PDF《导热系数测试的试验方法研究》

缺点是其热损不易控制,需 要较多的辅助设施.后一种的优点是由于热量仅由内球向外沿径向传播,故其热损可以不予 与考虑;

其缺点是球体加工比较困难,而且其测量对象一般仅限于颗粒状材料.这对于常用 的电磁屏蔽材料显然是不合适的. 考虑到测试的成本、复杂性、精度、测温范围及对电磁屏蔽材料的适用性,我们在实验 室现有条件的基础上选择稳态加热长条法(long bar with steady heating )[1] .该方法使用一个 棒形或板形的试样,试样在一维中的长度要显著长于其他两维,在试样的两边要钻

10 个近似 排成一条直线的孔,再用铜丝穿过这些孔,最后用环氧氧化铝粉填充这些孔.热电偶被放在 沿着试样中心线钻的孔中.试样的上面和下面应放置隔热材料来阻止通过空气对流和辐射向 周围环境损失的热量.整个测试装置放在一个近似真空的环境中. 为了初步验证系统的准确性及整个方案的可行性,采用了导热系数已知的紫铜片作为测 试材料. 我们将导热硅胶在铜片上涂抹形成一个涂层,将电热丝埋入涂层中,再涂一层硅胶,确 保电热丝与铜片绝缘,也使电热丝与铜片有较好的热接触. 实验采用交流稳压电源,测量期间功率波动不超过 5%,供给热线的功率至少为 30W, 如果可能,最好采用恒定功率电源. 本次实验所需要的真空环境由 PVC-U 管道做一个密封容器来实现. 管道直径为φl10mm, 接口方式为胶水粘接.在抽气方式的选择上,可以使用工业上用的真空发生器,或采用简单 的手动注射器或者气泵,测试装置如图

1 所示. 图1应用稳态加热长条法测试固体材料导热系数的原理示意图 ・263・

3 试验步骤 (1)埋设热电偶 在试样的长度方向上选取两个测量点埋设热电偶,测量点的选取要能反映温度梯度的变 化,一般是选取在温度梯度变化的 20%的点的位置和 80%点的位置.而且这两点应该在沿着 长度方向的直线上,偏差不宜过大.埋设方法见文[5]. (2)接线及装样 将电热丝的电源线和热电偶的线分别接到穿过容器盖子的线上,然后分别连上电源和电 位差计,同时注意将两个热电偶的冷端接在一起,并放在冰水混合物中进行零度补偿,或放 置在相对稳定的室内环境中. (3)预加热与抽真空 将埋好热电偶的试样装入真空容器中,由于容器是用 PVC―U 管制作的,因此在容器中 放一些塑料泡沫来支撑试样,然后将盖子盖好旋紧.同时打开加热电阻丝的电源开始加热. 将真空泵通过气管接到单向阀,开始抽气,抽气时应该感觉到阻力越来越大,表明真空已逐 渐形成. (4)测试并记录数据 待容器内试样被加热 5-10 分钟左右达到热平衡,可根据连接在电位差计上的光电检流计 光标是否稳定在一个固定位置来判断.达到热平衡以后,即可以通过电压表,电流表和电位 差计来测得所需要得数据.

4 测试结果及分析 在空气中测得的相关数据为:电压 U=6.7V,热线的电阻为

10 欧姆,热电偶未知端的电 压为0.90mV和1.36mV, 由上述公式可算出两个测温点与环境间的温差为35.85摄氏度和23.91 摄氏度,两点间的温差为 11.9 摄氏度.则由计算公式得:

2 3

6 1 6.7 6.7

25 10 grad

10 50 0.5

10 11.9 377.22(W/m K) U q R t t S l λ ? ? * * * = = = = i i 在真空容器中测得的相关数据为:电压 U=6.7V,未知端的电压为 1.17mV 和1.71mV, 由上述公式可算出两个测温点与环境间的温差为 31.44 摄氏度和 45.88 摄氏度,两点间的温差 为14.44 摄氏度.则由计算公式得: