[發明專利]一種太陽能測定材料導熱系數實驗儀及其測量方法

有效

• 申請號: 201810814355.2
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN108872306B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 毛愛華;蔡祿;章明;李穎;侯小娟
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 陳婧

本發明公開了一種太陽能測定材料導熱系數實驗儀及其測量方法，包括滑軌，加熱盤架，散熱盤架，不良導體樣品架，不良導體樣品，金屬樣品，金屬樣品架，加熱盤，散熱盤，溫度傳感器一，溫度傳感器二，散熱風扇，單片電腦測溫及控制儀，壓緊螺栓，壓緊螺母，太陽能光伏供電系統；此測量裝置用于穩態法測定不良導體、金屬材料的導熱系數；本儀器現象直觀、測量數據準確、測量誤差小，重復性好，各個部件方便拆裝，便于實驗順暢進行，避免現有儀器拆裝不便導致教學進度緩慢的問題；本裝置提高了實驗精度和實驗效率；可廣泛應用于科研、教學和生產中。

技術領域

本發明具體涉及一種太陽能測定材料導熱系數實驗儀及其測量方法，屬于物理實驗儀器領域。

背景技術

導熱系數是表征物質熱傳導性質的物理量；材料結構的變化與所含雜質的不同對材料導熱系數數值都有明顯的影響，因此材料的導熱系數常常需要由實驗去具體測定；

測量導熱系數常用實驗方法為穩態法；先利用熱源對樣品加熱，樣品內部的溫差使熱量從高溫向低溫處傳導，樣品內部各點的溫度將隨加熱快慢和傳熱快慢的影響而變動；適當控制實驗條件和實驗參數使加熱和傳熱的過程達到平衡狀態，則待測樣品內部可能形成穩定的溫度分布，用物體散熱速率求傳熱速率的實驗方法，根據傅立葉方程就可以計算出導熱系數；

如FD-TC-B型導熱系數測定儀裝置，它由電加熱器、銅加熱盤，樣品圓盤，銅散熱盤、支架及調節螺絲、溫度傳感器以及控溫與測溫器組成；公開了一種穩態法測定不良導體導熱系數的實驗裝置；目前此實驗儀器普遍存在著以下不足：

（1）現有實驗儀器多用于不良導體（如橡膠 玻璃、陶瓷、有機玻璃、塑料）導熱系數的測定，無法實現對金屬材料（如銅、鋁、鐵等）導熱系數的準確測量；測量內容單一，無法滿足一種儀器可以同時準確測量不良導體、金屬導熱系數的需求；

（2）FD-TC-B型導熱系數測定儀裝置在使用時，需將樣品放在加熱盤與散熱盤中間，樣品要求與加熱盤、散熱盤完全對準，然后固定；之后調節底部的三個微調螺絲，使樣品與加熱盤、散熱盤接觸良好，但注意不宜過緊或過松：過緊會壓縮樣品的厚度，過松導致樣品與加熱盤、散熱盤接觸不良，中間有空氣隙；這些都會導致無法準確測量樣品的導熱系數；現有設備接觸面貼合程度控制不靈活，不能較好的調節使樣品與加熱盤、散熱盤接觸良好；

實驗中，加熱盤、圓盤樣品、散熱盤的圓面面積相同，且依次從上到下疊放再一起，樣品要求與加熱盤、散熱盤完全對準，由于有電加熱器在上方遮擋，加熱盤、樣品、散熱盤完全對準操作不方便；之后調節底部的三個微調螺絲，使樣品與加熱盤、散熱盤接觸良好；在調節底部的三個微調螺絲時，加熱盤、圓盤樣品、散熱盤容易傾斜，導致加熱盤、圓盤樣品、散熱盤間相互錯位，不能完全對準，影響實驗測量進行，稍有不慎便會導致測量結果不準確，整個安放、調節過程繁瑣；此外，更換樣品時還需要將加熱盤、加熱盤上的電加熱器取下來或抬高才能進行樣品更換，操作時容易被燙傷，操作不靈活；導熱系數計算時，需要測量散熱盤半徑、厚度，樣品的半徑、厚度；所以需要將散熱盤、樣品取下進行測量，現有設備裝卸不方便；整個實驗中器材拆裝不夠簡便，導致實驗進行不夠順暢，浪費了有限的教學實驗時間，耽誤了教學進度；

（3）穩態法測量不良導體、金屬材料導熱系數，實驗中，不良導體需設置為直徑10cm，厚度設置為10mm的圓板；金屬需設置為長度為20cm，截面直徑置為10cm的圓柱體；樣品一端面與一個穩定的均勻發熱體充分接觸，另一端面與一均勻散熱體相接觸；不良導體為平板樣品，其側面積比平板平面小很多，可以認為熱量只沿著平板平面方向垂直傳遞，側面散去的熱量可以忽略不計，即可以認為，樣品內只有在垂直樣品平面的方向上有溫度梯度，在同一平面內，各處的溫度相同；而金屬樣品側面積和平板平面相比差距不大甚至比平板平面面積還大，側面散去的熱量會極大影響測量結果；

（4）FD-TC-B型導熱系數測定儀沒有電子計時器，另配例如秒表、電子表、手機等計時器，計時器不統一造成計時誤差；