[發明專利]單試件防護熱板法熱導率測試儀的熱交換功率的修正方法

有效

• 申請號: 201410065257.5
• 申請日: 2014-02-26
• 公開（公告）號: CN103868948A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 李艷寧;索亞運;張云川
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 呂志英

技術領域

本發明屬于材料熱物理特性的檢測技術領域，特別是一種單試件防護熱板法熱導率測試儀的熱交換功率的修正方法。

背景技術

單試件防護熱板法熱導率測試儀是一種常用的采用穩態法測試隔熱材料熱導率的儀器，也是公認的準確度最高的一種測試手段。但是，由于在單試件防護熱板法熱導率測試儀的熱板/護板和熱板/背板間存在熱交換功率，以熱板/護板間的熱交換為例，當熱板溫度T_r高于護板溫度T_h時，熱板會有一部分熱量ΔP_r/h傳遞到護板，此時儀器提供給熱板的加熱功率包括了維持樣品兩面之間的功率P_S以及傳遞給護板的功率ΔP_r/h兩部分，根據公式（1）可知，這將導致計算得到的樣品的熱導率偏大；反之，當熱板溫度T_r低于護板溫度T_h時，護板會有一部分熱量ΔP_r/h傳遞到熱板，此時儀器僅需要提供給熱板的加熱功率是維持樣品兩面之間的功率P_S和護板傳遞給熱板的功率ΔP_r/h之差，根據公式（1）可知，這導致計算得到的樣品的熱導率偏小。類似地，可以分析背板與熱板間的溫差ΔT_r/b引起的功率損失ΔP_r/b。熱板/護板和熱板/背板間存在熱交換功率使得該方法的測量準確度大大降低。

傳統的單試件防護熱板法熱導率測試儀主要以溫度標定來保證熱板/護板以及熱板/背板間的熱平衡，但這種方法在實際中實施起來比較困難。以熱板/護板為例，由于護板和熱板間的熱交換發生在護板和熱板相鄰的隔縫之間，而護板和熱板的溫度傳感器與隔縫存在一定距離，在溫度傳感器和隔縫之間會存在溫度梯度，即溫度傳感器并不能直接反映隔縫處的溫度。

因此，通常熱板和護板之間難以保證溫度完全相等，即熱板和護板間總是存在溫差，從而導致它們之間存在熱交換。同理，熱板和背板之間也會存在熱交換。熱板/護板及熱板/背板間的熱交換將降低該測試方法的準確度。因此，建立一種方法來修正這種交換功率并進一步提高儀器的準確度是十分必要的。

總之，熱板/護板和熱板/背板間存在的熱交換功率使得該方法的測量精度大大降低，在室溫附近即0～100度之間的測量精度只能在±3.0%，而當在遠離室溫的溫度點進行熱導率測量時，這種熱板/護板和熱板/背板間存在熱交換功率對測量結果的影響更大，如在200度以上的高溫段和-50度以下的低溫段時，測量精度僅為±7.0%～±10%，遠不能滿足保溫材料的科研和質量保證的檢測要求。

發明內容

本發明提供一種單試件防護熱板法熱導率測試儀的熱交換功率的修正方法，以利于通過在單試件防護熱板法熱導率測試儀上對標準物質測試，實現對熱板/護板和熱板/背板間熱交換功率的修正，對單試件防護熱板法熱導率測試儀的熱板/護板和熱板/背板間存在的熱交換功率進行補償，從而提高該儀器的測量準確度。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是提供一種單試件防護熱板法熱導率測試儀的熱交換功率的修正方法，該方法包括標準物質、熱板/護板間和熱板/背板間的熱交換功率算法以及修正熱交換功率后的熱導率的計算公式；

所述的標準物質由標號分別為S1、S2和S3的三塊樣品組成，且滿足以下條件：

（1）由同種材料采用完全相同的工藝制作而成，即它們的熱導率是相同的；

（2）所述標準物質的熱導率是已知的，且在0.001～1.0W/m·K之間；

（3）所述標準物質的橫向尺寸為0.30m×0.30m，厚度分別為d₁、d₂、d₃，滿足2.25×d1≤1.50×d2≤d3≤0.375m，且d1≥0.10m；

所述熱板/護板間與熱板/背板間的熱交換功率算法為對所述標準物質的三塊樣品，在單試件防護熱板發熱導率測試儀上對三塊標準物質分別進行測試，則通過下式計算：