YBF-2导热系数测定仪讲义.doc

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1、YBF-2型导热系数测试仪（实验指导书）杭州大华仪器制造有限公司YBF—2导热系数测试仪【实验目的】1．掌握热电偶温度计定标2．利用物体的散热速率求传热速率（用稳态平板法测定不良导体的导热系数）【仪器用具】1．测定仪（含实验装置、数字电压表、数字秒表及PID控制表）一台2．保温杯（或DH-TD低温实验仪）一只/台3．硬铝样品一根4．橡皮样品一块5．陶瓷样品一根6．牛筋样品一块7．绝缘圆盘一块8．测片一把【实验内容】一．对铜—康铜热电偶温度计定标。二．测量物体在室温～100℃多点的导热系数，画出曲线。1．测量不良导体的导热系数。本仪器附橡皮、陶瓷、牛筋等样品供教学测试用。2．测量金属的导热

2、系数。本仪器附有硬铝测试样品。3．测量空气的导热系数。【结构特性】（实验装置装配见装配图）在使用中，样品架的三个螺旋微头是用来调节散热盘P和圆筒加热盘A之间距离和平整度的。除测量金属样品时不用圆筒固定外，其它如测橡皮和空气的导热系数时，均需将圆筒的固定轴对准样品支架上的圆孔插入，并用螺母旋紧。具体步骤是：先旋下螺母，将加热圆筒放下；使固定轴穿过圆孔，再将螺母旋上并拧紧，最后固定筒后的紧固螺钉，从而由三个螺旋测微头来调节平面和待测样品厚度。【测量范围、精度】1．PID控制：精度±1℃；最小分辨率0.1℃2．温度测量部分：室温0～110℃；测量精度：±1℃；温差测量的精度0.5℃3．计时部分

3、：范围0～100min；最小分辨率1S；精度：10-54．电压表：精度0.1%【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)进行的时候，热传导的基本公式可写为：(2-9-1)它表示在dt时间内通过ds面的热量为dQ，dT/dz温度梯度，λ为导热系数，它的大小由物体本身的物理性质决定,单位为w/(m•k)，它是表征物质导热性能大小的物理量,式中负号表示热量传递向着降低的方向进行。在图1中，B为待测物，它的上下表面分别和上下铜盘接触，热量由高温铜盘A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

4、，视热量沿着垂直待测圆板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Δt时间内，通过面积为S、厚度为h的匀质板的热量为:(2-9-2)△T表示匀质圆板两板面的恒定温差。若把（2-9-2）式写成:(2-9-3)的形式。那么△Q/△t，便为待测物的导热速率。只要知道了导热速率，由（2-9-3）式即可求出λ。下面我们来求△Q/△t。实验中，使上铜盘A和下铜盘P分别达到恒定温度T1、T2，并设T1>T2。即热量由上而下传递，通过下铜盘P向周围散热。因为T1和T2不变，所以，通过B的热量就等于P向周围散发的热量，即B的导热速率等于P的散热速率。因此，只要求出了P在

5、温度T2时的散热速率，就求出了B的导热速率△Q/△t。因为P的上表面和B的下表面接触，所以P的散热面积只有下表面面积和侧面积之和，设为S部。而实验中冷却曲线P是全部裸露于空气中测出来的，即在P的下表面和侧面都散热的情况下记录出来的。设其全部表面积为S全，根据散热速率与散热面积成正比的关系得(2-9-4)ABP图1式中：（△Q/△t）部为S部面积的散热速率；（△Q/△t）全为S全面积的散热速率。而散热速率（△Q/△t）部就等于（2-9-3）式中的导热速率△Q/△t,这样（2-9-3）式便可写作：(2-9-5)设下铜盘直径为D，厚度为δ，那么有：(2-9-6)由比热容的基本定义C=ΔQ/m·

6、ΔT′,得ΔQ=cmΔT′,故(2-9-7)将（2-9-6）、（2-9-7）两式代入（2-9-4）式，得：(2-9-8)将（2-9-8）式代入（2-9-5）式得：(2-9-9)式中：m——下铜盘的质量c——下铜盘的比热容【实验步骤】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，然后取平均值。下铜盘的质量m由天平称出，其比热容C=3.805*102J/кg•℃2．安置圆筒、圆盘时，须使放置热电偶的洞孔与杜瓦瓶同一侧。热电偶插入铜盘上的小孔时，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，使热电偶测温端与铜盘接触良好，热电偶冷端插在冰水混合物中（或直接接低温实验仪提供冷端的热电偶，并使温度控制

7、在0℃）3．根据稳态法，必须得到稳定的温度分布，这就要等待较长的时间，为了提高效率，可先将电源电压打到高档，加热约20分钟后再打至低档。然后，每隔5分钟读一下温度示值，如在一段时间内（如10分钟）样品上、下表面温度T1、T2示值都不变，即可认为已达到稳定状态。记录稳态时T1、T2值后，移去样品，再加热，当下铜盘温度比T2高出10℃左右时，移去圆筒，让下铜盘自然冷却。每隔30秒读一次下铜盘的温度示值，最后选取邻近的T2测量数据来求出冷