导热系数测试仪使用说明书

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1、导热系数测试仪使用说明书北京恒奥德科技有限公司 地址：100142 电话： 传真：一、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一个设计依据，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

2、是热学实验中的一个重要内容。本测试仪由加热器、数显温度表、数显计时器等组成（采用一体化设计）二、主要技术指标1、电源：AC （22010%） V, （50/60） HZ2、数字温度表：测量精度：0.2%1个字.3、数字计时秒表:计时范围：0100min;最小分辨率IS;精度：10-54、测量温度范围:室温500C （最高加热温度550C）5、加热电压: 36VAC6、散热铜板：半径：65mm厚度：7mm质量：815g（以上的参数已在每一块铜板上标注,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、使用前将加热盘与散热盘的表面擦干净。样品两端面

3、擦净，可涂上少量导热 硅油。以保证接触良好。2、实验过程中，装样、卸样请注意热面温度，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、成套清单1、导热系数测试仪1台2、电源线1根3、测试样品（硬铝、橡皮、胶木）1组4、使用说明

4、书1份5、产品合格证1份6、计算软件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）基本形式之一，是工程热物理、材料科学、固体物理及能源 环保等各个研究领域的课题之一，要认识导热的本质和特征，需了解粒子物理 而目前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

5、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，目前各种测量导热系数 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。实验原理为了测定材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手。热 传导定律指出：如果热量是沿着Z方向传导，那么 在Z轴上任

6、一位置Z0处到一个垂直截面积dS （如图1）以dT表示在Z处的温度梯度，以dQ表示在 ddtdQ一入（正）Z0dSdt该处的传热速度（单位时间内通过截面积dS的热 量），那么传导定律可表示成：式中的负员表示热量从高温区传导（即热传导的方向与温度梯度的方向相反）。 式中比例系数入即为一个单位的情况下，单位时内垂直通过单位面积截面的热 量。利用（S1-1）式测量材料的导热系数入，需解决的关键问题两个：一个是 在材料内造成一个温度梯度dT并确定其数值；另一个测量材料内由高温区向 dz低温区的传热速率dQ。dt1、关于温度梯度dTdz为了在样品内造成一个温度的梯度分布，可以把样品加工成平板状，并把夹在

7、两块良导体-铜板之间（图 2）使两块铜板分别保持在恒定温度 T 和 T ，就可能在垂直于样品表面的方向 上形成温度的梯度分布。样品厚度 可做成hD （样品直径）。这样， 由于样品侧面积比平板面积小得 多，由侧面散去的热量可以忽略不 计，可以认为热量是沿垂直于样品 平面的方向上传导，即只在此方向 上有温度梯度。由于铜是热的良导 体，在达到平衡时，可以认为同一 铜板各处的温度相同，样品内同一平行平面上各处的温度也相同。这样只要测出样品的厚度h和两块铜板的温度T1- T2T、T，就可以确定样品内的温度梯度度T1J2当然这需要铜板与样品表面的 12h紧密接触，无缝隙，否则中间的空气层将产生热阻，使得温

8、度梯度测量不准确。为了保证样品中温度场的分布具有良好的对称性，把样品及两场铜板都加 工成等大的圆形。2、关于传热速率dQdt单位时间内通过一截面积的热量如是一个无法直接测定的量，我们设法 dt 将这个量转化为较为容易测量的量，为了维持一个恒定的温度梯度分布，必须 不断地给高温侧铜板加热，热量通过样品传到低温侧铜块，低温侧铜板则要将 热量不断地向周围环境散出。当加热速率、传热速率与散热速率相等时，系统 就达到一个动态平衡状态，称之为稳态。此时低温侧铜板的散热速率就是样品 内的传热速率。这样，只要测量低温侧铜板在稳态温度T下散热的速率，也就2间接测量出了样品内的传热速率。但是，铜板的散热速率也不易

9、测量，还需要 进一步作参量转换，我们已经知道，铜板的散热速率与共冷却速率（温率变化 率dT ）有关，其表达式为dtdQ |tdT |t（ 2）|T = me |T（Sl2）dt 2dt 2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，用加热不镑钢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10C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

10、T-1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。应该注意的是，这样得出的是在铜板全部表面暴露于空气中的冷却速dt率，其散热面积为2nR 2+2nR h （其中R和h分别是下铜板的半径和厚度）然 而在实验中稳态传热时；铜板的上表面（面积为nRp2）是样品覆盖的，由于物 体的散热速率与它们的面积成正比，所以稳态时，铜板散热速率的表达式应修 正为：dQdt = me dtdtn R 2+2nR hpp p2nR 2+2nR hpp pS13)根据前面的分析，这个量就是样品的传热速率。将上式代入热传导定律表达式，并考虑到ds= n R2可以得到导热系数:2h+R1hdTpp入二

11、me-|T = T (S14)2h +2Rppn R2TT12dt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、R和h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。pp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、先放置好待测样品及下铜板（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。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。3、温度表控制升温步骤：（一）设置程序：按“一”键一

12、下即放开，仪表就进入设置程序状态。 仪表首先显示的是当前运行段起始给定值，可按“一”、“I”和“f” 键修改数据。按“）”键则显示下一要设置的程序值，每段程序按“时间 -给定值-时问-给定值”的顺序依次排列。按“一”键并保持不放2秒以 上，返回设置上一数据，先按“一”键再接着按“）键可退出设置程序 状态。在程序运行时也可修改程序。在运行中，在恒温段如果改变给定 值，则要同时修改当前段给定值和下一段给定值，如果要增加或缩短保 温时间，则可增加或减少当前段的段时间。在升降温段如果有改变升降 温斜率，可根据需要改变段时间，当前段给定温度和下一段的给定温度。 例如：C01=开始实测温度，T01=（实验

13、温度-开始实测温度）/升温速率， C02二实验温度，T02=恒温时间（可设8000），C03二实验温度，T03=-121。（二）运行：如果程序处于停止状态（下显示器交替显示“stop”），按“I” 键并保持2秒钟，仪表下显示器将显示“run”的符号，则仪表开始 运行程序。（三）停止程序运行：如果程序处于运行状态，按“ f ”键并保持2秒钟， 仪表下显示器将显示“stop”的符号，此时仪表进入停止状态。（参 照智能温度控制器使用说明书）。（四）合上“加热开关”，对上不锈钢板进行加热。4、上不锈钢板加热到设定温度时，（1）观察上不锈钢板的温度。当上不锈 钢板的温度保持不变时（可通过加热板温度显示来

14、观测），记录下此时 上不锈钢板的温度（T），在不断地给高温侧不锈钢板（上不锈钢板）加1 热，热量通过样品不断地传到低温侧铜块（下铜块），经过一定的时间 后，当下铜板的温度基本不变时，记录下此时下铜板的散热板温度值（T）。此时则可认为已达到了稳态。（大约在五分钟内下铜板的温度保2持不变）5、移去样品，继续对下铜板加热，当下铜盘温度比T高出10C左右时（高2温时要多些），移试样架，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秒读一次下铜盘的温度示值并记录，直至温度下 降到T以下一定值。作铜板的T-t冷却速率曲线。（选取邻近的T测量22 数据来求出冷却速率）。6、根据（S1-4）计算

15、样品的导热系数入，或数据输入计算机计算。7、设置上不锈钢板不同的加热温度，在设定加热温度时，须高出室温30C。 设定不同的加热温度，测量出不同温度下样品的导热系数入。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秒记下样品上、下圆盘A和P的温度T和T的数值，待T的数值在2分钟内不1 2 2变即可认为已达到稳定状态，记下此时的T和T值。122、测金属（或陶瓷）的导热系数时，T、T值为稳态时金属样品上下两个 面的温度，此时散热盘P的温度为T。因此测量P盘的冷却速率应为：3TTh1 |T=T 入二 me|T=T 33 tAtT-TnR212测T值时要在T T达到稳定时，将上

16、面测T和T的热电偶移下来进行测31、212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，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，。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。附录一：部分材料的密度和导热数材料名称(20C)导热系数W/(mK)导热系数密度温度(C)W/(m K)(Kg/m3)-1000100200纯铝2362700243236240238铝合金107261086102123148纯铜3988930421401393389金31519300331318313310硬铝146

17、2800橡皮0.13-0.351100电木0.231270木丝纤维板0.048245软木板0.044-0.079附录二：导热系数单位换算千卡/米*时*卡/厘米*秒*瓦/米*焦耳/厘米*秒*英热单位/英尺*时*Fkcal/m*h*Ccal/cm*s*Cw/m*kj/cm*s*CBtu/ft*h*F12.78X10-31.161.16X10-20.6723601418.74.1872420.85982.39X10-3110-20.57885.980.239100157.81.494.13X10-31.731.73X10-21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

18、、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

19、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，要做一个围框，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，要做一个围框，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。粉状或胶状材料检测方法简图薄试样的检测方法：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，一般取样是散热板面积和一定厚度，导热系 数高的取厚一点，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。