便携式导热系数测量仪

　　1引言

　　导热系数是表明材料传递热量的能力，是材料热物性的重要参数，也是评价材料绝热、保温性能好坏的主要参数。提高测量导热系数的精度对于合理利用能源、合理选用保温材料有着重要意义。

　　物体导热系数一般都是通过实验进行测定，其测定方法可分为2大类:稳态法和瞬态法。其中，瞬态法具有实验时间短、测定速度快、准确而且一般无需测量试件的导热量。热线法是瞬态法的一种，由于它更快捷、准确和方便，早在20世纪30年代至60年代间就被用来测算液体或某些气体的导热系数[l-3]。到20世纪80年代，人们开始利用热线法分析计算某些固体的导热系数[4]。本文正是在上述研究的基础上，将理论模型简化为实验模型，并设计了实验装置，以促进该方法的实际应用。

　　2测量原理

　　1根半径为八的无限长导线置于无限大介质中，初始时导线与介质处于热平衡温度T0，若突然给导线通以恒定电流I，每单位长度导线上将产生q=I2R/L焦耳热，于是在被测试件中形成了以加热导线为轴心的长圆柱体瞬态温度场。该方法是根据热逆(反)问题原理，利用所取得温度T值，反算试件的导热系数几。当热扩散系数a(a=入/(p·c，)，其中、cp各为试件的比热和密度)是常数，且忽略热流沿加热导线的轴向传播时，该定解问题的数学表达式【5.6】为:

　　由式(5)可看出T(r0，τ)是关于峪/ar的函数。如果考虑加热导线与介质之间的热阻以及加热导线本身热容量对热传导的影响，式(5)中的函数△(u，ω)及参数。须作适当修正，具体表达式见文献[7]。由于r0很小，当时间较长后，r02/4ar<<1，于是式(5)可渐近展开为[7]:

　　实际应用中，还需要对式(8)做一些修正:

　　(1)忽略加热导线热容的影响，、是不包括加热导线产生的热量消耗于自身温升所需的时间 τ0，即 τ理= τ实- τ0其中 τ实是实际时间， τ0可由

　　曲线计算得到。

　　(2)温度变化是由热电偶检测得到的，所以要用热电势dE/dθ进行转换处理。则实际导热系数测算公式为:

　　式(9)既有理论依据又包含了测量参数，是一个既严格又简便λ的新计算式。

3仪器组成

　　仪器结构装置如图1所示。系统由仪器机箱和试件台2部分构成。仪器机箱由仪表窗口、智能模块、传感器/变送器等组成。

　　在仪表窗口上可以显示导热系数测量值，仪器还可实现精度标定及快速测量等功能。为了保证仪器的测量精度，仪器需要定期测试标准试样标定参数。为了快速得到测量值，系统设置了导热系数预设键。因被测材料的导热系数差异很大，如果预先知道材料导热系数范围，选一个合适量程键，将缩短测试时间。否则，系统按正常测试程序执行。