[發明專利]一種固體材料的導熱系數的測量方法

無效

• 申請號: 200910079758.8
• 申請日: 2009-03-10
• 公開（公告）號: CN101493432A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 林鴻;張金濤;薛壽清
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01N27/18
• 分類號: G01N27/18
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 張國良

技術領域

本發明涉及涉及材料導熱系數領域，尤其涉及一種固體材料的導熱系 數測量方法。

背景技術

評價材料絕熱性能的物理參數就是材料本身的導熱率，它的倒數決定 了材料的熱阻，導熱系數作為物質的重要物理參數，對于評價材料的絕熱 性能具有決定性作用；并且在化工、材料、能源、動力和制冷工程等領域 有著重要的用途，是許多工業流程和產品設計中必不可少的基礎數據。隨 著現代工業的快速發展，固體材料的導熱系數測量，日益受到人們的重視。

物質的導熱系數可以通過實驗測量、理論推算或計算機模擬等方法來 獲得，但目前仍然以實驗測量為主。根據導熱系數的實驗測量原理，其測 量方法大致可以分為穩態法和非穩態法。

穩態法是指當試樣上的溫度分布達到穩定后，即試樣內的溫度分布是 不隨時間變化的穩定的溫度場，通過測定流過試樣的熱量和溫度梯度等參 數來確定試樣的導熱系數的方法。穩態法的特點是實驗原理簡單，然而該 穩態法需要準確的一維熱流，通常需要附設熱補償裝置；同時需要布置多 個溫度測點來獲取均勻的溫度分布；因此實驗裝置的電氣控制和調節線路 比較復雜；此外在準備所需要的測量工況和進行實驗，都比較耗時且對環 境要求比較苛刻，穩態法主要包括有保護平板法、熱流計法、圓管法等。 非穩態法是指實驗測量過程中試樣溫度隨時間變化，通過測量試樣內某些 點的溫度變化情況以及其他相關參數，從而確定試樣的導熱系數的方法； 這種方法測量時間短，精確性較高，對環境要求低，但也由于受到測量方 法本身的限制，多用于測量導熱系數趨于常數的物質，主要有瞬態熱線法、 熱帶法、常功率熱源法、激光閃爍法等。

瞬態熱帶法與瞬態熱線法的測量原理非常類似，取兩塊尺寸相同的待 測樣品，在兩者間夾入一條很薄的金屬片，即為熱帶，在熱帶上施加恒定 的加熱功率，作為恒定熱源，熱帶的溫度變化可以通過測量熱帶上電阻的 變化獲得，也可以直接用熱電偶測得。進一步可以獲取熱帶上溫度和時間 的變化關系，根據其原理關系式就可以獲得導熱率。這種方法使熱帶可以 很好的與待測材料接觸，同時，與比熱線法相比能夠更好的測量固體材料 的導熱率，熱線法主要用于測量氣體或者液體材料導熱率方面有比較大的 優勢。

熱帶法測量導熱系數所用的熱帶橫截面尺寸為4×0.008mm²，其所選用 的金屬材料的電阻率為5×10^-3，待測材料的尺寸為80×50×15mm³。為了 使待測材料和熱帶之間有很好的熱接觸，需要在它們接觸面添加一些粘度 比較低的油，另外，在熱帶法基礎上出現的瞬態熱橋法，即以八個電阻構 成惠斯通電橋的形式分布，把原來熱帶法的溫度與時間關系換算成易于測 量的電壓和時間的關系，利用恒流源來對整個電路進行加熱。但該方法在 測量過程中采用假設系統總功率不變的前提，得到的理論體系以及相應的 恒流測量方案都是錯誤的。

總之，目前本領域技術人員迫切需要發展出一種能夠簡單易行、且精 確測量固體材料的導熱系數的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠簡單易行、且精確測量固體材料的導熱 系數的方法。

為達到上述目的，本發明公開了一種固體材料的導熱系數的方法，所 述步驟包括：

A1：將以惠斯通電橋形式分布的加熱片放置于兩個待測材料中間；

A1：將以惠斯通電橋形式分布的加熱片中相對的兩個端點之間加載恒 定的電流I；

A2：將所述待測量材料放置于所述的加熱片之間的分布中相對的兩個 端點附加恒定的電流；

A3：依據公式得到該待測量材料的導熱系數；

其中，Φ為加熱功率，L為每一個電阻對應的熱帶的長度，α為電阻溫 度系數，R(0℃)為0℃時的電阻，λ為導熱系數，m是時間和電壓的線性關 系的斜率，I為流過導熱材料的電流，π為圓周率。

進一步地，所述步驟A2為：

將所述待測量材料放置于所述的加熱片之間的分布中相對的兩個端點 附加恒定的電壓；

依據公式得到該待測量材料的導熱系數；

其中，U為附加在該待測材料的電壓，T為開始時待測材料的溫度。

進一步地，所述步驟A2為：

將所述待測量材料放置于所述的加熱片之間的分布中相對的兩個端點 附加恒定的功率；

依據公式得到該待測量材料的導熱系數。