DYR021 稳态平板法测定绝缘材料导热系数实验装置
大学物理实验导热系数的测定
实验内容
记录橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板）的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘质量mC，由实验室提供。
测量散热板（黄铜板）的冷却速率 ，计算。
稳态法测橡胶盘上下表面的温度10 和20
调整好实验装置,各盘之间不能有间隙。
调整电热板的供电方式,人为控制发热盘的温度在:
每隔2分钟观察散热盘的温度θ2 , 记录θ1 ， θ2；若在10分钟内θ2基本保持不变则系统的热传导已达到稳定状态。对最后10分钟内的5次温度分别求平均得θ10， θ20。
实验原理
考虑散热盘自由冷却与稳态时的散热面积不同，引入修正系数：
于是，导热系数为：
实验原理
0°C 冰水
4、温差热电偶的工作原理
两种金属接触处由于温度差而产生电动势的现象称为温差电动势，一般情况下，温差电动势近似与两接触端的温度差成正比。
检流计
加热
检流计
电压值即为温度示数
杜瓦瓶里冰水混合物为冷端；发热盘、散热盘分别与冷端形成两个温差电偶。
θ/mv
210
180
150
120
90
60
30
0
ｔ／Ｓ
用逐差法求冷却速率:
数据记录和处理
记录橡胶盘（样品）和黄铜盘（散热板）的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘（散热板）质量mC。
采用逐差法求散热板（黄铜板）在温度为20时的冷却速率 ，其中t=120s。
记录稳态时橡胶盘上下表面的温度10 和20
计算橡胶板的导热系数，并与标准值比较，计算出百分比误差。
操作要点
1
数字电压表调零，注意热电偶接线。实验过程中散热风扇保持开启。
2
构建稳态环境， 10保持在3.50mV±0.03mV范围内，测量20
实验3-10测量不良导体的导热系数
实验3-7稳态法测定不良导体的导热系数实验报告【实验目的】1.了解稳态的概念和实现稳态的思想和方法。
2.深刻理解稳态平板法测量材料导热系数的实验设计思想（实验中以传热率等于散热率为判别依据），掌握实验方法。
3.掌握通过散热速率测量传热速率、测量冷却速率求散热速率的间接测量思想。
4.了解运用理论分析和实验观测确定实验的最佳条件和参数的基本方法。
5.介绍热电偶的基本知识，熟练掌握电测温度的方法。
6.学会用逐差法求直线斜率。
7.学会用电子秒表测量时间。
【实验原理】热传导也叫导热，它是指物体个部分之间或不同物体之间直接接触时由于物质分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而产生的热量传递现象。
热传导是靠物体内部存在的温度梯度使热量从高温区域向低温区域传递的过程。
在热传导过程中，物体各部分的温度不随时间而变化-----稳态导热。
在稳态导热过程中，每一个物质单元流出和流入的热量均相等-----热平衡。
1882年法国数学家、物理学家约瑟夫·傅里叶研究得出了一个热传导的基本公式-----傅里叶方程式，即：（1）其中h、S分别为待测物体的沿热传导方向上的高和面积，为导热系数。
由于热平衡时每一个物质单元流出和流入的热量均相等，则：而在本实验中加热时是一面受热，散热时是上下两面，这样上式应修改为：（2）将（2）式代入（1）式得：（3）从上式可知，要达到实验目的关键是冷却速度的确定，而冷却速度的确定是用热电偶来测量的。
热电偶是由不同成分的金属或合金彼此紧密接触连接成一个闭合回路。
如果两接点分别处于不同的温度中，则回路中就会产生电动势，该电动势称为温差电动势或热电动势，同时把这种现象称作热电效应。
这种电路被称为温差电偶或热电偶。
本实验采用的是铜--康铜金属丝热电偶测量温度的变化。
由于温度变化在本实验中可认为是线性变化。
所以可直接用电动势值来代替温度的变化。
这样（3）式可改写为：【实验装置及仪器】1．游标卡尺、托盘天平和电子秒表：测量长度、质量和时间。
导热系数测量方法及仪器
动态方法是指在变化温度下测量材料导热系数的方法。这种方法通常使用热脉冲法或热反应法。
1.热脉冲法
热脉冲法是一种迅速变化温度的方法，它通过在被测材料中加热脉冲，并测量温度变化来计算导热系数。实验中，通过一个电磁炉或者激光脉冲等方式给被测材料施加一个短时间的高温脉冲，然后通过测量温度的变化，以及脉冲能量的大小来计算Leabharlann 热系数。导热系数测量方法及仪器
导热系数是材料的一个重要物理参数，它描述了材料传导热量的能力。测量导热系数的目的是为了评估材料的热性能，以及使用该材料的可行性。下面将介绍导热系数的测量方法以及常用的测量仪器。
一、静态方法
静态方法是指在恒定温度下测量材料导热系数的方法。这种方法是通过测量材料两端的温度差来确定导热系数的。常用的静态方法有热板法和热流计法。
2.热反应法
热反应法是一种通过观察材料的热反应过程，从而求得导热系数的方法。实验中，将被测材料放置在一个加热腔中，然后在一定温度下对其进行恒定热反应，通过测量反应中产生的热量和反应过程的时间来计算导热系数。
常用仪器：
1.导热系数测试仪：这种仪器有多种型号，可以根据不同的测量方法选择合适的仪器。一般包括加热装置、温度传感器、温度控制系统、数据采集和分析系统等组成。
2.热板法仪器：热板法需要使用一块平板和对应的温度传感器，以及控制电路等。
3.热流计：热流计用于测量导热材料中的热流量，它包括散热区、热电偶和测温装置等。
4.热脉冲测试仪：热脉冲测试仪包括一个加热器、一个测温电阻和一个控制系统，用于给被测材料施加热脉冲以及测量温度变化。
总结：
导热系数是材料的一个重要物理参数，测量导热系数有静态方法和动态方法两种。常用的测量仪器包括导热系数测试仪、热板法仪器、热流计和热脉冲测试仪等。这些仪器可根据实验需要选择使用。随着科技的发展和进步，导热系数的测量方法和仪器也将进一步提高和完善。
用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告
用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告实验目的本实验旨在通过准稳态法来测量介质的导热系数和比热。
实验原理介质热传导定律可以表示为:$\frac{dQ}{dt}=-kA\frac{dT}{dx}$其中$dQ$表示通过横截面$A$传导的热量、$dT/dx$表示温度梯度，$k$表示介质的导热系数。
考虑一根长为$L$、半径为$r$的柱形介质，将其放置在恒定温度$T_1$的热源上，使其与热源建立稳定热流，由于介质与外界的热交换可能会影响温度场的分布，但如果用温度计沿柱形介质的径向测量，可以保证温度场分布近似于径向对称的形态。
当恒定稳态建立后，热传导方程的解析解可以表示为:$T(r)=T_1+\frac{dQ}{2\pi kL}ln{\frac{r}{r_0}}$其中$r_0$表示温度计的距离。
同时根据恒定稳态条件，热流向是恒定的，可以通过测量温度差得到热流，即:$q=-k\frac{A}{\Delta x}(T_2-T_1)$其中$A$表示圆柱体的横截面积，$\Delta x$表示$\Delta T$的距离。
结合以上两式，可以得到介质的导热系数$k$为:$k=\frac{qd}{2\pi T_1 L ln{\frac{r_2}{r_1}}}$其中$d$为材料的直径，$T_1$为热源的温度，$r_1$和$r_2$为温度计的测量位置。
而比热则是通过热平衡条件给出的:$q_1t_1=q_2t_2$其中$q$为热流，$t$为温度，1和2表示两个状态。
在本实验中，温度上升了$\Delta T$，热流在某一时间间隔$t$内对介质的热量为$q=mC_p\Delta T$，其中$m$为穿过某一截面的质量，$C_p$为比热容。
因此可以得到比热:$C_p=\frac{q}{m\Delta T}$实验步骤1.准备材料：圆柱形样品和两台K型热电偶。
2.组装实验装置：将圆柱形样品嵌入加热炉中，将热电偶分别穿过样品并与数据采集仪相连。
用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告
用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告实验报告：
本实验组进行了一系列实验，目的是测量介质的导热系数和比热。
为此，我们采用了准稳态法（Steady-State Method），通过测量系统的热流，温度和物理量来评估介质的热特性。
实验装置由两个金属块构成，它们之间以一定宽度填充介质。
两个金属块用热电偶连接，控制机械温度。
一个块由常温水浴恒温，使另一块保持稳定的温度，以产生恒定的热流。
然后，通过特殊测量仪器读取温度差。
通过改变被测物质的厚度，实验运行三次，同时测量温度。
在改变热流情况下，记录温度差随热导率的变化情况。
根据所得温度与热导率的关系，用分析技术计算出介质的导热系数和比热。
实验运行时，实验装置保持在常温水浴中，当热偶发出热量时，两个金属块之间的温差增大，测量装置会自动调整两个金属块的温度，以保持恒定的热流输出。
本实验的结果显示，随着介质的厚度的增加，介质的导热系数和比热值也随之增加。
未来，我们可以改进实验装置，看看它们是否可以产生更精确的结果。
导热系数测量实验报告.doc
导热系数测量实验报告篇一：导热系数实验报告实验2.8 用稳态平板法测定不良导体的导热系数实验报告一、实验目的.（1）用稳态平板法测定不良导体的导热系数. （2）利用物体的散热速率求传热速率. 二、实验器材.实验装置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、数字式电压表. 三、实验原理.导热是物体相互接触时，由高温部分向低温部分传播热量的过程.当温度的变化只是沿着一个方向（设z方向）进行时，热传导的基本公式可写为dTdQ=?λ ?????????---------------------------------------------（2.8.1）它表示在dt时间内通过dS面积的热量dQλ为导热系数，它的大小由物体????dT本身的物理性质决定，单位为W????1????1，它是表征物质导热性能大小的物理量，式中符号表示热量传递向着温度降低的方向进行.在图中，B为待测物，它的上下表面分别和上下铜、铝盘接触，热量由高温铝盘通过待测物B向低温铜盘传递.若B 很薄，则通过B侧面向周围环境的散热量可以忽略不计，视热量只沿着垂直待测板B的方向传递.那么在稳定导热（即温度场中各点的温度不随时间而变）的情况下，在?t时间内，通过面积为S、厚度为L的匀质圆板的热量为????????? ---------------------------------------------（2.8.2）式中，???为匀质圆板两板面的恒定温差，若把（2.8.2）式写成?Q=?λ??????=?λ?? ---------------------------------------------（2.8.3）的形式，那么???便为待测物的导热速率，只要知道了导热速率，由（2.8.3）式即可求出λ. 实验中，使上铝盘A和下铜盘P分别达到恒定温度??1、??2，并设??1??2，即热量由上而下传递，通过下铜盘P向周围散热.因为??1和??2不变，所以，通过B的热量就等于C向周围散发的热量，即B 的导热速率等于C的散热速率.因此，只要求出了C在温度??2时的散热速率，就求出了B的导热速率???.因为P的上表面和B的下表面接触，所以C的散热面积只有下表面面积和侧面积之和，设为????，而实验中冷却曲线是C全部裸露于空气中测出来的，即在P的上下表面和侧面积都散热的情况下记录的.设其全部表面积为??全，根据散热速率与散热面积成正比的关系可得??? ????????????部全=??部全---------------------------------------------（2.8.4）式中，???为??部面积的散热速率，???为??全面积的散热速率.而散热速率???就部全部?????????等于（2.8.3）式中的导热速率，这样（2.8.3）式便可写作????????? =?λ?? 部---------------------------------------------（2.8.5）设下铜盘直径为D，厚度为δ，那么有??部??全??2=?? +????????2=2?? +??????---------------------------------------------（2.8.6）???由比热容的基本定义c=Δ????Δ??‘，得ΔQ=cmΔ??’，故???cmΔ??’= 全---------------------------------------------（2.8.7）将（2.8.6）式、（2.8.7）式代入（2.8.4）式得?????+4?? =?????? 部---------------------------------------------（2.8.8）将（2.8.8）式代入（2.8.5）式得λ=?????????????/2---------------------------------------------（2.8.9）式中，m为下铜盘的质量，c为下铜盘的比热容. 四、实验内容.（1）用游标卡尺多次测量下铜盘的直径D、厚度δ和待测物厚度L，然后取其平均值.下铜盘质量m由天平测出，其比热容c=3.850×102??? kg?℃?1.（2）实验时，先将待测样品放在散热盘P上面，然后将发热铝盘A放在样品盘P上方，再调节三个螺栓，使样品盘的上下两个表面与发热铝盘A和散热铜盘P紧密接触.（3）将集成温度传感器插入散热盘P侧面的小孔中，并将集成温度传感器接线连接到仪器面板的传感器插座.用专用导线将仪器机箱后部插座与加热组件圆铝盘上的插座加以连接.为了保证温度测量的准确性，采用同一个温度传感器测温，在需要测量发热盘A和散热盘P温度时，采用手动操作，变换温度传感器的测温对象.（4）接通电源，在“温度控制”仪表上设置加温的上限温度.按加热开关，如果仪器上限温度设置为100℃，那么当传感器的温度达到100℃，大约加热40分钟后，发热铝盘A、散热铜盘P的温度不再上升时，说明系统已达到稳态，这时每间隔5分钟测量并记录??1和??2的值.（5）测量散热盘在稳态值??2附近的散热速率.移开发热铝盘A，取下待测盘，并将发热铝盘A的底面和铜盘P直接接触，当P盘的温度上升到高于稳态值??2值若干度（例如5℃左右）后，再将发热铝盘A移开，让散热铜盘P自然冷却.这时候，每隔30s记录此时的??2值并记录.五、实验数据记录与处理.表一下铜盘直径、厚度，待测物厚度实验结果记录表下铜盘质量为m=655 g.取平均值，稳态时，??1=102.3℃、??2=79.2℃.表三测下铜盘散热速率实验结果记录表利用作图法求下铜盘的散热速率得下铜盘散热速率为K=0.02976T????1. 由（2.。
稳态法测量热导率
橡皮样品厚度（不同位置） 平均值 hB/mm 8.07 8.07 8.06 8.05 8,05 8.06 8.06
橡皮样品直径（不同角度测量） 平均值 dB/mm 129.22 128.82 128.92 128.16 129.00 128.99 128.85
稳态时（十分钟内温度基本保持不变），样品上表面的温度示值 摄氏度。 1=50.5摄氏度.样品下表面温度 =37.3 2
实验原理
稳态法测量热导率1898年C.H.Lees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，各处得稳态时的样品上下表面温度后，将样品B抽去，让加热盘 C与散热盘P解触，当散热盘的温度上升到高于稳态时的值20摄氏度以上 后，移开加热盘，让散热盘在电扇作用下冷却，记录散热盘温度随时间t 的下降情况，求出散热盘在 率为 时的冷却速率，则散热盘 P在 时的散热速 2
2
Q mc t t
设稳态时，样品的上下平面温度分别为 时间内通过样品的热量满足下式：
、 ，根据傅立叶传导方程，在 1 2
Q 1 2 1 2 2 S dB t h 4h
式中为样品的导热系数 ， 为样品的厚度， S为样品的平面面积，实验中 hB
样品为圆盘状，设圆盘样品的直径为
2
mc t
2
R 2R h 2R 2R h
2 p 2 p p p p p
所以样品的导热系数为：
DRP-II导热系数测试仪使用说明书
DRP-II导热系数测试仪(平板稳态法)使用说明书湘潭市仪器仪表有限公司一、概述导热系数（热导率）是反映材料导热性能的物理量，它不仅是评价材料的热学特性的依据，而且是材料在应用时的一个设计依据，在加热器、散热器、传热管道设计、房屋设计等工程实践中都要涉及这个参数。
因为材料的热导率不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响热导率的数值，所以在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定。
测量热导率的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。
本测试仪采用稳态法测量不同材料的导热系数，其设计思路清晰、简捷、实验方法具有典型性和实用性。
测量物质的导热系数是热学实验中的一个重要内容。
本测试仪由加热器、数显温度表、数显计时器等组成（采用一体化设计）二、主要技术指标1、电源：AC（220±10%）V，（50/60）HZ2、数字温度表：测量精度：0.5%±1个字.3、数字计时秒表:计时范围: 0～100min;最小分辨率1S;精度:10-54、测量温度范围:室温～100℃(最高加热温度120℃)5、加热电压: 36V AC6、散热铜板:半径:65mm 厚度:7mm 质量:815g(以上的参数已在每一块铜板上标注,以上提供的仅为参考值)7、测试材料:硬铝、橡皮、空气等8、连续工作时间：＞8小时三、仪器维护与保养1、使用前将加热盘与散热盘的表面擦干净。
样品两端面擦净，可涂上少量硅油。
以保证接触良好。
2、实验过程中，如若移开电热板，应先关闭电源。
移开热圆筒时，手应拿住固定轴转动，以免烫伤手。
3、实验结束后，切断电源，保管好测量样品。
不要使样品两端划伤，以至影响实验的精度。
数字温度表数字出现不稳定时先查热电偶及各个环节的接触是否良好。
4、仪器在搬运及放置时，应避免强烈振动和受到撞击。
5、仪器长时间不使用时，请套上塑料袋，防止潮湿空气长期与仪器接触。
房间内空气湿度应小于80%。
6、仪器使用时，应避免周围有强烈磁场源的地方。
《传热学》实验：平板导热系数测定实验
《传热学》实验一：准稳态平板导热系数测定实验一、 实验目的1．快速测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热，掌握其测试原理和方法。
2．掌握使用热电偶测量温差的方法。
二、 实验原理本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。
设平板厚度为 2，初始温度为0t ，平板两面受恒定的热流密度c q 均匀加热（见图1）。
求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布 ,x t 。
导热微分方程、初始条件和第二类边界条件如下： 22,,x x t a x t00,t x t ,0c t q x0,0 x t方程的解为： 2212002132,1cos exp 6n c n n n n q x x t x t F (1) 式中：——时间；——平板的导热系数；——平板的导温系数；123n n n，，，，；02a F ——傅里叶准则； 0t ——初始温度；c q ——沿x 方向从端面向平板加热的恒定热流密度。
随着时间 的延长，0F 数变大，式（1）中级数和项愈小。
当5.00F 时，级数和项变得很小，可以忽略，式（1）变成： 图120221,26c q x t x t(2) 由此可见，当5.00 F 后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数，并且到处相同。
这种状态称为准稳态。
在准稳态时，平板中心面0 x 处的温度为： 0210,6c q t t平板加热面x 处为：31,20 a q t t c 此两面的温差为：c q t t t 21,0, (3) 如已知c q 和 ，再测出t ，就可以由式（3）求出导热系数： tq c 2 (4) 实际上，无限大平板是无法实现的，实验中是用有限尺寸的试件。
一般可以认为，试件的横向尺寸是厚度的6倍以上时，两侧散热对试件中心的温度影响可以忽略不计。
试件两端面中心处的温度差就是无限大平板时两端面的温度差。
根据热平衡原理，在准稳态时，有下列关系：d dt F c F q c (5) 式中：F——试件的横截面积；c——试件的比热；ρ——其密度；d dt ——准稳态时的温升速率。
实验3.05 固体的导热系数的测定
3.5 固体的导热系数的测定【实验简介】导热系数是反映物体导热性能的一个物理量，它不仅是评价材料热学性能的依据，而且是材料在应用时的一个设计依据，在加热器、散热器、传热管道设计、电冰箱及锅炉制造等工程技术中都要涉及这个参数。
由于导热系数随物质成分、结构及所处环境的不同而变化，所以确定导热系数的主要途径是用实验的方法。
测定导热系数的方法很多，但可归纳为两类：一类是稳态法，另一类是动态法。
稳态法即先用热源对试样加热，并在样品内形成稳定温度分布，然后进行测量；在动态法中，待测样品内的温度随时间而变化。
由于稳态法原理简单，操作容易，本实验采用稳态法测量固体的导热系数。
【实验目的】1.学习用稳态法测固体导热系数，了解其测量条件。
2.学习实验中如何将传热速率的测量转化为散热速率的测量方法。
3.学会用作图法处理数据。
【预习思考题】1.本实验用稳态法平板法测物体的导热系数要求样品处于一维稳态热传导，什么是一维稳态热传导，实验中如何保证？2.如何测散热盘在温度为T 3时的冷却速率？3.如何利用热电偶测温？ 【实验仪器】YBF-2型导热系数测定仪，保温杯，游标卡尺，橡皮样品，硬铝样品，绝热圆环。
【实验原理】1.导热系数当物体内部温度不均匀时，就会有热量自发地从高温部分向低温部分传递，在物体内部会发生热传导现象。
设在物体内部Z =Z 0处沿垂直于热量传递方向截取一截面ds ，由热传导定律可知，在时间dt 内通过截面ds 传递的热量为Z dT dQ dsdt dz λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭ (3.5.1)式中0Z dT dz ⎛⎫ ⎪⎝⎭表示在Z =Z 0处的温度梯度，λ为物体的导热系数，或称热导率，它表示在单位温度梯度影响下，单位时间内通过垂直于热量传递方向单位面积的热量，是表征物体导热性能大小的物理量，单位为W/(m·K)。
导热系数的大小与物质的结构、成分以及所处环境温度有关。
不同材料具有不同的导热系数，根据导热系数的大小，将固体材料划分为热的良导体和热的不良导体，导热系数大的物体称为热的良导体，导热系数小的物体称为热的不良导体。
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稳态平板法测定绝缘材料导热系数实验台
编
号
技术指
标名称
技术指标响应值
1 工作条件 工作电压：220V 功率：500W
2 实验目的 1.巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的实
验方法和技能。
2.测定试验材料的导热系数。
3.确定试验材料导热系数与温度的关系。
3 产品特点 双面冷却紫铜板实验台本体；薄膜加热器由低压大功率开关电源供电,并由单片机
控制脉冲宽度调制器(PWM)输出控制。
4 技术参数 1、水泵参数：功率90W，扬程3m，流量 20L/min；
2、电流互感器:SX-10DK﹙日本三洋﹚﹐0-10A
3、水泵参数：功率90W，扬程3m，流量 20L/min；
4、温度控制精度：热板、冷板均为±0.1℃；
5、 最高设定温度：100℃；冷却方式：水冷；仪器测量精度：3%；
6、导热系数测试范围：0.01-1.6W/mK。
5 产品规格与附件 1、主要配置：主要配置：可移动式实验台、双面冷却实验台本体、电加热器、温
度传感器，水泵、水箱、电流表2只、电压表2只、温度显示仪、温度跟踪仪等。
2、外形尺寸：900×500×1200mm