一. 實驗目的
1.鞏固和深化穩(wěn)定導熱過程的基本理論，學習用平板法測定材料導熱系數(shù)的實驗方法和技能。
2.測定試驗材料的導熱系數(shù)。
3.確定試驗材料導熱系數(shù)與溫度的關(guān)系。
二 .實驗原理
導熱系數(shù)是表征材料導熱能力的物理量。
對于不同的材料，導熱系數(shù)是不同的；對同一材料，導熱系數(shù)還會隨著溫度、壓力、濕度、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和重度等因素而變異。各種材料的導熱系數(shù)都用試驗方法來測定，如果要分別考慮因素的影響，就需要針對各種因素加以試驗，往往不能只在一種試驗設(shè)備上進行。
穩(wěn)態(tài)平板法是一種應用一維穩(wěn)態(tài)導熱過程的基本原理來測定材料導熱系數(shù)的方法，以用來進行導熱可系數(shù)的測定試驗，測定材料的導熱系數(shù)及其和溫度的關(guān)系。試驗設(shè)備是根據(jù)在一維穩(wěn)態(tài)情況下通過平板的導熱量Q和平板兩面的溫差t成正比，和平板的厚度δ成正比，以及和導熱系數(shù)λ成正比的關(guān)系來設(shè)計的。我們知道，通過薄壁平板（壁厚小于十分之一壁長和壁寬）的穩(wěn)定導熱量為
 
測定時，如果將平板兩面的溫差、平板厚度 δ 、垂直熱流方向的導熱面積 F 和通過平板的熱流量Q測定以后，就可以根據(jù)下式得出導熱系數(shù)：
 
需要指出，上式所得的導熱系數(shù)是在當時的平均溫度下材料的導熱系數(shù)值，此平均溫度為：
 
在不同的溫度和溫差條件下測出相應的 λ 值，然后將 λ 值標在坐標圖內(nèi)，可以得出的關(guān)系曲線。

三 .實驗裝置及測量儀表

被試驗材料做成二塊方形薄壁平板試件，面積為200×200[mm²]，實際導熱計算面積F為180×180[mm²]，板的厚度為δ（實測）20[mm²]，平板試件分別被夾緊在加熱器的上、下熱面和上、下水套的冷面之間。加熱器的上下面和水套與試件的接觸面都設(shè)有銅板，以使溫度均勻。利用薄膜式加熱片來實現(xiàn)對上、下試件熱面的加熱，上下導熱面積水套的冷卻面是通過循環(huán)冷卻水（或通過自來水）來實現(xiàn)的。而在中間180×180[mm²]部位上安設(shè)的加熱器為主加熱器。為了使主加熱器的熱量能夠全部單向通過上下兩個試件，并通過水套的冷水帶走，在主加熱器四周（即180×180[mm²]之外的四側(cè)）設(shè)有四個輔助加熱器，測試時控制使主加熱器以外的四周保持與中間主加熱器的溫度相一致，以免熱流量向旁側(cè)散失。主加熱器的中心溫度t1(或t3)和水套冷面的中心溫度t2(或t4)用四個K型熱電偶埋設(shè)在銅板上來測量：輔助加熱器上下熱面也分別設(shè)置兩個輔助K型熱電偶t5和t6（埋設(shè)在銅板的相應位置上）。其中輔助熱電偶t5(或t6)接到溫度巡檢儀上，與主加熱器中心的主熱電偶t1（或t3）的溫度相比較，通過跟蹤調(diào)節(jié)使全部輔助加熱器都跟蹤與主加熱器的溫度相一致。而在試驗進行時，可以通過熱電偶t1(或t3)和熱電偶t2(或t4)測量出一個試件的兩個表面的中心溫度。也可以再測量一個輔助熱電偶的溫度，以便與主熱電偶的溫度相比較，從而了解主、輔加熱器的控制和跟蹤情況。溫度是利用萬能信號輸入8路巡檢儀測量的，主加熱器的電功率可以用直流穩(wěn)壓電源的電壓表和電流表來測量。
   Q=IU      （ W）  
 
圖 1 試驗臺（平板導熱儀）結(jié)構(gòu)示意圖  

[附 ]試驗臺主要參數(shù)

1.試驗材料：聚氯乙烯
2.試件外型尺寸：200×200[mm²]
3.導熱計算面積F：180×180[mm²]（即主加熱器的面積）
4.試件厚度δ：（實測）20mm
5.主加熱器電阻值：100Ω
6.輔加熱器電阻值：4×25Ω
7.熱電偶：K型
8.試件最高加熱溫度：≤ 80 ^°C
9.主加熱器電壓直流0—60V，電流0—5A（可調(diào)）
10.輔助加熱器電壓直流0—60V，電流0—5A（可調(diào)）

四 .實驗方法和步驟

1. 將兩個平板試件仔細地安裝在加熱器的上下面，試件表面應與銅板嚴密接觸，不應有空隙存在。在試件、加熱器和水套等安裝入位后，應在上面加壓一定的重物，或用壓緊裝置壓緊，以使它們都能緊密接觸。
2. 聯(lián)接和仔細檢查各接線電路。關(guān)閉主、輔加熱電源開關(guān)及水泵開關(guān)打開總電源開關(guān)。并檢查各熱電阻信號（溫度）是否正常（基本一致）。
3. 打開水泵開關(guān)，檢查冷卻水水泵及其通路能否正常工作，調(diào)節(jié)水閥門開度應盡量一致。
4.接通主加熱器電源，并調(diào)節(jié)到合適的電壓（建議由低至高間隔5V或10V逐漸分段加熱），開始加溫，然后開啟輔助加熱電源使加溫電壓與主加熱器電壓接近，一段時間后，觀察輔助加熱面的溫度是否與主加熱面的溫度一致，然后適當調(diào)整輔助加熱器的電壓（高則降低、低則增加來跟蹤調(diào)整使主、輔加熱溫度相一致。在加溫過程中，可通過各測溫點的測量值來控制和了解加熱情況。開始時，可先不啟動冷水泵，待試件的熱面溫度達到一定水平后，再啟動水泵（或接通自來水），向上下水套通入冷卻水。試驗經(jīng)過一段時間后，試件的熱面溫度和冷面溫度開始趨于穩(wěn)定。在這個過程中可以適當調(diào)節(jié)主加熱器電源、輔助加熱器電源的電壓，使其更快或更利于達到穩(wěn)定狀態(tài)。待溫度基本穩(wěn)定后，就可以每隔一段時間進行一次電功率W（或電壓V和電流I）讀數(shù)記錄和溫度測量，從而得到穩(wěn)定的測試結(jié)果。
5.一個工況試驗后，可以將設(shè)備調(diào)到另一工況，既調(diào)節(jié)主加熱器功率后，再按上述方法進行測試得到另一工況的穩(wěn)定測試結(jié)果。調(diào)節(jié)的電功率不宜過大。
6.根據(jù)實驗要求，進行多次工況的測試。（工況以從低溫到高溫為宜）。
7.測試結(jié)束后，先切斷加熱器電源，經(jīng)過10分鐘左右再關(guān)閉水泵（或停放自來水）。 

五 .實驗結(jié)果處理

實驗數(shù)據(jù)取實驗進入穩(wěn)定狀態(tài)后的連續(xù)三次穩(wěn)定結(jié)果的平均值。導熱量（即主加熱器的電功率） ：
 Q=W（ 或 I·V）    [W]
W— 主加熱器的電功率值[W]
I— 主加熱器的電流值[A]
V— 主加熱器的電壓值[V]
由于設(shè)備為雙試件型，導熱量向上下兩個試件（試件1和試件2）傳導，所以
試件兩面的溫差：
 
t_R— 試件的熱面溫度（即t1或t3）
t _L— 試件的冷面溫度（即t2或t4）
平均溫度為 時的導熱系數(shù)：
 
F-試件的截面積m²
將不同平均溫度下測定的材料導熱系數(shù)在 坐標中得出的關(guān)系曲線，并求出的關(guān)系式。

 
 實驗報告（例題）
試驗材料：聚氯乙烯
試件外型尺寸：200×200mm
試件導熱面積：180×180mm (即主加熱器面積)
試件厚度δ：20mm
主加熱器電阻值：100Ω
輔加熱器電阻值：4×25Ω
測溫原件：熱電偶



三.實驗結(jié)果處理

取實驗記錄中最后四點穩(wěn)定的 和 值，計算出它們的平均值：

冷，熱面的溫差

 
 

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