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流体液相物质导热系数测试仪
使 用 说 明 书
一、概述
材料的热导率是研究材料物理性能的一个重要参数指标，在航空、原子能、建筑材料，非金属材料等工业部门都要求对有关材料的热导率，进行预测或实际测定。其测试方法分为稳态法和动态测试法，该仪器基于热线法的原理，主要用于测试流体液相物质或气体的导热系数以及传热性能的研究。由计算机自动完成测试工作，并对各状态点进行数字化显示。亦可人工完成测试，满足了气体和饱和液相物质导热系数的高精度测试要求。为研究新型燃料的热物性数据提供了一种有效快捷的方法。
二、仪器的主要技术性能
主要测试流体，饱和液相物质，气体除稀薄气体的导温，导热等热物性参数。用于这些新型原料在室温-300度范围导热系数，导温系数，传热性能研究。低温状态可定制特殊装置完成。
1、导热系数范围：大于0。2w/m·k
2、仪器实现数字化测温，精度优于0.2级。
3、测量结果，准确度 ±2%，重复性：±2%
4、热线计量加热功率可调节±1%。
6、试样容积：100ml .
7、可连接计算机实现全自动测试。
8、可以完成瞬态热线法测试，仪器对实验温度实现可控状态下的测试；并可达到zui高温度300℃。低温可达-100度。（定制装置）
9、仪器实现数字化及测温程度优于0.2级，室温自动电子补偿，亦可采用外部冰点补偿。
10、电源：220v/50hz，采用高精度稳压电源。
11、可显示实验参数、曲线，并实现数据打印输出。由计算机对实验数据进行拟合。
12、仪器工作条件
①环境温度 10°～35℃
②相对湿度 ≤80%rh
③室温要求稳定 日平均温度波动≤±1.5℃
三、仪器装置
1、 实验原理
瞬态热线法作为测量流体导热系数的zui准确的方法,已经被广泛采用并得到*,它的测量原理是对在无限大的介质中处于热平衡的无限长线热源施加脉冲热流,线热源的温度随即产生变化,根据温升时间的变化关系,就可以得到介质的导热系数,基本工作方程为：
δti(r0,t)= （q /4πλ）lnt+ （q /4πλ）ln (4a/ r2 c ) -----(1)
式中: λ和a分别为介质的导热系数和热扩散系数; δti为热线的理想温升;q为单位长度线热源的加热量;t为加热的时间;r0 为热线的半径;c=1.718…为欧拉常数.由式(1)可知,热线的理想温升与加热时间的对数呈线性关系,因此可以从线性回归的斜率得到被测流体的导热系数,并且从截距可以得到流体的热扩散系数,进而可以得到其定压比热容.对于实验装置的研制,应尽可能接近于理想模型,但是对于不同的测量环境,仍然需要对实测温升采取一些必要的修正,使其接近于理想线热源的温升.通过一系列温度修正,即可使实测温升满足理想温升.主要有热线的物理性质、双热线的直径差等,本装置实验温度低于300度,因此不用考虑辐射的影响.试验模型由计算机模拟完成，修正系数由软件实现. 瞬态热线法导热系数测量实验系统主要包括恒温槽与温度控制系统、温度测量系统、导热系数测量装置、数据采集系统。实验中所采用的恒温槽的恒温范围为210～500k时，依据温度区间分别采用无水乙醇和201甲基硅油作为恒温介质，实验过程中，恒温槽每30min的温度波动小于±5mk，足以满足液体导热系数测量的温度要求。
2、 实验系统及装置
2.1 实验系统的组成
整个实验系统主要由恒温槽与温度控制测量系统、压力测量系统、导热系数实验系统以及一些配套的设备组成.若用低温槽用酒精作为恒温介质,恒温范围为,高温槽的恒温介质为 甲基硅油,,温度测量采用高精度仪表完成,铂电阻温度计,压力测量使用数字式石英压力传感器和差压变送器,关于温度测控系统和压力测量系统的详细说明].在导热系数测量过程中,恒温槽的温度波动度小于±10mk,压力波动度小于压力传感器的不确定度±0.7kpa,可以满足测量需求.
2.2 导热系数测量装置
本装置采用双热线法测量,分测量装置和数据采集系统两部分组成,测量装置,适用的压力和温度范围分别为0.--30mpa和200--500k.该测量装置除了电路部分,金属部件全部采用不锈钢1cr18ni9ti,压力腔体的密封均采用耐腐蚀的聚四氟乙烯,因此可以对绝大部分制冷剂和燃料类等物质进行实验研究.系统中的测量本体中有两个圆柱形腔体,直径均为10mm,长度分别为170mm和70mm,腔体中各安装一根直径为15 um的退火铂丝,铂丝的纯度(质量分数)大于99%,长度分别为150mm和50mm左右,.铂丝的上端点焊在一根直径为0.5mm的纯金接线柱上,下端悬挂重物以保证铂丝铅垂在腔体的中线上,重物的质量为1g, 相当于铂丝抗拉强度的30%.铂丝的下端和下接线柱通过一根柔软的金丝点焊连接.两根铂丝均采用四线制电阻接线方法,即在铂丝的两端焊接单独的电压和电流测量引线,以消除阻值标定过程中引线电阻的影响.
本装置研制的数据采集系统,通过自行开发的虚拟仪器控制及测量软件,用计算机对测量的整个过程进行控制.经过反复比较选型,采用研华的高性能高增益数据采集卡进行数据采集,它拥有8个差分a/d输入通道和1个d/a 输出通道,当输入电压增益为1000时,采集频率可达1khz,这时的输入量程为±5mv,测量精度为±0.08%,满足本实验的需求.
2.3 装置的检定
为了检验研制的测量系统的性能,本装置选用甲苯作为液相导热系数的标准物质.甲苯试剂规格为absolv,标称纯度(质量分数)大于99.9%,符合本实验的要求.沿等温线测量了213----363k温度区间的甲苯的饱和液相导热系数.本装置所测的甲苯导热系数值与标准值相比较,得到测量的平均偏差为0.37%,zui大偏差为0.73%.
四、操作步骤
（一）对试样的要求：
1、取样应从样品混合物取。
2、取样应为饱和液相或饱和气体
3、并同时取3～5次样试验，一组试样必须是同一配比原料组成，其容重差小于5%。
（二）、操作
1、完成以上工作后装好试样将电源打开，15分钟后，按实验要求设定好实验温度，如设定到100℃，待温度达到设定要求后，开始做实验。
2、所有温度显示均稳定在设定温度范围±0.5℃时，将计算机开启，进入测试软件界面。
3、按计算机提示输入试验温度，若满足试验温度条件，进行一下步输入；容积。
4、此时计算机进入模拟热流模型状态；当计算机检测到，满足数学模型，进入测试状态，每隔一定时间检测出导热系数，试验结束后进入导热系数结果输出；计算出当次的平均导热系数。如联接计算机则可以打印出试验报告。
5、试验结束，返回初始状态，用相同试样，做3～5次；zui后得出的结果为该试样的导热系数。
五、注意事项
1、该仪器是基于热线法的原理；并作了一些数学模型的改进，利用计算机模拟数学模型进行测试。
2、利用该仪器提供的热电偶信号输入，可以模拟热线法的数学模型进行测试。利用下式进行计算
i2·r tn(t2/t1)
λ＝────·───── ………………………………(1)
4πl θ2－θ1
iv ln(t2/t1)
λ＝────·───── ………………………………(2)
4πl θ2－θ1
式中：λ——导热系数，w／（m·k）；
i——加热电流，a；
v一一热线两瑞电压，v;
r一一试验温度下的热线电阻，ω；
l一一热线长度，m；
t1、t2——加热电流接通后测量的时间，min;
θ1、θ2——热线在t1、t2时的对应温度，℃。
单位：m/m.k
结果：到小数点后三位有效数字。
3、该试验要求，制样，以保证测试结果的性。
4、参照随机所配样本尺寸厚度制取试样。
5、所配计算机为台式机；与仪器的接口线应尽量短。
6、电源要求220v，由本机所带高精度稳压电源提供，用户外接电源，应确保可靠性和接地性能良好。
六、产品配套
1、测试主机 一台
2、高精度稳压电源 一台
3、不锈钢电炉 一台
4、试样夹套（已装上） 一套
5、计算机（带打印机） 一套（用户要求自备或按合同配）
6、测试软件 一套
7、标样 一件
8、说明书 一份
9、合格证 一份