導(dǎo)熱系數(shù)儀的校準(zhǔn)方法

1、導(dǎo)熱系數(shù)儀的校準(zhǔn)方法在節(jié)能意識(shí)逐步提高的今天，導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀，已經(jīng)在廣大檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但對(duì)于它的校準(zhǔn)方法現(xiàn)今還沒(méi)有一個(gè)可靠穩(wěn)妥的方法。本文在多次校準(zhǔn)比較的基礎(chǔ)上提出一種校準(zhǔn)方法供大家探討，在實(shí)際工作中也有一定的參考價(jià)值。1.導(dǎo)熱系數(shù)儀原理和特點(diǎn)導(dǎo)熱系數(shù)儀是一種基于傅立葉導(dǎo)熱定律而進(jìn)行材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量的儀器，在導(dǎo)熱過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)給定截面的熱量， 與該截面的面積和垂直于該截面方向的溫度梯度成正比，在一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，其數(shù)學(xué)表達(dá)為：（1）經(jīng)過(guò)積分換算，公式（1）可以推導(dǎo)出（2）其中，一一為被測(cè)材料的導(dǎo)熱系數(shù)，；Q 為通過(guò)被測(cè)材料試樣的傳熱量，Wh為被測(cè)材料試樣的厚度，m;A 為計(jì)量板

2、的面積，itf；為被測(cè)材料試樣高溫傳熱面的平均溫度，C；為被測(cè)材料試樣低溫傳熱面的平均溫度，C這個(gè)公式成立有3個(gè)前提條件：（1）傳熱是一維傳熱，側(cè)面沒(méi)有熱傳遞或熱損失；（2）被測(cè)材料具有各向同性或垂直導(dǎo)熱截面上有相同的熱物性；（3）溫差是被測(cè)材料兩個(gè)傳熱面上溫度的差值。但是，在實(shí)際中測(cè)量由于儀器設(shè)備和測(cè)量手段的約束，往往無(wú)法理想的滿足這三個(gè)條件，只能使之產(chǎn)生的影響最小化。例如使被測(cè)材料材質(zhì)盡量均勻，在側(cè)面增加絕熱板，減小側(cè)面熱損失，在盡量靠近熱板表面處埋設(shè)溫度傳感器，減小接觸熱阻等。所以，實(shí)際應(yīng)用中的導(dǎo)熱系數(shù)儀通常由計(jì)量加熱單元、冷板單元、防護(hù)單元、控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、壓緊系統(tǒng)和制冷機(jī)構(gòu)組成。

3、裝置主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。2.校準(zhǔn)方法通過(guò)以上原理可以得知， 穩(wěn)態(tài)法測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的困難主要在于相關(guān)參量的準(zhǔn)確獲得。由于導(dǎo)熱系數(shù)是標(biāo)志一個(gè)過(guò)程（傳熱）的性質(zhì)的熱物性參數(shù).因此不可能通過(guò)直接靜態(tài)對(duì)比而得出。所以，可以將同樣尺寸規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)樣品（導(dǎo)熱系數(shù)已知）放在導(dǎo)熱系數(shù)儀中，在某一外部條件下，經(jīng)歷一個(gè)傳熱過(guò)程，另外再通過(guò)測(cè)量冷熱板的表面溫度，就可根據(jù)測(cè)量結(jié)果的比較而得到被測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)儀的測(cè)量準(zhǔn)確度。2.1校準(zhǔn)條件校準(zhǔn)導(dǎo)熱系數(shù)儀用的主要標(biāo)準(zhǔn)器有導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)參比板和精密表面溫度計(jì)。其中導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)參比板由國(guó)家建材研究院研制，這是一種通過(guò)多臺(tái)精密導(dǎo)熱系數(shù)儀比對(duì)定值的已經(jīng)通過(guò)國(guó)家審核認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)樣品，使用溫度范圍

4、在(270373)K之內(nèi)，具有很高的可靠性和穩(wěn)定性，測(cè)量不確定度2.5%(95%置信概率時(shí))。它的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)熱系數(shù)值通過(guò)以下公式得到：(3)式中：T導(dǎo)熱系數(shù)參比板的平均溫度，K;入標(biāo)一一由導(dǎo)熱系數(shù)參比板得到的參考導(dǎo)熱系數(shù)值，精密表面溫度計(jì)，測(cè)量范圍(0100)C，測(cè)量準(zhǔn)確度土1.2 C,用來(lái)精確測(cè)量平板表面溫度， 它應(yīng)有(0100) C之間整十度溫度點(diǎn)修正值。另外，對(duì)尺寸的測(cè)量采用游標(biāo)卡尺，測(cè)量范圍(0300)mm，測(cè)量準(zhǔn)確度土0.04mm用來(lái)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)參比板的厚度。2.2基本示值誤差的校準(zhǔn)方法測(cè)試前先將導(dǎo)熱系數(shù)參比板在105C 5C的烘箱中烘干48小時(shí)，再在濕度低于30 % RH的 干燥柜中冷卻至

5、室溫，再用游標(biāo)卡尺測(cè)量參比板的厚度。 將導(dǎo)熱系數(shù)儀接入穩(wěn)壓電源，在測(cè) 量過(guò)程中電源電壓的波動(dòng)應(yīng)在土10%以內(nèi)。將導(dǎo)熱系數(shù)儀的電源開(kāi)啟，如果是自動(dòng)控制類(lèi)型的導(dǎo)熱系數(shù)儀同時(shí)也將控制軟件開(kāi)啟。充分預(yù)熱后將導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)參比板放入導(dǎo)熱系數(shù)儀測(cè)試腔中，再將精密表面溫度計(jì)分別放入加熱板和參比板之間以及參比板和冷板之間，感溫頭應(yīng)貼附在參比板表面上，放置位置位于參比板的中心。自動(dòng)壓緊裝置的啟動(dòng)壓緊裝置，手動(dòng)壓緊的上緊裝置將參比板壓緊，壓緊程度以使參比板和冷熱板緊密接觸為宜。設(shè)置好測(cè)試時(shí)的熱板溫度、冷板溫度和試樣厚度，啟動(dòng)導(dǎo)熱系數(shù)儀進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)溫度和傳熱 達(dá)到穩(wěn)定平衡時(shí)，測(cè)量此時(shí)的表面溫度計(jì)讀數(shù)，讀取熱板和冷板的

6、4個(gè)表面溫度t1、t2、t3和t4(單位C )。之后每間隔10min讀一次數(shù)，共讀取十次數(shù)據(jù)，分別計(jì)算其平均值 、， 求出參比板平均溫度T。or (4)式中：、分別是構(gòu)成一維傳熱的一對(duì)傳熱板表面溫度，C；、分別是表面溫度計(jì)在該溫度下的修正值，C。求出參比板的平均溫度后，代入式(3)可以計(jì)算得到各參比板的參考導(dǎo)熱系數(shù)值入標(biāo)。2.3基本示值誤差計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)儀的溫度基本示值誤差為：(5)式中，At 被校儀器的表面溫度測(cè)量誤差，C;td被校儀器讀取的該表面溫度示值平均值，Ct標(biāo)一一精密表面溫度計(jì)讀取的溫度示值平均值，cte表面溫度計(jì)在實(shí)際溫度下的修正值，C。導(dǎo)熱系數(shù)儀的導(dǎo)熱系數(shù)基本誤差按下式計(jì)算：(6)式中：入一一為導(dǎo)熱系數(shù)儀的導(dǎo)熱系數(shù)基本誤差，；入d為導(dǎo)熱系數(shù)儀所測(cè)量得到的導(dǎo)熱系數(shù)值，；入標(biāo)i由第一塊導(dǎo)熱系數(shù)參比板得到的參考導(dǎo)熱系數(shù)值，由式(3)計(jì)算得到，；入標(biāo)2由第二塊導(dǎo)熱系數(shù)參比板得到的參考導(dǎo)熱系數(shù)值，對(duì)于單試件導(dǎo)熱系數(shù)儀，入標(biāo)2=入標(biāo)1 , ；入的最后結(jié)果應(yīng)按照數(shù)據(jù)修約規(guī)則化整到與導(dǎo)熱系數(shù)儀的分辨力一致。導(dǎo)熱系數(shù)儀校準(zhǔn)的測(cè)量不確定度實(shí)際由兩部分組成：導(dǎo)熱系數(shù)參比板計(jì)算的不確定度和溫度測(cè)量的不確定度。通過(guò)溫度基本示值誤差和導(dǎo)熱系數(shù)基本示值誤差的