用氦制冷机测量纯铜低温热导率
金属的热导实验：材料的热导率和温度的关系
收集数据：记录不同温度下金属的热导 率值
数据整理：将数据整理成表格或图形， 便于分析
数据分析：利用统计方法分析热导率与 温度的关系
数据处理：对数据进行平滑处理，消除 噪声干扰
结果展示：将分析结果以图表形式展示， 便于理解和交流
实验结果与数据分 析
实验材料：不 同种类的金属
材料
实验条件：不 同温度下进行
积。
记录测量结果， 以便后续分析。
准备金属样品：选择合适的金属材料，如铜、铝、铁等，并确保样品的尺寸和形状一致。 测量环境：确保测量环境温度稳定，避免阳光直射和空气流动。 放置样品：将金属样品放置在温度计的感温部位，确保样品与温度计的接触良好。 读取初始温度：等待温度计稳定后，读取金属样品的初始温度。
金属的热导实验：材 料的热导率和温度的 关系 汇报人：XX
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实验目的
实验原理
实验步骤
实验结果与数据分 析
结论与展望
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实验目的
实验目的：了解不同金属材料的 热导率
实验材料：各种金属材料，如铜、 铝、铁等
实验方法：通过测量不同金属材 料在不同温度下的热导率，了解 其与温度的关系
实验结果：得出不同金属材料的 热导率与温度的关系曲线，为材 料选择和工程应用提供依据
目的：了解不同材料的热导率随温度的变化规律 实验方法：采用不同材料进行热导率测试，记录温度变化 实验结果：绘制热导率与温度关系的曲线图 结论：不同材料的热导率随温度的变化规律不同，但总体上呈正相关关系
实验原理
热导率：表示材料导热能力的物理量 热导率的定义：单位时间内，单位面积内的热量传递量 热导率的物理意义：反映了材料导热能力的强弱 热导率与温度的关系：温度越高，热导率越大，反之则越小
8-1 纯铜低温热导率的测量 (教案)
8-1 纯铜低温热导率的测量（教案）实验的目的要求：1．对低温恒温器的设计和低温下的热测量有初步的了解。
2．学习液氮的使用。
3．建立金属中热输运的正确的物理图象。
教学内容：1．了解低温恒温器的结构和整个实验测量装置。
2．测量室温下纯铜的热导率，并对剩余气体漏热的影响进行修正。
3．测量液氮温度下（77.6-80K之间）纯铜的热导率。
4．测量液氮以上温度（120-130K之间）纯铜的热导率。
实验过程中可能涉及的问题：（有的可用于检查预习的情况，有的可放在实验室说明牌上作提示，有的可在实验过程中予以引导，有的可安排为报告中要回答的问题，不同的学生可有不同的要求）1．热偶真空规的工作原理。
2．低温恒温器中内筒的作用。
3．室温下测纯铜的热导率，ΔT应选多大？为什么？加热功率应如何选取？4．室温下，机械泵的极限真空只有1-2Pa，低于要求得0.1Pa，如何设计一个实验，对上述气体漏热的影响进行修正？5．如何对乱真电动势的影响进行修正？6．测量液氮温度下（77.6-80K之间），ΔT应选多大？为什么？加热功率应如何选取？7．降温过程中，样品上的温度分布是如何的？它随时间是如何变化的？为什么？如何判断实验系统的温度达到了热平衡？8．为了加快样品的降温速度，样品室的真空度应如何选取？9．由于室验时间有限，只够测量三个温度点的热导率，液氮温度以上的那点温度应如何选择？10．测量液氮以上温度（120-130K之间）的纯铜的热导率时，ΔT应选多大？为什么？加热功率应如何选取？11．升温过程中，样品上的温度分布是如何的？它随时间是如何变化的？为什么？12．讲义上的公式（8-1-5）和（8-1-6）作了那些近似？13．实验中的液氮容器的塞子上开了一些凹槽，为什么？14．已知铜的热导率在室温附近随温度的上升而下降，为什么铜的热导率在室温附近不随温度而变？15．实验中用的标准电阻要求其温度系数很小，请问用什么材料做的？（参考说明书）为什么它的温度系数那么小？难点：1．室温下，机械泵的极限真空只有1-2Pa，低于要求的0.1Pa，如何设计一个实验，对上述气体漏热的影响进行修正？2．已知铜的电导率在室温附近随温度的上升而下降，为什么铜的热导率在室温附近不随温度而变？可进一步探索的问题：1．如果待测材料是低热导率材料，如λ=10mw/cmk,，怎样才能测到准确的结果？2．低温恒温器的设计细节。
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。
hT 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。
磁性回热材料低温热导率测量及Matlab数据库建模
磁性回热材料低温热导率测量及Matlab数据库建模朱强龙;王娟;全加;武云娜;马跃学;刘彦杰;刘辉明;王维【摘要】为了建立磁性回热材料低温热物性参数数据库,准确分析深低温高频脉冲管制冷机的工作机理,以液氦温区GM制冷机为冷源,采用稳态轴向热流法测量了Er3Ni、Er0.5Pr0.5、Gd2O2S(GOS)、HoCu2等磁性回热材料在低温下的热导率,并利用液氦温区脉冲管制冷机对测量结果进行分析和验证.基于Matlab建模,创建了一套应用于深低温系统磁性回热材料的热物性数据库,对于深低温的获取及系统效能优化具有理论意义.%In order to fill the gaps in the cryogenic thermal-conductivity database of magnetic regenerative material,and analyze the working mechanism precisely of liquid-helium temperature pulse tube refrigerator,the cryogenic thermal-conductivity of Er3Ni,Er0.5Pr0.5,Gd2O2S (GOS) and HoCu2 have been measured by steady-state axial heat flow method,using liquid-helium temperature GM refrigerator as cold source.Meanwhile,the measurement results were analyzed and verified by the liquid-helium temperature pulse tube refrigerator.Based on Matlab-modeling,a set of thermal properties database for magnetic regenerative materials system below 4K has been created,which is of great theoretical significance for lower temperature acquisition and system research optimization.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】6页(P13-18)【关键词】磁性回热材料;低温热导率;数据库【作者】朱强龙;王娟;全加;武云娜;马跃学;刘彦杰;刘辉明;王维【作者单位】中国科学院理化技术研究所空间功热转换技术重点实验室北京100190;武汉理工大学武汉430070;中国科学院理化技术研究所空间功热转换技术重点实验室北京 100190;中国科学院理化技术研究所空间功热转换技术重点实验室北京 100190;中国科学院理化技术研究所空间功热转换技术重点实验室北京100190;中国科学院理化技术研究所空间功热转换技术重点实验室北京 100190;中国科学院理化技术研究所空间功热转换技术重点实验室北京 100190;中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室北京100190;中国科学院理化技术研究所低温工程学重点实验室北京100190【正文语种】中文【中图分类】TB61;TB6631 引言近年来，随着科学技术的飞速发展，空间红外探测技术、太赫兹通讯技术、深低温超导技术等众多领域都已表现出对深低温高频脉冲管制冷机的强烈需求，因此对深低温高频脉冲管制冷机的研究是十分必要的。
《大型超导磁体氦冷却管低温疲劳性能分析和实验研究》
《大型超导磁体氦冷却管低温疲劳性能分析和实验研究》摘要随着超导技术的发展，大型超导磁体在科研、医疗、工业等多个领域的应用越来越广泛。
氦冷却管作为超导磁体的重要部分，其低温疲劳性能直接关系到超导磁体的稳定性和使用寿命。
本文针对大型超导磁体氦冷却管的低温疲劳性能进行了深入的分析和实验研究，旨在为超导磁体的设计和维护提供理论依据和实验支持。
一、引言超导磁体以其独特的超导性能，在物理、医学、工业等多个领域发挥着重要作用。
而氦冷却管作为超导磁体中负责低温环境的建立与维护的重要部分，其低温疲劳性能是衡量超导磁体稳定性和使用寿命的关键指标之一。
因此，对氦冷却管低温疲劳性能的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、氦冷却管低温疲劳性能的理论分析1. 低温疲劳性能的定义与影响因素氦冷却管的低温疲劳性能主要指其在反复的低温循环中保持结构完整性和功能稳定性的能力。
影响其低温疲劳性能的因素包括材料的选择、制造工艺、使用环境等。
2. 材料选择与制造工艺对低温疲劳性能的影响材料的选择和制造工艺对氦冷却管的低温疲劳性能具有重要影响。
优质的材料和先进的制造工艺能够提高氦冷却管的抗疲劳性能，延长其使用寿命。
三、实验研究方法与过程1. 实验材料与设备实验选用特定材质的氦冷却管，配合专门的低温循环设备、应力测试设备以及显微镜观察设备进行实验。
2. 实验方案与步骤（1）在室温下对氦冷却管进行基本性能测试；（2）将氦冷却管置于低温循环环境中，模拟实际使用情况；（3）对经历低温循环后的氦冷却管进行应力测试，观察其结构变化；（4）利用显微镜观察氦冷却管的微观结构变化；（5）分析实验数据，得出结论。
四、实验结果与分析1. 氦冷却管在低温循环中的结构变化通过显微镜观察，发现在低温循环过程中，氦冷却管会出现微小的结构变化，如裂纹、变形等。
这些变化会影响其低温疲劳性能。
2. 应力测试结果分析经过应力测试，发现经历低温循环后的氦冷却管在承受外力时，其变形程度和恢复能力均有所下降，表明其低温疲劳性能有所降低。
《大型超导磁体氦冷却管低温疲劳性能分析和实验研究》
《大型超导磁体氦冷却管低温疲劳性能分析和实验研究》一、引言随着超导技术的不断发展，大型超导磁体在科学实验、医疗诊断以及工业应用中扮演着越来越重要的角色。
其中，氦冷却管作为超导磁体的重要部分，其低温性能直接关系到整个系统的稳定性和使用寿命。
本文将重点探讨大型超导磁体氦冷却管的低温疲劳性能，通过理论分析和实验研究相结合的方式，为提升其性能提供依据。
二、氦冷却管低温疲劳性能理论分析（一）材料选择与特性氦冷却管选用的材料需具备良好的低温环境下的物理性能和机械性能。
一般选择耐腐蚀、高强度的金属材料。
在低温环境下，材料应保持稳定的力学性能和良好的热传导性。
（二）疲劳性能概述低温疲劳是指材料在低温环境下经受多次应力或应变循环后，由于内部微观结构的变化而导致的性能下降。
对于氦冷却管而言，低温疲劳主要表现在管壁的变形和开裂等方面。
（三）影响因素分析影响氦冷却管低温疲劳性能的因素包括材料本身的特性、制造工艺、使用环境等。
例如，材料的微观结构、强度和韧性等都会影响其低温疲劳性能。
此外，制造过程中的热处理、焊接等工艺也会对最终产品的性能产生影响。
三、实验研究方法（一）实验设计为研究氦冷却管的低温疲劳性能，设计了不同材料、不同尺寸的氦冷却管样本，在特定温度条件下进行多次应力或应变循环实验。
（二）实验步骤1. 制备样本：按照不同材料和尺寸要求，制备出足够数量的氦冷却管样本。
2. 预处理：对样本进行清洗和预处理，确保其处于良好的初始状态。
3. 实验过程：将样本置于特定温度环境中，施加规定的应力或应变循环次数，记录实验过程中的数据变化。
4. 性能评估：根据实验数据，评估样本的低温疲劳性能。
（三）数据分析与结果解读通过数据分析，可以得出不同因素对氦冷却管低温疲劳性能的影响程度。
同时，结合实验结果，可以判断所选材料和制造工艺的优劣。
四、实验结果与讨论（一）实验结果概述通过实验，我们发现不同材料和尺寸的氦冷却管在低温环境下表现出不同的疲劳性能。
空调冷凝器氦检原理
空调冷凝器氦检原理空调冷凝器氦检原理概述•介绍空调冷凝器氦检的基本原理和重要性空调冷凝器的工作原理•简要介绍空调冷凝器的工作原理，包括压缩机的压缩作用，冷凝器的散热作用等氦气检测的必要性•解释为什么需要对空调冷凝器进行氦检，指出存在泄漏的风险和可能导致制冷效果下降的问题氦气检测的原理•介绍氦气检测的基本原理，即通过注入氦气并使用氦气探测器来检测冷凝器中是否存在泄漏•指出氦气具有高导热性和低黏度的特点，使其能够快速渗透到潜在的泄漏点氦气检测的步骤1.准备工作–确保系统压力正常且安全–确保氦气和氦气探测器的准备工作完成2.施加氦气–将氦气注入到空调系统中3.检测泄漏–使用氦气探测器逐渐移动到冷凝器周围，寻找可能存在泄漏的地方–当氦气探测器发出声音或显示指示时，表示可能存在泄漏4.确认泄漏点–使用泡沫剂或其他方法确认泄漏点的位置–标记泄漏点以便后续维修氦气检测的优势•强调氦气检测的准确性和灵敏度•指出相比其他检测方法，氦气检测更为可靠和高效维护和修复•提醒及时修复冷凝器泄漏问题，以保证空调系统的正常运行•强调定期维护和检查的重要性，以防止未来发生类似泄漏事件结论•总结空调冷凝器氦检原理的重要性和优势•强调氦气检测在空调维修中的应用价值以上是关于空调冷凝器氦检原理的一份相关文章，通过逐步介绍的方式解释了氦气检测的基本原理、步骤以及其优势。
这将帮助读者更好地理解空调系统维修中氦气检测的作用和重要性。
引言在现代生活中，空调已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
空调冷凝器作为空调系统中的重要组成部分，承担着将热量散发到室外的重要任务。
然而，随着使用时间的增加，冷凝器可能会出现泄漏问题，导致制冷效果下降。
为了及时发现和修复冷凝器泄漏问题，空调维修技术中引入了氦气检测原理，本文将为大家详细解释空调冷凝器氦检原理的相关知识。
空调冷凝器的工作原理空调冷凝器通过压缩机将低温低压的气体提高温度和压力，然后将其送入冷凝器。
在冷凝器中，气体会与室外空气进行热交换，从而使气体的温度得以降低，最终转变为高温高压的气体，回到压缩机进行再循环。
50kA-10T CICC 超导导体测试装置低温系统设计
文章编号：CAR21450kA-10T CICC超导导体测试装置低温系统设计彭晋卿 武玉 刘华军 施毅 陈敬林 任志斌（中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031）摘 要 中国科学院等离子体物理研究所正在建设一套50kA-10T超导导体低温性能测试装置。
其低温系统主要由500W/4.5K 氦制冷机、50kA超导变压器低温杜瓦、10T背景场磁体低温杜瓦以及低温液体真空传输管道四部分组成。
500W/4.5K氦制冷机同时提供4.2K液氦和4.2K/3.5bar超临界氦，其中4.2K液氦用来浸泡冷却背景场超导磁体和超导变压器初级线圈；4.2K/3.5bar 超临界氦用来迫流冷却超导变压器次级CICC线圈及测试样品CICC导体，另外背景场磁体低温杜瓦本身设计有一套超流氦制冷系统，可以减压过冷制取1.8K超流氦。
整个低温系统共涉及到4.2K液氦、4.2K/3.5bar超临界氦、1.8K超流氦的综合利用。
关键词 CICC超导导体测试装置低温系统氦制冷机低温杜瓦超流氦制冷循环THE CRYOGENIC SYSTEM OF THE 50KA-10T CICC SUPERCONDUCTING CONDUCTOR TESTING FACILITY Peng Jinqing Wu Yu Liu Huajun Shi Yi Chen Jinglin Ren Zhibin(Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences, Hefei , 230031, China)Abstract A 50kA-10T low-temperature testing facility for CICC superconducting conductor is being built in Institute of Plasma Physics (IPP). The cryogenic system was consisted of a 500W/4.5K helium refrigerator, a 50kA superconducting transformer dewar , a 10T background field magnet dewar and low-temperature transmission pipelines. The 500W/4.5K helium refrigerator produced 4.2 K liquid helium to immerse the background field magnet and the primary coil of the superconducting transformer, and the forced flow supercritical helium of 4.2K/3.5bar to cool its secondary coil and the testing sample coil. In addition, the dewar of background field magnet had a He refrigerationⅡsystem which could obtain 1.8K superfluid helium by decompress. The comprehensive utilization of 4.2K liquid helium, 4.2K/3.5bar supercritical helium and 1.8K superfluid helium was achieved by this cryogenic system.Keywords CICC superconducting conductor testing facility Cryogenic system Helium refrigerator Low-temperature dewar He refrigeration circuit.Ⅱ0 前言目前高性能大电流CICC（Cable-in-Conduit Conductor，CICC）超导导体已广泛应用于超导核聚变装置、超导储能装置、超导强磁场装置及高能超导加速器装置之中，因此开展先进的CICC超导体低温稳定性机理研究、发展CICC超导体的低温测试技术具有重要意义。
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5. 纯铜样 品架
一级冷头上缠绕几圈 . 辐射漏热, 可通过填隙硅 脂把内辐射罩和样品架紧密相连从而减小温差, 控制辐射漏热的大小 在实验所允许 的误差范围 内. 实验时剩余气体压强小于 1 @ 10 - 3 T orr, 其 漏热可忽略. 2. 4 减少乱真电动势 当样品的温度保持不变, 样品上无热流流过 时, 用数字电压表测得的温差电偶两端的电位差 为乱真电动势 . 由于温差电偶的 2 根铜引线要经 过很大的温度梯度场 , 这 2 根引线要交缠引出, 以 使温差电偶测量回路中的 2 根铜线上的热电势能 尽量抵消, 以减小乱真电动势的大小. 5 8 加热 线圈采用双线消磁绕法以减小对温差电偶测量回 路的干扰 . 2. 5 温差电动势读数干扰 温差电动势信号的干扰有 2 种成分 . 一种是
dT 为该样品温度下的 Cu - Au+ 0. 07% F e 电偶的 灵敏度. 图 6 给出了不同温度下高纯铜样品的热 导率和温度的关系曲线.
3
实验结果
图 5 为样品在 T = 17 K 时温差电偶测量回
图5 17 K 时 V -t 曲线
路中电压讯号与时间的 V-t 关系曲线 . 图 5 中开 ( 关) 加热器时出现的尖峰是由于样品处于某一平 衡温度时 , 制冷机中的加热器与制冷单元同时工 作, 以使样品稳定在某一温度 . 图 5 中样品顶端 的加热器工作( 断开) 时 , 制冷机中测温用的铂电 阻感到样品的温度高于 ( 低于 ) 预定的数值 , 导致 制冷机中的加热器的加热功率减少 ( 增加) , 使之 由上向下流过样品的热流增加 ( 减少 ) , 从而出现 图 5 中向下( 向上) 的尖峰 . 表 1 为不同温度下测 得的高纯热导率 K和温度 T 之间的关系, 其中 I 为加热器流过电流 , U 为 加热器两端电压, V t 为 扣除了乱真电动势影响以后的温差电动势, dV t /
[ 2]
2
2. 1
实验装置
装置总示意图 装置总示意图如图 3 所示. 制冷机使用万瑞
1. 样 品 5 8 加热线圈 ( 采用消 磁绕线 法 ) 偶测 温端 A AuFe 线 3. 温差 电偶 的 Cu 线 图 4 样品头部分 5. 温差电偶测温端 B 2. 温差 电 4. 温差 电偶 的
G - M 制冷机 . 样品架与制冷机二级冷头通过 2 个 螺丝相连, 接触面之间涂有填隙硅脂. 内辐射罩 与样品架紧密接触 , 之间涂有填隙硅脂. 外辐射 罩通过螺口与制冷机的一级冷头密接触 .
2. 3
漏热影响 引起漏热的固 体引线共 6 根 : 加热 器上的 2
根铜电流引线 , 2 根铜电压引线, 温差电偶的 2 根 铜引线和 1 根金铁合金丝 . 金铁合金丝的直径为 0. 20 m m, 确保其漏热远小于样品铜杆所传导的 热量的 1% . 为了减少漏热, 图 4 引线可以使用螺 线绕法, 由于长度加大增加了热阻 , 同时可以让引 线保持较好的位形 , 不至于碰到样品或者内辐射 罩. 为减小引线与样品的温差, 所有引线都要在 与样品架同一温度的捆线柱上缠绕几圈再引出样 品架 . 所有引线在接出制冷机前还要在制冷机的
0 . 542 3 0 . 521 5 0 . 610 5 0 . 749 6 1 . 093 1 1 . 497 7 1 . 492 5 1 . 489 5 1 . 487 8 1 . 486 3 1 . 484 6 1 . 482 6 1 . 481 0 1 . 479 5
30
物
理
实
验
表 2 图 5 中的等间隔取点 的电压值 300~ 1 000 s 1 500~ 2 200 s - 6. 1 - 6. 0 - 5. 8 - 5. 9 - 5. 9 - 6. 0 - 6. 1 - 6. 1
第 29 卷 mV
4
误差估算
对某 个温 度下 热 导率 K误 差 的估 计 : 以
[ 2]
2 700~ 3 400 s 2. 6 2. 5 2. 5 2. 3 2. 3 2. 3 2. 1 2. 1
T = 17 K 为例 , 加热功率 Q = I U= 0. 446 W , 引线 漏热 Q ¤ l= nK $T S = 7. 43 @ 10- 4 W . l
不同温度下测得的高纯铜热导率 K和温度 T 之间的关系 U/ V V t / LV 0. 3- ( - 0. 9) = 1. 2 9. 4- 6 . 6= 2. 8 9. 3- 5 . 0= 4. 3 8. 0- 2 . 9= 5. 1 6. 8- ( - 0. 8) = 7. 6 5 . 5- ( - 4 . 5) = 10 4. 5- ( - 4. 6) = 9. 1 3. 6- ( - 5. 0) = 8. 6 2. 4- ( - 6. 0) = 8. 4 2. 3- ( - 6. 0) = 8. 3 2. 0- ( - 6. 6) = 8. 6 1. 4- ( - 7. 6) = 9. 0 1. 0- ( - 8. 4) = 9. 4 - 0 . 2- ( - 9 . 9 ) = 9 . 7 dV t LV dT K 2. 14 5. 73 8. 03 9. 54 11 . 07 12 . 61 13 . 24 13 . 88 14 . 19 14 . 45 14 . 63 14 . 71 14 . 62 14 . 29 K / ( W # cm - 1 # K - 1 ) 4. 1 4. 5 5. 8 8. 9 14 . 8 24 . 0 27 . 6 30 . 6 32 . 0 32 . 9 32 . 1 30 . 8 29 . 3 27 . 4
4 4 Q ¤ r = RA 1 E 1( T - T 0) ,
L 2- L 1 置信水平为 ( 1- A ) = 0. 95 的置信区 间
[ 4]
为
Ym - X n- tA / 2 ( n+ m - 2) S w
图1 纯金属中热阻 W 随温度 T 的变化
W i 和 W r 分别为声子和杂质引起的热阻 . 电阻 R 和热阻 W 之间的 关系由 魏德曼 - 弗 兰茨 ( Wied m ann - F ranz) 定律给出 : R = L . ( 2) WT 式中 L 称为洛伦兹( L or ent z) 常数 , 数值为2. 45 @ 10- 8 W # 8 # K- 2 . 式中分母出现 T 的原因是, 自由电子运载的电荷是常数, 但运载的热能却正 比于温度 T 并随温度的一次方变化 . 这个定律在 低温区( 杂质散射为主 ) 和高温区 ( 电子在散射时 的能量的变化比 kT 小得多时 ) 是正确的, 在中温 区不够满意. 利用式( 2) , 可以从 R( T ) 的行为推 断出 W ( T ) 的变化. 对杂质散射, R r 是常数 , W r 应正比于 T - 1 . 在高温区, R i W T , W i 应是常数; 在中温区 , R i 一般按 T 5 变化 , 按式 ( 2) , W i 应正 比于 T , 实际上 W i 正比于 T , 表现出对式 ( 2 ) 的 偏离
图6
高纯铜样品的热导率 K和温度 T 的关系曲线
表1 T /K 292 122 78 57 41 29 25 21 19 17 15 13 11 9 I/ A 0 . 100 0 0 . 100 0 0 . 120 0 0 . 150 0 0 . 220 0 0 . 300 0 0 . 300 0 0 . 300 0 0 . 300 0 0 . 300 0 0 . 300 0 0 . 300 0 0 . 300 0 0 . 300 0
串口 17. 计算机
2. 2
样品头部分 样品头部分如图 4 所示. 加热线圈骨架和样
品杆由高纯铜直 接加工而得 . 样品 杆的直径为 3. 00 mm , 粘有温差电偶的 2 个刀口之间的距离 为 30. 0 mm. 温差电偶采 用 Cu - A u+ 0. 07% Fe 电偶, A 和 B 之间用金铁合金丝 . 温差电动势参
新的装置改用氦制冷机 , 其测温范围的低温端 可延伸至 9 K . 测 量结果的不确定度为 3% . 关键词 : 低温热导率 ; 制冷机 ; 纯铜 中图分类号 : O 482. 22 文献标识码 : A 文章编号 : 1005 - 4642( 2009) 10 - 0027 - 04
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引
言
实验表明, 在纯金属的传热中 , 晶格热导部分 占的比例很小, 热量几乎全部都是由自由电子传 导的 . 热阻和电阻的来源相同: 一是晶格的热振 动, 即声子的散射 ; 二是 杂质和缺 陷的 散射. 因 此, 和电阻类似 , 热阻也可以近似表达成 W = W i+ W r , ( 1)
7. 温度控 制器 的铂 电阻温 度计 ( 与 制冷 机二 级 8. 温 度控 制器加 热线 圈 11. 外 真 空罩 10. 外 辐射 罩
冷头紧密 接触 ) 机二级冷头 级冷头 流源
13. L akeshare321 自动温度控制 器
15. PZ158A 型直流数字电压表 图3 装置总示意图
16. R S232C
式中 l 为杆状样品的轴向长度, S 为样品的横截 面积 , U 为加热器端电压 , I 为加热器电流. 目前 现 有的 实 验 装 置 利 用 液体 氮 充 当 冷 源 , 因此测量热导率的环境温度最低为液氮温 度 77 K, 然而通过 G - M 小型制冷机可以产生低 于 10 K 的低温 , 从而可以测量 9~ 300 K 温度范 围内的金属热导率[ 3] .
第 10 期
李
科 , 等 : 用氦制冷机测 量纯铜低温热导率
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外部交变电磁场对引线作用产生的干扰 . 因为温 差电偶信号只有微伏量级 , 属于小信号测量, 此干 扰将会严重妨碍读数 . 为减少外部电磁场对信号 的干扰, 所有引出线均采用屏蔽线. 而且屏蔽线 的地要同制冷机、 温度控制器、 数字电压表共地. 另一种干扰是由于制冷机接近制冷温度极限时, 制冷温度本身波动造成的 . 但当温度控制器通过 改变缠绕在二级冷头上的加热线圈的加热功率, 对制冷机本身的制冷功率波动形成负反馈时, 可 以将样品温度保持在 0. 1 K 的精度内.