(或)w/mC2(tRtL)F2(tRtL)F将不同平均温度下测定的材料导热系数在t坐标中得出t的关系曲线，并求出 f(t)的关系 式。4温度跟踪器使用说明一.安全警示本仪器应按使用说明，由于温度跟踪内有高压电路（电源为 220v）,因而不能随意开箱，以免 造成事故或电路故障。二.使用方 法1.将稳态导热仪主体上的一个主热电偶和一个辅热电偶的引出端分别联接到跟踪器前面板上 的相应接插座上。热电偶的“+”端接红色插座，“”端接黑色插座，不要接错。2.将主加热器联接到主加热电源（主调压器）电路中，再接入一个测量热功率的电功率表（或电压和电流表）。3.将后面板中间位置上的两个控制引出端如同开关 一样串接于 4 个辅加 热器和辅加热电源(辅调压器)电路 中(参见电路联接图)。4.准备试验时，将主加热器的电源（主调压器）电压调到合适的电压值上（根据加热要求，可 在 3060v 之间选用）：辅助加热电源（调压器）的电 压始终调到约2 倍于 主加热电源电压的值上。用 50v 以上的电压加热 时，必须注意升温情 况，以免过热而造成 式样和设备损坏。5.检验无误后，接通主加热器和 辅助加热器电源，并将 温度跟踪器的电源 接上，打开开关，即 可加热和进行自动温 度跟踪。同时，开 动水泵，向上下水套通 入循环辅助加热器电源温度跟踪控制器在后面板主加热器电源主热电偶辅助热电偶辅助加热器主加热器冷水。试验台电路联 接图5（用电位差计测温未示出）6.系统运行约一小时后，即可开始对试件的热面温 度 tR、冷面温度 tL进行测试和记录。以后，每隔一段时间（例 如 30 分钟）进行一 次温度测试和记录，直到得到稳定的测试 结果为止。最后，再 进行一次电功率的测 定。7.如果比较长时间的测试过程中，发现热面温度升温过快（过慢）或过高（过低），切冷面温度也不易稳定时，可适当减低（提高）主加热电源的电压，并同时改变辅加热器 电源的电压（仍保持 为主加热电压的 2 倍左右），使冷、热面 的温度趋向稳定。三.故障诊 断跟踪器在正常工作时，其绿色小指示灯将时亮时灭，表示辅加热器时接时断，正常进行温度 跟踪。若指示灯长时 间不亮或长时间不灭，可能有三种情况：热电偶“+”、“”端接反辅加热电源加压不够高电路联接有问题，可停机后进行检查更正。6稳态平板法测定绝热材料导热系数实验实验报告（例题）一.试验装置电路联接图温度跟踪控制器在后面板辅助加热器电源主加热器电源主热电偶辅助热电偶辅助加热器主加热器试验台电路联 接图（用电位差计 测温表示出）二.试验记录试验材料：聚氯乙烯事件外型尺 寸：300300mm2事件导热面 积：200200mm2(即主加热器面积)事件厚度：15mm主加热器电 阻值：100辅加热器电 阻值：425热电偶材料：镍铬-鏮铜注t,t 为热电偶用电位差计测出 的毫伏数换算出的读 数温度，实际温度=读数温度+环境温 度7实验记录表试件中心位置 试件中心位置测读时间热面温度时分9:6010:3010:6011:3011:6012:3012:6013:3013:6014:3014:6015:3015:6016:60三.实验结果处理tR(C)16.2521.527.629.953334.7535.3333.831.5232.731.9732.2532.5733.1冷面温度tl(C)-2.38-1.5-0.7501.252.352.972.953.333.974.224.734.935.1(tR-tl)(C)tQ备注(W)试验最后的室16温:22C,冷却水温:27CQ2tF取实验记录中最后四点稳定的 和 值，计算出它们的平均值：31.9732.2532.5733.10 32.47C44.224.374.935.10tR 4.74C4tR冷，热面的温差8t 32.47 4.74 27.73C160.015 0.11W/mC227.730.04附录镍铬-铜镍（鏮铜）热电偶（E 型）温度-微伏对照表温0102030405060708090100110120130140150V0059111921801242030483658433049855648631969987658837990819789V15965112521862248231113749439550515714638670667754844991519860V21187111313192425453174381344605117578164547135782385199222V31767701373198626073238387745265183584865227203789285899292V42358301434204726703301394245915249591565907272796286599363V51948901495210927333365400646565315598266587341803187299434V63549501556217127953429407147225382604967257409810187999505V741310101617223328583492413647885448611767947478817088699576V847210711678229529213556420048535514618468627547824089409647V953211311740235729843620426549195581625169307616830990109718993110003100741014510217102881036010432111521601050310575106471071910791108631093511007110801701122411297113651141211514115871166011733118051187818011951120241209712170122431231712390124631253712610190126841275712831129041297813052131261319913273133472001342113495135691364413718137921386613941140151409021014164142391431314388144631453714612146871476214837220149121498715062151371521215287153621543815513155889