FM3615型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀
一、概述
導(dǎo)熱系數(shù)(熱導(dǎo)率)是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量，它不僅是評(píng)價(jià)材料的重要依據(jù)，而且是應(yīng)用材料時(shí)的一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，在加熱器、散熱器、傳熱管道設(shè)計(jì)、房屋設(shè)計(jì)等工程實(shí)踐中都要涉及這個(gè)參數(shù)。因?yàn)椴牧系臒釋?dǎo)率不僅隨溫度、壓力變化，而且材料的雜質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)變化都會(huì)明顯影響熱導(dǎo)率的數(shù)值，所以在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程技術(shù)中對(duì)材料的熱導(dǎo)率常用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。
測(cè)量熱導(dǎo)率的方法大體上可分為穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法兩類(lèi)。本測(cè)試儀采用穩(wěn)態(tài)法測(cè)量不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)，其設(shè)計(jì)思路清晰、簡(jiǎn)捷、實(shí)驗(yàn)方法具有典型性和實(shí)用性。測(cè)量物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)是熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要內(nèi)容。
本測(cè)試儀由加熱器、數(shù)字電壓表、計(jì)時(shí)秒表組成（采用一體化設(shè)計(jì)）
二、主要技術(shù)指標(biāo)
1、電源：AC(220±10%)V ，(50/60)Hz
2、數(shù)字電壓表：3位半顯示，量程0~20mV，測(cè)量精度：0.1%+2個(gè)字
3、數(shù)字計(jì)時(shí)秒表:5位記時(shí)表，最小分辨率0.01S；精度：3×10-2
4、測(cè)量溫度范圍：室溫~120℃
5、加熱電壓：高端：AC36V  低端：AC25V
6、散熱銅板：半徑：65mm  厚度：7mm質(zhì)量：815g
（以上的參數(shù)已在每一塊銅板上標(biāo)注）
7、測(cè)試材料：硬鋁、硅橡膠、膠木板、空氣等
8、連續(xù)工作時(shí)間：>8小時(shí)
三、儀器的面板圖
 
 
 
                                 上面板圖
                                下面板圖
四、溫度控制器的使用說(shuō)明
（見(jiàn)操作說(shuō)明）
     
五、儀器維護(hù)與保養(yǎng)
1、使用前將加熱盤(pán)與散熱盤(pán)面擦干凈。樣品兩端面擦凈，可涂上少量硅油。以保證接觸良好。注意，樣品不能連續(xù)做試驗(yàn)，特別是硅橡膠必須降至室溫半小時(shí)以上才能下一次試驗(yàn)。
2、在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如若移開(kāi)電熱板，就先關(guān)閉電源。移開(kāi)熱圓筒時(shí)，手應(yīng)拿住固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以免燙傷手。
3、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，切斷電源，保管好測(cè)量樣品。不要使樣品兩端劃傷，影響實(shí)驗(yàn)精度。數(shù)字電壓表數(shù)字出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)先查熱電偶及各個(gè)環(huán)節(jié)的接觸是否良好。
4、儀器在搬運(yùn)及放置時(shí)，應(yīng)避免強(qiáng)烈振動(dòng)和受到撞擊。
5、儀器長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)，請(qǐng)?zhí)咨纤芰洗乐钩睗窨諝忾L(zhǎng)期與儀器接觸。房間內(nèi)空氣濕度應(yīng)小于80%。
6、儀器使用時(shí),應(yīng)避免周?chē)袕?qiáng)烈磁場(chǎng)源的地方。
7、長(zhǎng)期放置不用后再次使用時(shí)，請(qǐng)先加電預(yù)熱30min后使用。
六、成套性
1、YBF-2型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀                          1臺(tái)
    2、電源線(xiàn)                                          1根
3、專(zhuān)用測(cè)量熱電偶                                  2根
4、保溫杯                                          1只
5、塞尺                                            1把
6、測(cè)試樣品（硬鋁、硅橡膠、膠木板）               1組
7、使用說(shuō)明書(shū)                                      1份
    8、產(chǎn)品合格證：                                    1份
七、售后服務(wù)
在用戶(hù)遵守保管和使用規(guī)則的條件下，從發(fā)貨之日起十二個(gè)月內(nèi)因產(chǎn)品質(zhì)量不良而發(fā)生損壞或不能正常工作時(shí)，制造廠(chǎng)無(wú)償?shù)貫橛脩?hù)修理或更換零部件。
導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量
導(dǎo)熱系數(shù)(熱導(dǎo)率)是反映材料熱性能的物理量，導(dǎo)熱是熱交換三種（導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射）基本形式之一，是工程熱物理、材料科學(xué)、固體物理及能源、環(huán)保等各個(gè)研究領(lǐng)域的課題之一，要認(rèn)識(shí)導(dǎo)熱的本質(zhì)和特征，需了解粒子物理而目前對(duì)導(dǎo)熱機(jī)理的理解大多數(shù)來(lái)自固體物理的實(shí)驗(yàn)。材料的導(dǎo)熱機(jī)理在很大程度上取決于它的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，熱量的傳遞依靠原子、分子圍繞平衡位置的振動(dòng)以及自由電子的遷移，在金屬中電子流起支配作用，在絕緣體和大部分半導(dǎo)體中則以晶格振動(dòng)起主導(dǎo)作用。因此，材料的導(dǎo)熱系數(shù)不僅與構(gòu)成材料的物質(zhì)種類(lèi)密切相關(guān)，而且與它的微觀(guān)結(jié)構(gòu)、溫度、壓力及雜質(zhì)含量相聯(lián)系。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)中所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)都需要用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。（粗略的估計(jì)，可從熱學(xué)參數(shù)手冊(cè)或教科書(shū)的數(shù)據(jù)和圖表中查尋）
1882年法國(guó)科學(xué)家J•傅里葉奠定了熱傳導(dǎo)理論，目前各種測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的方法都是建立在傅里葉熱傳導(dǎo)定律基礎(chǔ)之上，從測(cè)量方法來(lái)說(shuō)，可分為兩大類(lèi)：穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法，本實(shí)驗(yàn)采用的是穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)量材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?
1、了解熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的物理過(guò)程
2、學(xué)習(xí)用穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)量材料的導(dǎo)熱系數(shù)
3．學(xué)習(xí)用作圖法求冷卻速率
4、掌握一種用熱電轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行溫度測(cè)量的方法
【實(shí)驗(yàn)儀器】
1、YBF-2導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀                                   一臺(tái)
2、保溫杯                                                一只
3、測(cè)試樣品（硬鋁、硅橡膠、膠木板）                      一組
4、塞尺                                                   一把
【實(shí)驗(yàn)原理】
為了測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)，首先從熱導(dǎo)率的定義和它的物理意義入手。熱傳導(dǎo)定律指出：如果熱量是沿著Z方向傳導(dǎo)，那么在Z軸上任一位置Z0處取一個(gè)垂直截面積dS（如圖1）以   表示在Z處的溫度梯度，以   表示在該處的傳熱速率（單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)截面積dS的熱量），那么傳導(dǎo)定律可表示成：
                                                       (S1-1)
式中的負(fù)號(hào)表示熱量從高溫區(qū)向低溫區(qū)傳導(dǎo)（即熱傳導(dǎo)的方向與溫度梯度的方向相反）。式中比例系數(shù)λ即為導(dǎo)熱系數(shù),可見(jiàn)熱導(dǎo)率的物理意義：在溫度梯度為一個(gè)單位的情況下，單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積截面的熱量。
利用（S1-1）式測(cè)量材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ，需解決的關(guān)鍵問(wèn)題兩個(gè)：一個(gè)是在材料內(nèi)造成一個(gè)溫度梯度    ，并確定其數(shù)值；另一個(gè)是測(cè)量材料內(nèi)由高溫區(qū)向低溫區(qū)的傳熱速率    。
1、關(guān)于溫度梯度   
圖（2）
 （圖1）
 為了在樣品內(nèi)造成一個(gè)溫度的梯度分布，可以把樣品加工成平板狀，并把它夾在兩塊良導(dǎo)體——銅板之間（圖2）使兩塊銅板分別保持在恒定溫度T1和T2，就可能在垂直于樣品表面的方向上形成溫度的梯度分布。樣品厚度可做成h≤D（樣品直徑）。這樣，由于樣品側(cè)面積比平板面積小得多，由側(cè)面散去的熱量可以忽略不計(jì)，可以認(rèn)為熱量是沿垂直于樣品平面的方向上傳導(dǎo)，即只在此方向上有溫度梯度。由于銅是熱的良導(dǎo)體，在達(dá)到平衡時(shí)，可以認(rèn)為同一銅板各處的溫度相同，樣品內(nèi)同一平行平面上各處的溫度也相同。這樣只要測(cè)出樣品的厚度h和兩塊銅
板的溫度T1、T2，就可以確定樣品內(nèi)的溫度梯度度     。當(dāng)然這需要銅板與樣品表面的緊密接觸（無(wú)縫隙），否則中間的空氣層將產(chǎn)生熱阻，使得溫度梯度測(cè)量不準(zhǔn)確。
為了保證樣品中溫度場(chǎng)的分布具有良好的對(duì)稱(chēng)性，把樣品及兩塊銅板都加工成等大的圓形。
2、關(guān)于傳熱速率  
單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)一截面積的熱量    是一個(gè)無(wú)法直接測(cè)定的量，我們?cè)O(shè)法將這個(gè)量轉(zhuǎn)化為較為容易測(cè)量的量，為了維持一個(gè)恒定的溫度梯度分布，必須不斷地給高溫側(cè)銅板加熱，熱量通過(guò)樣品傳到低溫側(cè)銅塊，低溫側(cè)銅板則要將熱量不斷地向周?chē)h(huán)境散出。當(dāng)加熱速率、傳熱速率與散熱速率相等時(shí)，系統(tǒng)就達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，稱(chēng)之為穩(wěn)態(tài)。此時(shí)低溫側(cè)銅板的散熱速率就是樣品內(nèi)的傳熱速率。這樣，只要測(cè)量低溫側(cè)銅板在穩(wěn)態(tài)溫度T2下散熱的速率，也就間接測(cè)量出了樣品內(nèi)的傳熱速率。但是，銅板的散熱速率也不易測(cè)量，還需要進(jìn)一步作參量轉(zhuǎn)換，我們已經(jīng)知道，銅板的散熱速率與其冷卻速率（溫度變化
率    ）有關(guān)，其表達(dá)式為：
 
 
 
                                                      （S1-2）
 
式中m為銅板的質(zhì)量，c為銅板的比熱容，負(fù)號(hào)表示熱量向低溫方向傳遞。因?yàn)橘|(zhì)量容易直接測(cè)量，c為常量，這樣對(duì)銅板的散熱速率的測(cè)量又轉(zhuǎn)化為對(duì)低溫側(cè)銅板冷卻速率的測(cè)量。測(cè)量銅板的冷卻速率可以這樣測(cè)量：在達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，移去樣品，用加熱銅板直接對(duì)下金屬銅板加熱，使其的溫度高于穩(wěn)定溫度T2（大約高出10℃左右）再讓其在環(huán)境中自然冷卻，直到溫度低于T2，測(cè)出溫度在大于T2到小于T2區(qū)間中隨時(shí)間的變化關(guān)系，描繪出T—t曲線(xiàn)，曲線(xiàn)在T2處的斜率就是銅板在穩(wěn)態(tài)溫度時(shí)T2下的冷卻速率。
應(yīng)該注意的是，這樣得出的    是在銅板全部表面暴露于空氣中的冷卻速率，其散熱面積為2πRP2+2πRPhP(其中RP 和hP 分別是下銅板的半徑和厚度)然而在實(shí)驗(yàn)中穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，銅板的上表面（面積為πRP2）是樣品覆蓋的，由于物體的散熱速率與它們的面積成正比，所以穩(wěn)態(tài)時(shí)，銅板散熱速率的表達(dá)式應(yīng)修正為：
                                                        (S1-3)
 
根據(jù)前面的分析，這個(gè)量就是樣品的傳熱速率。
將上式代入熱傳導(dǎo)定律表達(dá)式，并考慮到ds=πR2可以得到導(dǎo)熱系數(shù)：
                                                      （S1-4）
式中的R為樣品的半徑、h為樣品的高度、m為下銅板的質(zhì)量、c為銅塊的比熱容、RP 和hP 分別是下銅板的半徑和厚度。右式中的各項(xiàng)均為常量或直接易測(cè)量。
【實(shí)驗(yàn)步驟】
1、用自定量具測(cè)量樣品、下銅板的幾何尺寸和質(zhì)量等必要的物理量，多次測(cè)量、然后取平均值。其中銅板的比熱容C=0.385kJ/(K.kg)。
2、安置被測(cè)材料和下銅盤(pán)時(shí)，須使放置熱電偶的洞孔與杜瓦瓶同一側(cè)。熱電偶插入銅盤(pán)上的小孔時(shí)，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，使熱電偶測(cè)溫端與銅盤(pán)接觸良好，熱電偶冷端插在冰水混合物中。
穩(wěn)態(tài)法測(cè)量時(shí)，一般采用自動(dòng)控溫，這時(shí)控制方式開(kāi)關(guān)打到“自動(dòng)”，手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)打到中間位置。溫度穩(wěn)定約要40分鐘左右，具體時(shí)間與被測(cè)材料和目標(biāo)溫度及環(huán)境溫度的不同而不同。手動(dòng)測(cè)量時(shí)，為縮短時(shí)間，可先將“手動(dòng)控制”開(kāi)關(guān)打在高檔，一定時(shí)間后，毫伏表讀數(shù)接近目標(biāo)溫度對(duì)應(yīng)的熱電偶讀數(shù)，即可將開(kāi)關(guān)撥至低檔，通過(guò)調(diào)節(jié)手動(dòng)開(kāi)關(guān)的高檔、低檔及斷電檔，使上銅盤(pán)的熱電偶輸出的毫伏值在±0.03mV范圍內(nèi)。
待上銅盤(pán)的溫度穩(wěn)定后，觀(guān)察下銅盤(pán)的溫度變化情況，每隔30秒記錄上、下圓盤(pán)A和P對(duì)應(yīng)的毫伏讀數(shù)，待下圓盤(pán)的毫伏讀數(shù)在3分鐘內(nèi)變化一個(gè)字以?xún)?nèi)，即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),記下此時(shí)的VT1和VT2值。
3、記錄穩(wěn)態(tài)時(shí)T1、T2值后，移去樣品，繼續(xù)對(duì)下銅
裝箱數(shù) : 1 ;
工作電壓 : 220（V） ;
精密度 : 0.1%（%） ;
類(lèi)型 : 導(dǎo)熱系測(cè)定儀 ;
型號(hào) : FM3615 ;
品牌 : 導(dǎo)熱系數(shù) ;
加工定制 : 是 ;