[發明專利]一種非穩態平行熱線導熱系數測試儀及其試驗方法

有效

• 申請號: 201711118521.7
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN107917929B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 張亞靜;譚麗華;蔚曉敏;李永剛;邵昕;申西杰
• 申請（專利權）人: 中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務所(普通合伙) 41118
• 代理人: 智宏亮

本發明公開了熱線導熱系數測試儀，包括試驗爐體、試樣、熱線、加熱引線、組合式示差熱電偶、熱線電壓測量系統，第一塊試樣上表面設有熱線槽和設在熱線槽一側的第一平行槽，熱線設在熱線槽內，第一平行槽內設有測溫熱電偶，設在第一塊上面的第二塊試樣上表面設有參比熱電偶，溫差熱電偶和參比熱電偶構成示差熱電偶；熱線槽另一側所設的第二平行槽內設有測溫熱電偶，設在第一塊上面的第二塊試樣上表面設有與第二平行槽內的測溫熱電偶相對應的參比熱電偶，溫差熱電偶和參比熱電偶構成示差熱電偶。所述試驗方法包括a.試樣及制備b、試樣及熱線單元的安裝：c.參數錄入d.運行e.結果的運算與處理。測試精度由現行的10%提高到3%。

技術領域

本發明專利屬于材料的測試技術類，涉及測試固體材料非穩態熱線法導熱系數的測定，特別是一種非穩態平行熱線導熱系數測試儀及其試驗方法。

背景技術

導熱系數是衡量材料熱物理性質的重要參數，也是熱工計算與各種工業爐設計所需的重要性能指標之一。測量導熱系數的方法較多，針對不同的材料，不同的應用目的，材料的導熱系數范圍、制備試樣的樣品幾何形狀、測試條件（溫度、氣氛等）、數據所需的精確度、測量周期及所需費用等一系列因素的影響。非穩態熱線法是測試耐火材料導熱系數最成熟的方法之一。

現行國家標準GB/T 5990-2006《耐火材料導熱系數試驗方法（熱線法）》將ISO標準ISO 8894-1:1987（十字熱線法）與ISO 8894-2:1990（平行熱線法）匯總修改采用，已在國內推廣二十余年。平行線法是目前使用最廣范的一種試驗方法。

平行熱線法：將一根直徑不大于0.5mm，長度約為200mm的熱線（純鉑絲），設置在一塊試樣上表面沿長度方向預先加工的1.0mm×1.0mm×230mm通槽（熱線槽）中部，在熱線兩端，距試樣端面15mm處，分別焊接有與熱線同材質直徑不大于熱線的純鉑絲測壓引線，通過與熱線槽成V字形延伸出試樣兩端面的1.0mm×1.0mm的測壓槽引出試樣，用于測量熱線電壓V，同時，在熱線兩端焊接有一根或多根與熱線同材質純鉑絲的加熱引線，其截面積之和大于熱線的截面，該加熱引線與熱線、熱線加熱器和電流表構成熱線加熱回路；在熱線槽的一側約15mm處，開設一平行于熱線槽的1.0mm×1.0mm的平行槽，在平行槽中部設置有鉑-鉑銠-鉑一個焊點（測溫熱電偶），用于測試試樣溫度。鉑銠絲通過平行槽引出試樣，在已設置熱線、加熱引線、測溫熱電偶的試樣上表面放置另一塊試樣（第二塊試樣），將鉑-鉑銠-鉑示差熱電偶的另一個焊點設置在第二塊試樣上表面處，該焊接點用于測試試樣上表面溫度，稱為參比熱電偶（或稱反接熱電偶），純鉑絲均引出試樣，測溫熱電偶與參比熱電偶構成了示差熱電偶。在參比熱電偶上可以放置與試樣同材質的上蓋板。熱線、加熱引線、示差熱電偶稱之為熱線單元，均通過其支架或導管引出到爐體外與其相應的熱線加熱器和測量單元連接。熱線與測壓引線和電壓表構成測壓回路，示差熱電偶及其引線與溫度時間記錄儀構成測溫回路。

眾所周知，耐火材料是由同一或不同材質，同一或不同粒徑組成的，顆粒和周圍基質間，存在間隙或空洞。在平行熱線法中，給熱線施加恒定功率后，通過距熱線一定距離處溫度的變化，按照導熱逆問題原理，反推，求得耐火材料的導熱系數，這就是，平行熱線法的模型或根本機理。從宏觀而已，耐火材料可以看作是有顆粒和基質組成的均質體，但從微觀或局部來看耐火材料并不是均質體，特別是，顆粒極限較大的耐火材料、空隙較多的隔熱耐火，在局部更不是均質體。加之，顆粒和或基質分布的隨機性較強，局部非均質現象更加凸顯。在平行熱線法中的測溫熱電偶，是由金屬絲線焊接而成，其焊點一般為球形，其直徑一般為線徑的1倍到2倍。平行熱線法用的鉑-鉑銠絲直徑，常見的為0.5mm和0.3mm，對于0.5mm的絲，焊點直徑一般為0.8-0.5mm，0.3mm的絲，焊點直徑一般為0.5-0.3mm。一般燒成致密耐火材料，是由3-1mm的粗顆粒，1-0.5mm的中顆粒，0.088mm細粉，添加結合劑后攪拌，壓制、高溫燒結而成。氣孔大于45%耐火材料為隔熱材料，由聚苯乙烯球與耐火細粉混合、成型、燒結而成的隔熱耐火材料，內含大量直徑約1.0mm的球形空格，木屑與耐火細粉混合燒結而成的隔熱耐火材料，內含大量局部很不均質的空隙和空洞。