電橋測(cè)試系統(tǒng)與導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算

電橋測(cè)試系統(tǒng)與導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算A.1電橋測(cè)試系統(tǒng)電橋測(cè)試系統(tǒng)見(jiàn)圖A.1，電源應(yīng)在0V~20V內(nèi)調(diào)節(jié)，最大電流不超過(guò)1A。探頭及其引線與電阻Rs相串聯(lián)，其中Rs電阻值與探頭及其引線的初始電阻值（Ro+RL）相近，且在測(cè)試過(guò)程中保持不變；電阻精確度應(yīng)達(dá)到1×10-6Ω。數(shù)字電壓表接于兩元件之間，且電阻應(yīng)大于探頭電阻與Rs電阻值之和的100倍，分辨率應(yīng)達(dá)到6.5數(shù)位，是電源周期變化的整數(shù)倍。圖A.1電橋測(cè)試系統(tǒng)A.2溫度增值的計(jì)算探頭電阻與溫度增值存在式（2）關(guān)系： （2）根據(jù)圖A.1電橋測(cè)試系統(tǒng)圖得出電阻與電壓比例關(guān)系見(jiàn)式（3）： （3）溫度增值應(yīng)按式（4）計(jì)算： （4）式（2）~式（4）中：—探頭在時(shí)刻的電阻值，Ω；—探頭初始電阻值，Ω；—探頭電阻率的溫度系數(shù)，1/K；—溫度增值，K；—瞬態(tài)加熱初始時(shí)通過(guò)探頭的電流，A；—串聯(lián)電阻器電阻值，Ω；—探頭引線電阻值，Ω；—電位在時(shí)刻的變化量，V。注：溫度增值由兩部分相加構(gòu)成，一部分為探頭絕緣層溫度增值，另一部分為測(cè)試過(guò)程中樣品表面溫度增值。對(duì)于塊狀樣品測(cè)試時(shí)約等于。A.3導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算塊狀樣品的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)按式（5）確定： （5）應(yīng)按式（6）計(jì)算： （6）應(yīng)按式（7）計(jì)算： （7）式（5）~式（7）中：—測(cè)試過(guò)程中樣品表面溫度增值隨變化的函數(shù)，K；—探頭的輸出功率，W；—探頭雙螺旋結(jié)構(gòu)最外層半徑，mm；—樣品導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；—無(wú)量綱的特征時(shí)間函數(shù)；—測(cè)試時(shí)刻，s；—校正時(shí)間，s；—樣品的熱擴(kuò)散系數(shù)，mm2/s；—探頭雙螺旋結(jié)構(gòu)的總環(huán)數(shù)；—無(wú)量綱的特征時(shí)間函數(shù)的積分變量；—不大于雙螺旋結(jié)構(gòu)總環(huán)數(shù)的求和變量；—零階修正貝塞爾函數(shù)。附錄B（規(guī)范性附錄）測(cè)試誤差B.1精度B.1.1在室溫或接近室溫條件下含濕多孔建筑材料常規(guī)測(cè)試中，導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試誤差為2%~5%。B.1.2測(cè)試誤差的確定條件：a)探頭絕緣層的厚度7μm~40μm；b)探頭半徑2mm~30mm；c)不同測(cè)試總時(shí)間1s~1000s下的數(shù)據(jù)采集頻次。B.1.3不確定度的計(jì)算根據(jù)實(shí)驗(yàn)中試件尺寸測(cè)量使用的游標(biāo)卡尺最小刻度，與試件尺寸的最大值，可以確定試件尺寸測(cè)量中的最大不確定度為（%）。根據(jù)所使用儀器的設(shè)備廠家給出的儀器不確定度（%）（一般取2），綜合試件尺寸測(cè)試不確定度得到導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試最大不確定度為： δλλ=δ1δ22+κ2 雙螺旋結(jié)構(gòu)探頭圈數(shù)不少于10個(gè)，否則應(yīng)采用外部等效線源進(jìn)行校準(zhǔn)。b)探頭的比熱容可通過(guò)探頭尺寸和雙螺旋薄片的厚度(10μm)和兩層絕緣層的厚度(7μm~100μm)進(jìn)行估算。例如，1個(gè)半徑6mm的探頭，在測(cè)試時(shí)間為10s，平均溫升為2K時(shí)，由探頭比熱容產(chǎn)生的輸出功率損失約為1mW。c)對(duì)于典型探頭，沿雙螺旋結(jié)構(gòu)導(dǎo)線的熱損失低于1mW。d)測(cè)量薄片樣品時(shí)，需估算兩樣品背面及周邊絕熱材料的熱損失。例如，使用半徑為10mm的探頭對(duì)1mm厚的導(dǎo)熱系數(shù)為10W/(m·K)薄片樣品測(cè)試，樣品背面采用聚苯乙烯絕熱，樣品背面及周邊的功率損失約為2%。對(duì)于測(cè)試導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料，采用真空泵使樣品倉(cāng)處于真空狀態(tài)時(shí)，可進(jìn)一步減少熱損失，提高測(cè)試精度。B.1.5誤差分析時(shí)最少記錄100個(gè)數(shù)據(jù)（包括時(shí)間、電壓）并計(jì)算溫升。為此，分別提供三個(gè)電阻（Rs、RL、R0）、探頭電阻率的溫度系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)的值。串聯(lián)電阻的電阻值Rs，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較確定，其他電阻的電阻值通過(guò)直接與串聯(lián)電阻Rs相比獲得，這些測(cè)試均通過(guò)電壓表完成，電阻值不確定度忽略不計(jì)（<0.1%）。誤差分析時(shí)探頭電阻率溫度系數(shù)的不確定度為2%（通過(guò)對(duì)探頭反復(fù)測(cè)試電阻增值與溫升的關(guān)系確定）根據(jù)式（2B.2重復(fù)性誤差B.2.1在測(cè)試溫度、相對(duì)濕度、探頭和儀器相同的條件下進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，計(jì)算用探頭電阻率的溫度系數(shù)、探頭半徑、輸出功率和計(jì)算時(shí)間均相同。其中計(jì)算時(shí)間的確定一般需去掉測(cè)試總時(shí)間中開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，且計(jì)算時(shí)間的末時(shí)刻數(shù)值應(yīng)在測(cè)試總時(shí)間的50%~