导热系数测量方法
导热系数测量方法（一）
导热系数测试方法，分为稳态法和瞬态法（又称为非稳态法）两类；
稳态法有：平板法、护板法、热流计法、热箱法等
瞬态法有：热线法、探针法、热盘法、热带法、激光法等
各种导热系数测试方法，有其自身的适用范围。由于物质具有固、液、气三种状态，不同状态时，其导热系数会差异很大；而不同状态时导热系数的测量也会有很大的不同；
相比于固体、液体和气体的导热系数测量更加困难，因为流体状态物质内更容易发生自然对流，温度场会很快发生变化，需要采集的速度相当快（如1秒），以避开自然对流的影响，所以对于仪器的要求会更高。
稳态法是指当待测试样上温度分布达到稳定后，即试样内温度分布是不随时间变化的稳定的温度场时，通过测定流过试样的热量和温度梯度等参数来计算材料的导热系数的方法。它是利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡条件来测量导热系数。
稳态法具有原理清晰、模型简单、可准确直接地获得热导率绝对值等优点，并适于较宽温区的测量；缺点是实验条件苛刻、测量时间较长、对样品要求较高；为了获得准确的热流，需要严格保证测试系统的绝热条件，附设补偿加热器并增加保温措施，以减小漏热损失；为了保证一维导热，通常对样品的尺寸要求较大，而且为了保证整个受热面温度场的均匀一致，对样品表面的平整度要求较高。
稳态法主要用于测量固体材料，特别是低导热系数材料（如保温材料）的导热系数，而要把它用于研究湿材料，如生物质、土壤等会遇到很大困难，因为试样会由于长时间保证一定的温度场而引起含湿量的变化将导致试样物性的改变，这将导致导热系数的测量结果不正确。而将稳态法用于液体导热系数的测量，更是非常困难，由于流体在温度梯度下产生自然对流，即使在一维热流下也难以做到纯粹的一维导热。
热流计法为相对测量方法，通常需要参比样品，且参比样品的导热系数测量必须由更高精度的方法或仪器获得，且热流计法的测量准确度永远不会高于参考样品的导热系数测量准确度；同时，热流计的应用范围应在参比样品导热系数数值附近区域，否则将引起较大误差；
激光法是获得热扩散系数的方法，如果需要获得导热系数，还需要有其他方法测量得到的密度值和比热值，然后带入公式计算得到导热系数，其导热系数的不确定度与上述三个物理量的测量准确度相关。
固体导热系数的测定实验报告
学生物理实验报告 实验名称固体导热系数的测定 学院专业班级报告人学号 同组人学号 理论课任课教师 实验课指导教师 实验日期 报告日期 实验成绩 批改日期
实验仪器 1.数字毫伏表 一般量程为20mV。3位半的LED显示，分辨率为10uV左右，具有极性自动转换功能。 2.导热系数测量仪 一种测量导热系数的仪器，可用稳态发测量不良导体，金属气体的导热系数， 散热盘参数
可以认为：通过待测样品B 的导热速率与散热盘的周围环境散热的速率相等，则可以通过铜盘C 在稳定温度2T 附近的散热速率 2 T t t Q =δδ，求出样品的导热速率 dt dQ 。 在稳定传热时，C 散热盘的外表面积πR c 2 +2πR c h c ，移去A 盘后，C 盘的散热 外表面积C C C h R R ππ222 + 因为物体的散热速率与散热面积成正比， 所以 t Q h R h R t h R R h R R dt dQ C C c C c C C c c C ???++=???++?=)(22)(2)2(θππ， 由比热容定义dt dT C m dt dT mc t Q U U C C ?=??=??， 所以， dt dT h R h R m dt dQ C C c C C u ?++??=)(22， 所以，dt dT T T h R R h R h C m C C B C C B C C u U ?-++=))(()2(212 πλ 冰水混合物 电源 输入 调零 数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 T 2 T 1 220V 110V 导热系数测定仪 测1 测1 测2 测2 表 风扇 A B C 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置图
导热系数实验报告
一、【实验目的】 用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。 二、【实验仪器】 导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 三、【实验原理】 1、良导体（金属、空气）导热系数的测定 根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为θ1、θ2的平行平面（设θ1>θ2），若平面面积均为S ，在t ?时间内通过面积S 的热量Q ?免租下述表达式： h S t Q ) (21θθλ-=?? （3-26-1） 式中， t Q ??为热流量；λ即为该物质的导热系数，λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是)(K m W ?。 在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待测样品B ，再把带发热器的圆铜盘A 放在B 上，发热器通电后，热量从A 盘传到B 盘，再传到P 盘，由于A,P 都是良导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度θ1、θ2，θ1、θ2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶E 来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G ，切换A 、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知道，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为 冰水混合物 电源 输入 调零 数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 T 2 T 1 220V 110V 导热系数测定仪 测1 测1 测2 测2 表 风扇 A B C 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置
2 21)(B B R h t Q πθθλ-=?? (3-26-2) 式中，R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，θ1和θ2的值不变， 遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P 在稳定温度T 2的散热速率来求出热流量 t Q ??。实验中，在读得稳定时θ1和θ2后，即可将B 盘移去，而使A 盘的底面与铜盘P 直接接触。当铜盘P 的温度上升到高于稳定时的θ2值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。观察其温度θ随时间t 变化情况，然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率 2 θθθ=??t ,而2 θθθ=??t mc ,就是铜盘P 在温度为θ2时的散热速率。 2、不良导体（橡皮）的测定 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 测量导热系数在这里我们用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 1898年C ．H ．Le e s ．首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。 设稳态时，样品的上下平面温度分别为 12θθ，根据傅立叶传导方程，在t ?时间内通过 样品的热量Q ?满足下式：S h t Q B 21θθλ-=?? （1） 式中λ为样品的导热系数，B h 为样品的厚度，S 为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状。设圆盘样品的直径为B d ，则半径为B R ，则由（1)式得： 2 21B B R h t Q πθθλ-=?? （2） 实验装置如图1所示、固定于底座的三个支架上，支撑着一个铜散热盘P ，散热盘P 可以借助底座内的风扇，达到稳定有效的散热。散热盘上安放面积相同的圆盘样品B ，样品B 上放置一个圆盘状加热盘C ，其面积也与样品B 的面积相同，加热盘C 是由单片机控制的自适应电加热，可以设定加热盘的温度。
金属的导热系数
金属的导热系数 金属的导热系数（单位：千卡/米?小时?度） 金属的导热系数怎么确定 导热系数术需要查表的 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,°C）,在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米度（W/mK,此处的K可用°C代替）。 导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。 通常把导热系数较低的材料称为保温材料，而把导热系数在瓦/米度以下的材料称为高效保温材料。 金属的热传导系数表： 银 429 铜 401 金 317 铝 237 铁 80 锡 67 铅
各种物质导热系数 material conductivity K (W/ diamond 钻石 2300 silver 银 429 cooper 铜 401 gold 金 317 aluminum 铝 237 各物质的导热系数1 物质温度导热系数物质温度导热系数亚麻布 50 落叶松木 0 木屑 50 普通松木 45 ～ 海砂 20 杨木 100 研碎软木 20 胶合板 0 压缩软木 20 纤维素 0 聚苯乙烯 100 丝 20 ～ 硫化橡胶 50 ～炉渣 50 镍铝锰合金 0 硬质胶 25 青铜 30 32～153 白桦木 30 殷钢 30 11 橡木 20 康铜 30 雪松 0 黄铜 20 70～183 柏木 20 镍铬合金 20 ～171 普通冕玻璃 20 1 石棉 0 ～石英玻璃 4 纸 12 ～燧石玻璃 32 皮棉 4. 1 重燧石玻璃 矿渣棉 0 ～精制玻璃 12 毡汽油 12 蜡凡士林 12 纸板“天然气”油 12 皮革～甘油 0 冰煤油 100 新下的雪蓖麻油 500 填实了的雪橄榄油 0 瓷已烷 0 石蜡油二氯乙烷 变压器油 90%硫酸 石油醋酸 18 石蜡硝基苯 柴油机燃油二硫化碳 沥青甲醇 玄武岩四氯化碳 拌石水泥三氯甲烷
固体导热系数测量
固体导热系数测量 1、服务范围 温度范围：-30℃~200℃ 各类形态的材料、样品。 2、测量方法及标准 3、样品形态 适用的样品状态可以是片状、块状、粉末颗粒、胶体及膏状物等：?块状：陶瓷，橡胶，塑料，木材，岩石，不锈钢，电子器件，建筑材料等； ?片状：各种薄片、薄膜等；
?粉末：秸秆，土壤，谷物，药品粉末； ?膏体：导热胶，导热脂，粘结剂，化妆品，凝胶，果冻等。 4、样品种类 可测量的固体种类包括但不限于： 天然材料：土壤（干燥、含湿）、岩石、岩沙、木材、生物质等； 无机材料：金属及合金材料、耐火材料、陶瓷、玻璃、水泥、碳化硅板等； 高分子材料：塑料、橡胶、纤维、织物、胶黏剂、树脂等； 复合材料：金属基复合材料、非金属基复合材料、聚合物基复合材料等； 功能材料：建筑材料、保温隔热材料、导热材料等； 纳米材料：如纳米管、纳米颗粒等； 其它材料：LED、气凝胶、食品等。 5、典型测试 导热硅胶 导热硅胶，又称导热胶、导热硅橡胶等，是以有机硅胶为主体，添加填充料、导热材料等高分子材料混炼而成的硅胶，具有较好的导热、电绝缘性能。作为绝缘和减震性能优越的硅橡胶基体而言，其热导率仅为0.2W/(m·K)左右，但通过在基体中加入高性能导热填料，包括金属类填料（如Al、Cu、MgO、AIN、BN）和非金属类材料（如SiC、石墨、炭黑等）后，其导热性能却可以得到几倍乃至几十倍的提高。导热硅胶材料的导热性能，由硅橡胶基体、填料性能、填料比例、填料分布情况、加工工艺等综合决定。 利用TC3000热线法导热系数仪，测试了几种不同添加剂成分的导热硅胶片的导热系数，可以看出，不同组分的导热硅胶，其导热性能具有明显的差异。同时，TC3000表现出了在测量不规则样品时具有的优势，无需对样品进行特殊处理，即可快速获得导热系数。 导热硅胶的导热系数实验数据
材料导热系数测试实验
东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名 张沐天 班级学号 实验日期 批改教师 课程名称 材料性能测试实验 批改日期 实验名称 材料导热系数测试实验 报告成绩 一、实验目的 1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法 2.了解材料导热系数与温度的关系 二、实验原理 不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。 1.材料的导热性及电导率 材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为1K ，在1s 钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为 W/(m ·K)，也叫热导率。热导率λ由简化的傅里叶导热定律 dx dT -q λ 决定。 2.热传导的物理机制 热传导过程就是材料的能量传输过程。在固体中能量的载体可以有自由电子、声子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热。 1）电子和声子导热 纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大。 2）光子导热 固体中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波，其中具有较强热效应的是波长在间的可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。热射线的传递过程称为热辐射。 3.影响导热系数的因素 1）温度 金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。 一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小。 2）原子结构 物质的电子结构对热传导有较大影响。具有一个价电子的，导电性能良好的、德拜温度较
固体导热系数的测定
固体导热系数的测定 实验仪器： YBF-5型导热系数测定仪（含加热盘A、散热盘P、数字电压表、计时秒表等）、测试材料（硅橡胶、胶木板）测温PT100、测试连接线、游标卡尺等。 实验原理： 热传导定律： 通过上部加热盘加热、下部散热盘散热达到稳态在材料内部维持均匀度温度梯度分布； 系统平衡时加热速率=传热速率=散热速率=冷却速率，故通过测量散热盘冷却时温度随时间的变化得到其T-t曲线，则 由此得 ①实验步骤： （1）测量测试材料及散热盘的厚度及直径； （2）在加热盘和散热盘间夹入胶木板； （3）设置加热温度为90度，加热至上下两盘温度稳定，记录此时上下两盘温度T1、T2； （4）迅速将胶木板换成硅橡胶，重复步骤（3）； （5）将散热盘加热至较高温度再使其自然冷却，测定其温度随时间的变化。 实验数据：
数据处理： 查阅铜密度ρ=8930kg·m-3，比热容c=0.385kJ·K-1·kg-1。根据铜盘直径及厚度，计算出散热盘质量m=537.6g。 由T-t表绘得T-t曲线如下： 由图得到T2处的斜率： k（胶木板）=-0.0425 K/s k（硅橡胶）=-0.0426 K/s 带入①得 （胶木板）==0.427 W/(m·K) （硅橡胶）==0.279 W/(m·K) 总结与讨论： 思考题： 1.测导热系数要满足：维持材料内部均匀的温度梯度以及测得传热速率。通过上部加
热盘加热、下部散热盘散热达到稳态在材料内部维持均匀度温度梯度分布；系统平衡时加热速率=传热速率=散热速率=冷却速率，故通过测量散热盘冷却时温度随时间的变化得到其T-t曲线，求其在稳态温度处的斜率即为传热速率。 2.因为只有处于稳态温度时冷却速率与传热速率相等；通过在稳态温度附近使铜板自然然冷却绘制T-t曲线，取其在稳态温度处的斜率作为冷却速度。 3.测试材料具有一定侧面积，因而达到稳态时有少量热量从侧面散失，则上下铜盘的温度差略小于材料实际散失的热量，即（T1-T2）偏小，故计算所得导热系数可能偏小。
导热系数的测试方法和装置-第四章
第四章 导热系数的测试方法和装置 一、测试方法分类 二、稳态法 1、 待测试样在一个不随时间而变化的温度场里，当达到热平衡后，一次测出导热系数公式中的值，即可得到导热系数。 2、稳态法实施过程中面对的问题 稳态法测量导热系数是面对的两个根本问题 -要得到一个与建立物理模型是所作的假设相符合的热流图像 1、设计一种装置，把热流约束在规定的方向（沿着一维方向流动） 2、设计各种形状式样，以便于数学描述 3、推导相应的数学公式描述便于制备的样品的热流图像 -待测样品的热流速率 1、测定流过试样的热量 2、测定用来加热试样的热量 稳态法 非稳态法 按热流的状态分 设计一种装置，把热流约束在规定的方向，又可把稳态法分为 纵向热流法 横向热流法 按是否直接测定热流量或功率 绝对法 包括平板法，圆柱体法，圆球体法，椭球体法 比较法 包括纵向热流发，径向热流法，比较器法 t F L Q ???==τλ t grad q -
3、同时测定全部或部分的输入热量和热损 4、使热量等同通过待测样和标样 三、非稳态法 试样的温度分布随时间变化，测试时往往是使试样的某一部分温度作突然的或周期性的变化。 测试中的标准样品： -必要性：为缩短研制周期并对测试装置的准确度或误差作必要的验证 -入选标样的要求：在宽广温度范围有良好的物理化学稳定性，易于加工，价格合适 -常用标样： 一种是作为非金属材料即导热系数较小的一类材料的标准样品——多晶32O Al -α 另一种是作为金属材料即导热系数较大的一类材料的标准样品——阿姆可工业纯铁 第三节 平板法 1、平板法是一种试样形状为圆盘形或方板型的纵向热流法，按其是否直接测定热流量或功率，又可分为绝对法和比较法两种。 2、平板法优缺点： 优点：试样容易制备，操作方便；具有相当高的测试准确度和实验温度。 缺点：试样太大，加工困难，径向热损很难减小到最低限度，测试周期长。 因此已被许多国家列为低导热系数材料的标准实验方法。 3、平板内纵向一维热流如何实现 （1）利用试样的低导热系数特点，把试样做的很薄，直径很大。 （2）把试样夹在带有加热器的热板和没有加热器的冷板间，试样冷面和热面的重心区域便有一较好的等温面，等温面之间产生均匀的热流。 4、测定Q 方法很多，直接测主发热器电功率，也可以在试样的冷面用水卡计测定。 5、平板法也可以测纤维或粉末材料的导热系数，试样需要用试样匣，匣盖和匣底均用高热导的金属或碳化硅簿圆片做成。 平板法还可以测导热系数较小的液态物质，注意防止对流传热，控制液体沿热流方向的厚度。 6、导热系数的测试误差随着不同试样和不同温度而变化。一般，热导高的材料，在较低温
材料导热系数测定
材料导热系数的测定 一、适用专业和课程 安全工程、工业工程 实验学时：2 二、本实验的目的 1. 加深对稳定导热过程基本理论的理解。 2. 掌握用球壁导热仪测定绝热材料导热系数的方法 ── 圆球法。 3. 确定材料导热系数与温度的关系。 4. 学会根据材料的导热系数判断其导热能力并进行导热计算。 三、实验原理 不同材料的导热系数相差很大，一般说，金属的导热系数在 2.3～417.6 W/m ·℃范围内，建筑材料的导热系数在0.16～2.2 W/m ·℃之间，液体的导热系数波动于0.093～0.7 W/m ·℃，而气体的导热系数则最小，在0.0058～0.58 W/m ·℃范围内。 即使是同一种材料，其导热系数还随温度、压强、湿度、物质结构和密度等因素而变化。 各种材料的导热系数数据均可从有关资料或手册中查到，但由于具体条件如 温度、结构、湿度和压强等条件的不同，这些数据往往与实际使用情况有出入，需进行修正。 导热系数低于0.22 W/m ·℃的一些固体材料称为绝热材料，由于它们具有多孔性结构，传热过程是固体和孔隙的复杂传热过程，其机理复杂。 为了工程计算的方便，常常把整个过程当作单纯的导热过程处理。 圆球法测定绝热材料的导热系数是以同心球壁稳定导热规律作为基础。在球坐标中，考虑到温度仅随半径 r 而变，故是一维稳定温度场导热。 实验时，在直径为 d1 和 d2 的两个同心圆球的圆壳之间均匀地填充被测材 料（可为粉状、粒状或纤维状），在内球中则装有球形电炉加热器。当加热时间足够长时，球壁导热仪将达到热稳定状态，内外壁面温度分别恒为 t1 和 t2 。根据这种状态，可以推导出导热系数λ的计算公式。 根据傅立叶定理，经过物体的热流量有如下的关系： （1） 式中 Q ── 单位时间内通过球面的热流量，W ； dr dt r dr dt A Q 24λπλ-=-=
材料导热系数的测量
材料导热系数的测量 导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一，在工程技术方面是必不可少的。所以对导热系数的研究和测量就显得很有必要。金属材料的导热起主要作用的是自由电子的运动，无机非金属材料的导热则是通过晶格结构的振动（声子）来实现。目前测量导热系数的方法都是建立在傅立叶导热定律的基础上的，分为稳态法和动态法。本实验介绍用稳态法，稳态法是通过热源在样品内部形成稳定的温度分布后，再进行测量的方法。 一、实验目的 1. 了解稳态法测无机非金属材料的导热系数的方法； 2. 掌握KY-DRX-RW 型导热系数测试仪的硬件和软件操作规程； 3. 利用测试仪测量石英、陶瓷两种材料的导热系数。 二、实验仪器 上海实博实业有限公司生产的KY-DRX-RW 型导热系数测试仪，主要由测试头、电器测控系统、冷却恒温水槽、计算机系统组成。各部件接线如图所示。 测试头由加热器、连接样品的上下热极、冷却器、测量热电偶、加压系统组成。加热器采用不锈钢材料加工而成，内装内热式加热器，由高精度数显温控表控温，提供稳定的热极温度。上下热极由不锈钢制成，表面安装有热电偶，热极的作用是传递热量和测量热量。冷却器也是不锈钢材料加工而成，内有水槽，通过管导与外恒温水槽相连，利用外恒温水槽与冷却器的水循环，在冷却器中形成第二恒温场，提供上热极冷端稳定温度。测量热电偶由4支组成，分别测量上下热极表面的4个温度点，利用温度梯度计算热流量。加压系统用于消除试样与热 升降手柄 电脑 显示器 水管 通讯线缆 电源220V 恒温槽 测试主机背面 电器测控系统
极的热阻。 三、实验原理 当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导现象。对于各向同性的物质，在稳定传热状态下有傅立叶定律： t S dx dT Q ??-=?λ 比例系数称导热系数，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米-1·开－1（W·m -1·K -1）。 本实验采用的是稳态法测量导热系数。试样被夹在两金属块之间，加压系统是经由一个升降压板和弹簧加压。加热单元是由铜或是其他高导热性的材料构成的，且包含有套筒或是相似的加热线圈。它用热绝缘材料（环氧FR －4）与周围的保温加热器相隔离。绝缘材料为5mm 厚度。保温加热器不受压力，以确保所有的测量能量都传到高测量棒上。测量棒是由高热导性材料构成，并且具有平行的工作表面。冷却单元是一个金属盒，由恒温池对其冷却。实验时，一方面加热单元直接将热量通过样品下平面传入样品，另一方面冷却单元使传入样品的热量不断由样品的上平面散出，当传入的热量等于散出的热量时样品处于稳定导热状态，这时样品的上下平面的温度分别为一定的数值。此时，通过样品厚度、半径、温度梯度与通过样品的热流便可计算导热系数。 具体计算过程如下： 1、流过待测样品的热流 )(*2112 12 T T Q d A -*= λ )(*4334 34 T T Q d A -*= λ Q 12 ：流过下热极的热流，W Q 34 ：流过上热极的热流，W λ 12 ：下热极材料的热导，W/m·K λ34：上热极材料的热导，W/m·K T T 2 1 -：下热极两个热电偶的温差 T T 4 3 -：上热极两个热电偶的温差 A ：垂直于热流方向的热极截面积，m 2 d ：热极两温差电偶的距离，m 公式中 λ12 ＝ λ34 ＝ 18.5 W/m·K；d = 0.05 m ；热极直径为30mm
固体导热系数的测定实验报告
学生物理实验报告 实验名称_____________ 固体导热系数的测定____________________________ 学院_________________ 专业_________________ 班级______________ 报告人_____________ 学号________________ 同组人_____________ 学号___________________ 理论课任课教师____________________________ 实验课指导教师____________________________ 实验日期__________________________________ 报告日期_______________________________ 实验成绩__________________________________ 批改日期__________________________________ 实验目的
用稳态法测出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较 实验仪器 1.数字毫伏表 一般量程为20mV。3位半的LED显示，分辨率为10uV左右，具有极性自动转换功能。 2.导热系数测量仪 一种测量导热系数的仪器，可用稳态发测量不良导体，金属气体的导热系数，散热盘参数
实验原理 傅里叶在研究了固体的热传定律后，建立了导热定律。他指出，当物体的内部有 温度梯度存在时，热量将从高温处传向低温处。如果在物体内部取两个垂直于热传导 方向，彼此相距为h 的两个平面，其面积元为D ，温度分别为T i 和T 2，则有 式中dQ 为导热速率，dT 为与面积元ds 相垂直方向的温度梯度，“一”表示热量由高 dt dx 温区域传向低温区域，■即为导热系数，是一种物性参数，表征的是材料导热性能的 优劣，其单位为 W/(m ?K)，对于各项异性材料，各个方向的导热系数是不同的，常要 用张量来表示。 如图所示，A 、C 是传热盘和散热盘，B 为样品盘，设样品盘的厚度为h B ,上下表 面的面积 各为S B =二R B ，维持上下表面有稳定的温度 ％和T 2，这时通过样品的导热速率为 在稳定导热条件下(「和T 2值恒定不变) 可以认为：通过待测样品B 的导热速率与散热盘的周围环境散热的速率相等，则 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置图 dQ dt ■ dT dS dx ' .............. 1 貝 77777T 9 1 r 1 _____________________________ 呂 1 rr T 导热系数测定仪 * 电源 i ? ① 输入数字电压表 调零 dQ =- dt 测1 ABC 测1 表测2风扇.f 220V 1 日 110V 冰水混合物
导热系数实验报告..
一、【实验目的】 用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。 二、【实验仪器】 导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 三、【实验原理】 1、良导体（金属、空气）导热系数的测定 根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为θ 1、θ2 的平行平面（设θ1>θ2），若平面面积均为S ，在t ?时间内通过面积S 的热量Q ?免租下述表达式： h S t Q ) (21θθλ-=?? （3-26-1） 式中， t Q ??为热流量；λ即为该物质的导热系数，λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是)(K m W ?。 在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待测样品B ，再把带发热器的圆铜盘A 放 冰水混合物 电源 输入 调零 数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 T 2 T 1 220V 110V 导热系数测定仪 测1 测1 测2 测2 表 风扇 A B C 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置
在B 上，发热器通电后，热量从A 盘传到B 盘，再传到P 盘，由于A,P 都是良导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度θ1、θ2，θ1、θ2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶E 来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G ，切换A 、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知道，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为 2 21)(B B R h t Q πθθλ-=?? (3-26-2) 式中，R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，θ1和θ2的值不变， 遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P 在稳定温度T 2的散热速率来求出热流量 t Q ??。实验中，在读得稳定时θ1和θ2后，即可将B 盘移去，而使A 盘的底面与铜盘P 直接接触。当铜盘P 的温度上升到高于稳定时的θ2值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。观察其温度θ随时间t 变化情况，然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率 2 θθθ=??t ,而2 θθθ=??t mc ,就是铜盘P 在温度为θ2时的散热速率。 2、不良导体（橡皮）的测定 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 测量导热系数在这里我们用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 1898年C ．H ．Le e s ．首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。 设稳态时，样品的上下平面温度分别为 12θθ，根据傅立叶传导方程，在t ?时间内通过 样品的热量Q ?满足下式：S h t Q B 21θθλ-=?? （1） 式中λ为样品的导热系数，B h 为样品的厚度，S 为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状。设圆盘样品的直径为B d ，则 半径为B R ，则由（1)式得： 2 21B B R h t Q πθθλ-=?? （2）
常用材料的导热系数表
常用材料的导热系数表 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-
材料的导热 傅力叶方程式： Q=KA△T/d, R=A△T/Q??????Q:热量，W；K:导热率，W/mk；A：接触面积；d:热量传递距离；△T：温度差；R:热阻值 导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。 将上面两个公式合并，可以得到K=d/R。因为K值是不变的，可以看得出热阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就说材料越厚，热阻越大。 但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值R，同厚度d并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。 根据R=A△T/Q这个公式，理论上来讲就能测试并计算出一个材料的热阻值R。但是这个公式只是一个最基本的理想化的公式，他设定的条件是：接触面是完全光滑和平整的，所有热量全部通过热传导的方式经过材料，并达到另一端。 实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。 所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件，就是在资料上经常会看到的ASTMD5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候，选用多大的接触面积A，多大的热量值Q，以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料，而得出的结果，才有相比较的意义。 通过测试得出的热阻R值，并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据，人们可以将一些数据量化，而用于实际应用。此处所说的“模糊”是数学术语，“模糊”表示最为接近真实的近似。 而同样道理，根据热阻值以及厚度，再计算出来的导热率K值，也并不完全是真正的导热率值。 傅力叶方程式，是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型，会有很多的修正公式，来完善所有的环节可能出现的问题。 总之： a.同样的材料，导热率是一个不变的数值，热阻值是会随厚度发生变化的。 b.同样的材料，厚度越大，可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多，所耗的时间也越多，效能也越
实验讲义-稳态法测固体的导热系数-2012
稳态法测固体的导热系数 热传导是热量传递的三种基本形式之一，是指物体各部分之间不发生相对宏观位移情况下由于温差引起的热量的传递过程，其微观机制是热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。在金属中自由电子起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。 法国科学家傅里叶（J.B.J.Fourier 1786——1830）根据实验得到热传导基本关系，1822年在其著作《热的解析理论》中详细的提出了热传导基本定律，指出导热热流密度（单位时间通过单位面积的热量）和温度梯度成正比关系。数学表达式为： T grad q λ-= 此即傅里叶热传导定律，其中q 为热流密度矢量（表示沿温度降低方向单位时间通过单位面积的热量），λ是导热系数又称热导率，是表征物体传导热能力的物理量， λ在数值上等于每单位长度温度降低1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是 11K m W --?? 。一般说来，金属的导热系数比非金属的要大；固体的导热系数比液体的 要大；气体的导热系数最小。因此，某种物体的导热系数不仅与构成物体的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力、湿度及杂质含量相联系。在科学实验和工程设计中，需要了解所用物体的一些热物理性质，导热系数就是重要指标之一，常常需要用实验的方法来精确测定。 测量导热系数的方法很多，没有哪一种测量方法适用于所有的情形，对于特定的应用场合，也并非所有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于物体的导热系数范围和样品特征，选择正确的测量方法。测量方法可以分为稳态法和非稳态法两大类。稳态法是在加热和散热达到平衡状态、样品内部形成稳定温度分布的条件下进行测量的方法。非稳态法则是在测量过程中样品内部的温度分布随时间是变化的，测出这种变化，得到热扩散率再利用物体已知的密度和比热，求得导热系数。本实验采用稳态平板法测量物体的导热系数，该法设计思路清晰、简捷，具有典型性和实用性。 【实验目的】 1．了解热传导现象的物理过程。 2．了解物体散热速率和传热速率的关系。 3．学会用铂电阻型传感器测定温度。 4．学习一种测量材料导热系数的实验方法。 【实验原理】 稳态平板法测量物体的导热系数原理示意图如图1，发热盘A 将热量传到待测物体样品盘B ，再传到散热盘C ，由于A 、C 盘是用热的良导体做的，与待测样品盘B 紧密接触，
非金属固体材料导热系数的测量
山 东 大 学 学生物理实验报告 实验项目：不良导体导热系数测量方法及仪器 完成人：韩益洪 学号：201300181051 学院：电气工程学院
前言 本文介绍了导热系数测量的基本理论与定义，热线法、激光法、动态测量法等几类测量方法的原理与应用，以及德国耐驰公司（NETZSCH）的相关仪器。 在某些应用场合，了解材料的导热系数，是测量其热物理性质的关键。例如，耐火材料常被用作炉子的衬套，因为它们既能耐高温，又具有良好的绝热特性，可以减少生产中的能量损耗。航天飞机常使用陶瓷瓦作挡热板。陶瓷瓦能承受航天飞机回到地球大气层时产生的高温，有效防止航天器内部关键部件的损坏。在现代化的燃气涡轮电站，涡轮的叶片上的陶瓷涂层（如稳定氧化锆）能保护金属基材不受腐蚀，降低基材上的热应力。有效的散热器能保护集成电路板与其它电子设备不受高温损坏，散热材料已经成为微电子工业领域关键材料。 在过去的几十年里，已经发展了大量的导热测试方法与系统。然而，没有任何一种方法能够适合于所有的应用领域，反之对于特定的应用场合，并非所有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于材料的导热系数范围与样品特征，选择正确的测试方法。 1.热线法测量不良导体导热系数 用热线法测量不良导体导热系数是一种广泛使用的方法，国家对此制定了标准——“非金属固体材料导热系数的测定——热线法”（GB/T 10297-1998）。基本原理如图1所示，在匀质均温的物体内部放置一电阻丝，即热线，对其以恒定功率加热时，热线及其附近试样的温度将随时间变化。根据时间与温度的变化关系，可以确定该试样的导热系数。[1] [原理简述] 由热传导理论[2]可知，恒定功率的热线对匀质物体进行热传导时，可以用一维柱坐标系的 热传导方程对物体的温度场进行描述：（1）边界条件为： 根据热传导方程和边界条件得到：其中各物理量含义为，t：热线的加热时间，单位为s；r：距热线的距离，单位为m；q：热线单位 长度的加热功率，单位为W/m；：加热时间t，距离热线距离r处的温升，单位为K；α：试样的热扩散率，单位为m2/s；λ：试样的导热系数，单位为W/（m·K），对于非金属固体材料，该系数一般小于2 W/（m·K）。 假设，即r→0或αt→∞，利用Euler公式，忽略展开后二次项以后
金属薄膜面内导热系数测量1
微米级金属薄膜面内导热系数测量 In-Plane Measurement of Thermal Conductivity of Copper Thin Film 马倩1 1.TA 仪器 摘要 本文详细介绍了使用闪光法氙灯导热仪测量高导热微米级铜薄膜样品的面内热扩散系数和导热系数的相关理论和实验设计，对25微米的铜薄膜进行了多次重复实验，实验数据与理论模型拟合度高，重复性优异。 关键词：铜，薄膜，导热系数，闪光法 引言 闪光法是用于测量金属热扩散系数及导热系数的最有效方法。这种瞬态响应技术具有测量时间短、对材料完全无破坏性、并能提供优异的准确度和高重复性的特点。闪光法使用激光或者氙灯提供的能量脉冲，均匀照射一个小尺寸片状样品的前表面。通过传感器进行高速数据采集，记录对样品后表面的时间-温度历史。样品的热扩散系数可以根据样品后表面与时间相关的温升曲线、样品的厚度，并使用相关的热损耗修正模型得出。近年来，使用闪光法测量微米级薄膜的面内热扩散系数成为材料热物性表征中的难点和热点。由于其样品尺寸的特殊性，与传统的材料相比，薄膜上下表面都有热损耗，因此常用的修正模型如Parker、Clark&Taylor、Cape-Lehman、Cowan均不再适用，因此需要寻找新的模型来对温升信号进行修正和拟合。此外，边界条件的特殊性，也造成了薄膜测试的复杂性。 实验原理和设计 本文使用了氙灯导热仪DXF200（TA Instruments, USA），进行相关的实验设计和数据分析。采用了薄膜测试夹具以及相应的修正模型，实现了对多种薄膜材料的面内热扩散系数测量。薄膜夹具的测试原理和结构如图1所示。非常短的氙灯脉冲，均匀照射一个夹持有样品的夹具前表面，样品的外缘受热后，热量由外缘沿着薄膜向圆心传递。在夹具背面圆心处，有固体探针探测器，用以测试薄膜样品中心处的温度升高信号。
导热系数的测量实验报告
导热系数的测量 导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值，所以在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。 一．实验目的 1．用稳态平板法测量材料的导热系数。 2．利用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点。 二．实验原理 热传导是热量传递过程中的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量。 h T T S t Q ) (21-??=??λ 单位时间内通过某一截面积的热量dQ/dt 是一个无法直接测定的量，我们设法将这个量转化为较容易测量的量。为了维持一个恒定的温度梯度分布，必须不断地给高温侧铜板加热，热量通过样品传到低温侧铜板，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。单位时间通过截面的热流量为： B B h T T R t Q )(212 -???=??πλ 当加热速率、传热速率与散热速率相等时，系统就达到一个动态平衡，称之为稳态，此时低温侧铜板的散热速率就是样品内的传热速率。 这样，只要测量低温侧铜板在稳态温度 T2 下散热的速率，也就间接测量出了样品内的传热速率。但是，铜板的散热速率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们知道，铜板的散热速率与冷却速率（温度变化率）dQ/dt=-mcdT/dt 式中的 m 为铜板的质量， C 为铜板的比热容，负号表示热量向低温方向传递。 由于质量容易直接测量，C 为常量，这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温侧铜板冷却速率的测量。铜板的冷却速率可以这样测量：在达到稳态后，移去样品，用加热铜板直接对下铜板加热，使其温度高于稳态温度 T2（大约高出 10℃左右），再让其在环境中自然冷却，直到温度低于 T2，测出 温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系，描绘出 T —t 曲线（见图 2），曲线在T2处的斜率就是铜板在稳态温度时T2下的冷却速率。 应该注意的是，这样得出的 t T ??是铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率， 其散热面积为 2πRp2+2πRphp （其中 Rp 和 hp 分别是下铜板的半径和厚度），然而， 设样品截面半径为R ，在实验中稳态传热时，铜板的上表面（面积为 πRp2）是被 样品全部（R=Rp ）或部分（R