導熱系數儀計算公式 在節能意識逐步提高的今天,導熱系數測試儀,已經在廣大檢測領域得到廣泛的應用,但對于它的校準方法現今還沒有一個可靠穩妥的方法。
1.導熱系數儀原理和特點
導熱系數儀是一種基于傅立葉導熱定律而進行材料導熱系數測量的儀器,在導熱過程中,單位時間内通過給定截面的熱量,與該截面的面積和垂直于該截面方向的溫度梯度成正比,在一維穩态導熱時。
公式成立有3個前提條件:(1)傳熱是一維傳熱,側面沒有熱傳遞或熱損失;(2)被測材料具有各向同性或垂直導熱截面上有相同的熱物性;(3)溫差是被測材料兩個傳熱面上溫度的差值。但是,在實際中測量由于儀器設備和測量手段的約束,往往無法理想的滿足這三個條件,隻能使之産生的影響小化。例如使被測材料材質盡量均勻,在側面增加絕熱闆,減小側面熱損失,在盡量靠近熱闆表面處埋設溫度傳感器,減小接觸熱阻等。
所以,實際應用中的導熱系數儀通常由計量加熱單元、冷闆單元、防護單元、控制系統、測量系統、壓緊系統和制冷機構組成。
2.校準方法
通過以上原理可以得知,穩态法測量導熱系數的困難主要在于相關參量的準确獲得。由于導熱系數是标志一個過程(傳熱)的性質的熱物性參數.因此不可能通過直接靜态對比而得出。所以,可以将同樣尺寸規格的标準樣品(導熱系數已知)放在導熱系數儀中,在某一外部條件下,經曆一個傳熱過程,另外再通過測量冷熱闆的表面溫度,就可根據測量結果的比較而得到被測導熱系數儀的測量準确度。
2.1校準條件
校準導熱系數儀用的主要标準器有導熱系數标準參比闆和精密表面溫度計。其中導熱系數标準參比闆由國家建材研究院研制,這是一種通過多台精密導熱系數儀比對定值的已經通過國家審核認可的标準樣品,使用溫度範圍在(270~373)K之内,具有很高的可靠性和穩定性,測量不确定度2.5%(95%置信概率時)。
2.2基本示值誤差的校準方法
測試前先将導熱系數參比闆在105℃±5℃的烘箱中烘幹48小時,再在濕度低于30%RH的幹燥櫃中冷卻至室溫,再用遊标卡尺測量參比闆的厚度。将導熱系數儀接入穩壓電源,在測量過程中電源電壓的波動應在±10%以内。
将導熱系數儀的電源開啟,如果是自動控制類型的導熱系數儀同時也将控制軟件開啟。充分預熱後将導熱系數标準參比闆放入導熱系數儀測試腔中,再将精密表面溫度計分别放入加熱闆和參比闆之間以及參比闆和冷闆之間,感溫頭應貼附在參比闆表面上,放置位置位于參比闆的中心。自動壓緊裝置的啟動壓緊裝置,手動壓緊的上緊裝置将參比闆壓緊,壓緊程度以使參比闆和冷熱闆緊密接觸為宜。
設置好測試時的熱闆溫度、冷闆溫度和試樣厚度,啟動導熱系數儀進行測試,當溫度和傳熱達到穩定平衡時,測量此時的表面溫度計讀數,讀取熱闆和冷闆的4個表面溫度t1、t2、t3和t4(單位℃)。之後每間隔10min讀一次數,共讀取十次數據,分别計算其平均值,求出參比闆平均溫度T。
2.3基本示值誤差計算
導熱系數儀校準的測量不确定度實際由兩部分組成:導熱系數參比闆計算的不确定度和溫度測量的不确定度。通過溫度基本示值誤差和導熱系數基本示值誤差的校準,我們可以得到該導熱系數儀的綜合測量準确度,提高導熱系數儀對材料熱物性測量的可靠性和準确度。通過對導熱系數儀的計量表面溫度的測量,對于導熱系數儀我們可以更加方便、準确的測量其導熱系數基本誤差,達到校準的目的。
