B2不良导体热传导率测量(准稳态法)实验报告.docx

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1、度和加热时间成线性关系，温升速率都为此值是一个和材料导热性能和试验条件有关的常数，此时加热面和中心面间的温度差为：=r）（O.r）=:竺2（6）由式（6）可以看出，此时加热面和中心面间的温度差,和加热时间I没有干脆关系，保持恒定。系统件处的温度和时间呈线性关系.温升速率也相同，我们称此种状态为准稳态1当系统达到准稳态时，由式（6）得到2（7）依据式（7），只要测量进入准稳态后加热面和中心面间的温度差ZJh并由试验条件确定相关参量牛和R,则可以得到待测材料的导热系数，。另外在进入准稳态后，由比热的定义和能量守恒关系，可以得到卜.列关系式：比热为：c=-（9）呜（it式中dr为准稳态条件下试件中心

2、面的温升速率（进入准稳态后各点的温升速率是相同的）。由以上分析可得：只要在上述模型中测量出系统进入准稔态后加热面和中心面间的温度差和中心面的温升速率，即可由式（7）和式（9）得到待测材料的导热系数和比热。2 .熬电偶温度传感器：热热电偶结构简洁，具有较高的测量精确度，测温范圉为-516（xrc,在温度测量中应用极为广泛。由A、B两种不同的导体两端相互紧密的连接在一起，组成一个闭合回路，如图2TQ时，回路中就会产生电动势，从而形成电流，这-现象称为热电效应，回路中产生的电动势称为热电势。)(b)(C)图2热电偶原理及接线东愈图理论分析和实践证明热电偶的如下基本定律：热电偶的热电势仅取决于热电偶的

3、材料和两个接点的温度，而与温度沿热电极的分布以及热电极的尺寸与形态无关(热电极的材质要求匀称)。在A、B材料组成的热电偶回路中接入第三导体C,只要引人的第三导体两端温度相同，则对回路的总热电势没有影响。在实际测温过程中，须要在回路中接入导线和测量仪表，相当于接入第三导体，常采纳图2在智能式测量仪表中，将有关参数输入计免程序，则可将测得的热电势干脆转换为温度显示。3 .试险测量方法m3被测样件的安装测量仪器必需尽可能满意理论模型，而模型中的无限大平板条件通常是无法满意的.试脸中总是要用有限尺寸的试件来代替.但试验表明：当试件的横向尺寸大于厚度的六倍以上时，可以认为传热方向只在试件的厚度方向进行。

4、为了精确地确定加热面的热流密度力,利用超薄里加热器作为热源，其加热功率在整个加热面上匀称并可精确限制，加热器本身的热容可忽视不计。为了在加热器两侧得到相同的热阻，采纳四个样品块的配置，可认为热潦密度为功率密度的一半，如图3所示。为了精确地测出温度和温差，可用两个分别放电在加热面中部和中心面中部的热电偶作为温度传感器来测量温升速率和沮差.1215161716151819图6样M源试型3 .接线原理图及接线说明试验时，将两只热电偶的热只分别偶的样品的“加热面中心”和“中心面中心”,冷端置于保温杯中，接线插孔实物和接线原理如图7、图8所示。（I）放大盒的两个“中心面热端+”相互短接再与左横梁的中心而

5、热端“十”相连（三个绿色插孔）：（2）放大盒的中心面冷端+”与保温杯的中心面冷端+”相连（二个蓝色插孔）：放大盒的“加热面热端+”与右横梁的“加热而热端+”相连（二个黄色插孔）：4 4）“热电势输出一”和“热电势输出+”则与主机后面板的“热电势输入一”和“热电势输出+”相连（红连接红，黑连接黑）：（5）左、右横梁的两个“一”满分别与保温杯上相应的一端相连（均为黑连黑）：（6）放大盒左侧面的七芯插座与后面板上的“限制信号”与相连，主机面板上的热电势切换开关相当于图8中的切换开关开关向上合时，B点为热电偶的1温端，C点为热电偶的低温端，测量的是“中心面与室温间的温差热电势，而A、D部分不起作用：开

6、关向下合时，A、D点组合测量的是“加热面与室湿”间的祖差热电势，B、C点组合测量的是“中心面与室温”间的温差热电势。当它们串联起来时，由于C、D有相同的温度.故总的温差热电势就表示“加热面与中心面”的温差热电势。图7fti<fo女蛉装JB傩昆图图8授我方法WMR总理留试验内容和步骤留意：在取样品的时候，必需先将中心面横梁热电偶取出，再取出试验样品.最终取出加热面横梁热电偶.泮禁以热电偶弯折的方法取出试验样品，这样将会大大减小热电偶的运用寿命。1.测量有机玻璃样品的导热系数和比热容：（1）安装样品并连接各部分联线。用万用表检查两只热电偶冷端和热端的电阻值大小，一般在36欧婢内，假如偏差大于1

7、欧姆，则可能是热电偶有问题，遇到此状况应请指导老师帮助解决。旋松螺杆旋钮，轻轻拔出左、右两横梁（横梁下装有热电偶，当心！不能弄坏，且横梁的左右位置不能搞错），取出样品架。戴好手套（手套自备），以尽量保证四个试验样品初始湿度保持一样“将冷却好的“有机玻璃样品放进样品架中，并按原样安装好，然后旋动螺杆旋钮以压紧样品。在保温杯中加入自来水，水的容量约在保温杯容量的3/5为宜。依据试脸要求连接好各部分连线（其中包括主机与样品架放大盒，放大盒与横梁，放大盒与保温杯，横梁与保温杯之间的连线）。留意事项；在保温杯中加水时应留意，不能将杯盖倒立放置，否则杯海上端电偶处残留的水将倒流到内部接线处，导致接线处生楞

8、，从而影响仪叁性能和运用寿命.有条件的学校可以运用植物油代替水进行试验，如此可不需反复更换.（2）设定加热电压。检查各部分接线是否有误，同时确认后面板上的“加热限制”开关已经关上。打开主机电源，预热仪器10分钟左右:按严电压切换”按钮，切换到“加热电压”档位，族转“加热电压调整旋钮到所须要的电压.（参考加热电压：I8V）.测定样品加热面与中心面,间的温度差和“中心面的升温速率。弹出“电压切换”按钮，切换到“热电势”档位，弹出“热电势切换”按钮，切换到“温差”档位：等待！让显示的“温差热电势”的肯定值小于0004mV（假如试验要求黏度不高，此条件可以放宽到0.010左右,但不能太大，以免降低试验

9、的精确性）:保证上述条件后，打开主机背面的“加热限制”开关,并起先记录数据。记数据时,每隔I分钟分别记录一次“加热面与中心面之间的温差热电势”和“中心面热电势”。一次试脸时间应在25分钟之内完成，般在15分钟左右为宜）.技巧：读数时,要来按下或弹出”“热电势切换“按钮，以读到温差热电势值Vl和中心面热电势V。试验时，可先读Vl,过半分钟后读V,再过半分钟读Vt这样能保证Vt读数的间隔是I分钟，V读数的间隔也是1分钟。（4）依据数据,计算“加热面与中心面响的温度差和“中心面”的升温速率。（5）由式（7）和式（9）计算有机玻璃的导热系数和比热容c.数据处理与分析准稳态的判定原则是温差热电势和温升热

10、也势趋于恒定。试脸中有机坡璃一般在8-15分钟，橡胶般在512分钟，处于准秘态状态。有了准稳态时的温差热电势Vt值和每分钟温升热电势AV值，就可以由（6）式和（8）式计算最终的导热系数和比热容数值。式（7）和式（9）中各参量如上样品厚度R=（三）IOM有机玻璃密度P=I196依加$橡胶密度P=13744/加q.=-1热流密度21式中V为两并联加热器的加热电压，F=40.09M0.09M为边缘修正后的加热面积,A为修正系数，对于有机玻璃和橡胶，AN).85,r=lIOC为每个加热器的电阻。铜一康铜热电偶的热电常数为0Q4mVK,即温度每差I度，温差热电势为0.04mV.,据此可将温度差和温升速率

11、的电压值换算为温度值。&上包=_温度差0.04,温升速率dr60x0.(Ml1.浦量有机玻璃祥品的导播系数和比热客：(1)试验数据加热电压：18Y衣一：有机歧播厚度有机玻璃样品号1234厚度三n10.8011.0010.8010.80表二：橡胶厚度椽胶样品号1234印度/m10.4010.6010.6010.60时间T(min)温差Vt(mV)时间T(min)中心面Vt(mV)每分钟温升温差/V=V1.Vn每分钟温升热中心面V=VnH-Vn10.0010.5-0.02620.0631.5-0.0190.0620.00730.1172.5-0.00060.0540.018440.1463.50.

12、0120.0290.012650.1634.50.0320.0170.0260.1735.50.0540.010.02270.1796.50.0760.0060.02280.1827.50.0990.0030.02390.1858.50.1220.0030.023100.1869.50.1450.0010.023110.18810.50.1680.0020.023120.18911.50.1910.OOl0.023130.18912.50.21400.023M0.18913.50.23800.024150.19014.50.2610.0010.023图1加热而与中心面温差随时间改变的图像图2中

13、心面海度的时间改变的图像计算热流蟒度qc=U2/(2Fr)=I82/(2O.85O.92IIO)=2l3.9Wn2 依据图1选取坡稳定的为4.850C,计算有机玻璃的导热系数=q,R2t=o.247V(m*C) 有机玻璃中心面温度与时间改变曲线的升温速率，即图2比设斜率dl/d1=0.00833r计算比热容c=q(PRdtQ)1969.74J/(kgD2.流检胶样品的寻焦系数和比热客：(D试脸数据:加热电压：18V时间T(min)温差热电势Vt(mV)时间T(min)中心面Vt(mV)每分钟温升温JV=Vn*I-Vn每分钟温升中心面,Y=Vn，1.Vn10.0620.5-0.00120.078

14、1.50.0060.0160.00730.0832.50.0210.0050.01540.0853.50.(Ml0.0020.0250.0864.50.0620.0010.02160.0875.50.0830.0010.02170.0876.50.10400.02180.0887.50.1260.00!0.02290.0888.50.14700.021100.0899.50.1680.0010.021110.09010.50.1890.0010.021120.09011.50.210Q0.021130.09112.50.2300.0010.02140.09113.50.25100.021150

15、.09114.50.270(10.019EOI图4中心面随时间改变图像计算热流密度qc=U2/(2Fr)=182/(2O.85O.O92IIO)=2l3.9Wn2依据图3选取最检定的工为2.325.计算橡股的导热系数=qcR2I=0.196W(mC)有机玻璃中心面温度与时间改变曲线的升温速率，即图4K线斜率可得，dd=0.0083*Cs计算比热容c=qi(PRdUdT)=1770.8J/(kgD【误差定性分析】试验过程中，掾作步骡严格依据预习试监报告进行掾作，但是实际测得与理论依还是彳rfft基，缘由可能有:样品不是志向人的无限平行薄板，而是有限的一堆平面，因此样品同一平面的不同地方也行在温差

16、：读数时按说的切换存在时间差，并不是严格的等差测图,因此会造成一些数据偏差：其次个试骁中，由于试蛤仪并未完全冷却，就起先试验，试验一的残留余热对试验影响较大：中心温度褊于某一值后,会对热电偶的测ifi造成影响,减梭升对速率而使其偏离线性.【思索逖】1 .样品导热系数的大小与温度有什么美系？2 .样品S热系数的大小与导热性能有什么关系？3 .分析木实验的主要误差来源？4 .本实验中怎样实现稳定导热？如何判定已经到达稳定导热状态？1、答：一搬固体样品导热系数与温度成践性改变，关系式为=4M+)04,为ox;时固体样品的导热系数，也就是说，温度上升，导热系数变大；少数固体和气体液体也遵循温度越商，系

17、数越大但呈非线性关系.2,答：依据导热系数的定义一一在稳定传热条件下，通位面积舱位厚度刈限两侧温差IC时传递的热收，则材料导热系数越大，肯定程收上反映了在单位厚度单位面积内层政最传递的热量更多，即表明材料本身的导热性能越好。3,答：试验主要误差来源有：操作过程中，未能将检找到温差梅定点,即准稔态点；进行其次次试粉之前，样品、仪器、热电得未完全冷却至室温：志向试脸必需运用无限大样品.但试脸运用的是有限的样品.4、答：限制方法：依据志向方程解出样品各处在不同时间温度的衣达式，当潜意atR205的条件.高阶项的改变可以忽视,而这些条件可以通过试验得到满意：推断方法.在加热时间内淑差的伯先发生改变，一段时间后,温差值趋于稳定在某一特定但，当温基佗稳定时即可推断达到稳定导热状态./(?Z?/7M/。外人wO40C/7/6。/20/评。、U”o.-、/力9/讥7ty“57uo074Op.u1QU