《橡胶材料导热系数的测量方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《橡胶材料导热系数的测量方法（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、橡胶材料导热系数的测量方法引言导热系数是表征物质热传导性质的物理量，对保温材料要求其导热系数尽量小，对散 热材料要求其导热系数尽量大。由于导热系数与物质成分、微观结构、温度、压力及杂质 含量密切相关，所以在科学实验和工程设计中，材料的导热系数常常需要由实验方法来 具体测定。测量导热系数的实验方法一般分为稳态法与动态法两类。在稳态法中，一般采用热 源先对样品进行加热，样品内部的温差使热量从高温处向低温处传导，样品内部各点的 温度将随加热速率和传热速率的影响而变动；当适当控制实验条件和实验参数，使加热 和传热过程达到平衡状态时，被测样品内部就能形成稳定的温度分布，我们可以利用这 一温度分布关系计算
2、出导热系数。而在动态法中，最终在被测样品内部所形成的温度分 布是随时间变化的，例如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢 的影响。测量原理当温度不同的两物体接触或一个物体内部各处温度不均匀时就会发生热传导现象。1882年法国数学、物理学家约瑟夫傅立叶给出了热传导的基本公式（傅立叶方程）：dT式中，dQ表示在dt时间内通过dS面元传递的热量，山是沿dS面元法线处的 温度梯度， k 为物质的导热系数。负号表示热量传递方向与温度梯度的方向相反。实T程匸HU度为22-f K 1A囲2穗态法蒯定橡胶材斜导热集抚实验叢置圏 扣电热板盒13-发热盘C-持测样盘 4散热 盘&林头 r-H G-
3、加热丹关JI-4扇 幵关1-制冷仪温厘显示J加热器固定祓钮弘 热电爲选择开关 L彊于M数字电压表 N-电 子制拎仪 4加热臨支挥架P-热电熾Q-M 电压表调R制冷桃温度调节S-制决锲 电澹开关T仪器嵐座山加热器22UV电謙精座 也数字电压表输人祐座厚度为h,面积为S的圆柱形样品如图1。若维持其上下表面为恒定的温度T1和T2(T1T2),侧面绝热，根据(1)式，则在时间内沿S法线方向从上向下传递的热量为:式中，为样品材料沿S法线方向的传热速率。样品的h, S及上下表面的温度T1和T2容易测出，问题的关键是测定-。因为稳定导热时，样品的传热速率和散热速率是相等的，故在实验中增加一个紧贴样品的散热盘
4、，其在稳定导热时的散热速率即% Ar为 。测量方法三个螺旋头支撑着一个铜散热盘D，如图2所示。其上放置一个圆盘状待测样品C， 样品C上安放一发热盘B。实验时发热盘B直接将热量通过样品上表面传入样品C， 散热盘D借电扇有效稳定地散热，使传入样品的热量不断从样品的下表面散出。由于 发热盘B与散热盘D为良导体，且B的下表面、D的上表面与样品盘C的上、下表面 密切贴合，故可以认为样品盘C上、下表面的温度分别与B、D盘的温度相同。当传入 样品盘C的热量等于它散出的热量时，样品处于稳定导热状态，这时发热盘B与散热 盘D的温度为定值(T1和T2)。测出稳定导热时的T1和T2,然后抽出样品盘C,让发热盘B的底
5、面与散热盘D 直接接触，使D的温度上升20r左右，移去加热盘B，将样品盘C(样品为金属时用绝 缘板)覆盖在散热盘D上，使之自然散热。测出散热盘在T2附近的冷却速率，可取：式中，C2，m2分别为散热盘D的比热容和质量。由(4)式估算散热速率时，计入的散热面为散热盘的上、下表面和侧面，即它的总 面积为。实验中稳态传热时，散热盘的上表面被样品盘覆盖，其实际散热面积为。考虑到物体的散热速率与它的散热面积成正比，将(4)式修正为即为稳定导热状态下样品材料的传热速率。本实验采用热电偶与数字电压表来测量样品上、下表面的温度。记热电偶的温差系 数为a,当热电偶的高、低温端温度为T和TO时，其温差电动势E= a
6、 (T -TO)。保 持冷端TO=OC，则E= a T,于是有把(5)， (6)， (7)式带入(3)式得AH 式中 R 为样品盘的半径， E1、 E2 为稳定导热时样品盘上、下表面的温差电动势 瓦气为稳定导热时，散热盘温差电动势在E2附近的下降速率。当测量金属的导热系数时，T1和T2的值为稳定导热时金属样品上下表面的两个温 度(金属样品上下表面有可供插热电偶的小孔，如图3所示)，此时散热盘D的温度记 为T3。测T3的值时，可在T1和T2值达到稳定时，将上面测T1或T2的热电偶移 下来测量。此时有：G 口山K亠Ja|测量过程如图4所示，将待测样品放在发热盘B和散热盘D之间，松紧适中。5上1W1
7、胃7囲4特测样品的枝霆L加热器1加热盘3.发热盘热电洛盘置箏止发 热盘热电號5持测样乳6.样器限仓立也7升降 调酋矗钮乩歌热盘乩数热盘热电灣参照图2、图5连接好仪器。发热盘B和散热盘D（或待测金属的上、下端）侧面都有供安插热电偶的小孔，将热电偶的高温端尽量深地插入小孔，低温端插入制冷仪后面板的制冷输出孔，如图 6 所示。囲厅仪器接线示愈囲L热电倚选择埠换丼关2接热也借i 3接数字 电庄表4接热电爲2 5凤_扇开关6.工祚指示灯 2加热丹关数字电压表调零。打开数字电压表的电源开关，将数字电压表与导热系数测定仪的 连线在数字电压表端V断开，旋转调零旋钮Q调零，然后再接好连线。将导热系数测定仪的电源
8、开关G打到220V位置，给发热盘B加热。打开风扇电源 H。通过切换K键，用数字电压表跟踪发热盘B和散热盘D的温度变化（显示为毫伏数）, 其中读数变化较快者为发热盘B的温差电动势。当发热盘B的温差电动势达到4.00mV 时，将导热系数测定仪的电源开关G打到110V位置，继续对发热盘B加热。电压降至110V后，每隔5分钟读取一次样品上、下表面的温差电动势1和2（通 过调节电键K切换），记录在表1中。测得若干组数据后，注意将每组数据与上一组相 比较，若相邻两次读数相差不大（v0.03mV）,则可认为达到稳定导热状态，此时上、 下表面的温差电动势读数分别记作E1，E2。抽出样品盘C,让加热盘B紧贴散热盘D
