DRX-I-YTX

流體液相物質(zhì)導熱系數(shù)測試儀

使 用 說 明 書

一、概述

材料的熱導率是研究材料物理性能的一個重要參數(shù)指標，在航空、原子能、建筑材料，非金屬材料等工業(yè)部門都要求對有關材料的熱導率，進行預測或?qū)嶋H測定。其測試方法分為穩(wěn)態(tài)法和動態(tài)測試法，該儀器基于熱線法的原理，主要用于測試流體液相物質(zhì)或氣體的導熱系數(shù)以及傳熱性能的研究。由計算機自動完成測試工作，并對各狀態(tài)點進行數(shù)字化顯示。亦可人工完成測試，滿足了氣體和飽和液相物質(zhì)導熱系數(shù)的高精度測試要求。為研究新型燃料的熱物性數(shù)據(jù)提供了一種有效快捷的方法。

二、儀器的主要技術性能

主要測試流體，飽和液相物質(zhì)，氣體除稀薄氣體的導溫，導熱等熱物性參數(shù)。用于這些新型原料在室溫-300度范圍導熱系數(shù)，導溫系數(shù)，傳熱性能研究。低溫狀態(tài)可定制特殊裝置完成。

1、導熱系數(shù)范圍：大于0。2w/m·k

2、儀器實現(xiàn)數(shù)字化測溫，精度優(yōu)于0.2級。

3、測量結(jié)果，準確度 ±2%，重復性：±2%

4、熱線計量加熱功率可調(diào)節(jié)±1%。

6、試樣容積：100ml .

7、可連接計算機實現(xiàn)全自動測試。

8、可以完成瞬態(tài)熱線法測試，儀器對實驗溫度實現(xiàn)可控狀態(tài)下的測試；并可達到zui高溫度300℃。低溫可達-100度。（定制裝置）

9、儀器實現(xiàn)數(shù)字化及測溫程度優(yōu)于0.2級，室溫自動電子補償，亦可采用外部冰點補償。

10、電源：220V/50HZ，采用高精度穩(wěn)壓電源。

11、可顯示實驗參數(shù)、曲線，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)打印輸出。由計算機對實驗數(shù)據(jù)進行擬合。

12、儀器工作條件

①環(huán)境溫度               10°～35℃

②相對濕度               ≤80%RH

③室溫要求穩(wěn)定              日平均溫度波動≤±1.5℃

三、儀器裝置

1、 實驗原理

瞬態(tài)熱線法作為測量流體導熱系數(shù)的zui準確的方法,已經(jīng)被廣泛采用并得到*,它的測量原理是對在無限大的介質(zhì)中處于熱平衡的無限長線熱源施加脈沖熱流,線熱源的溫度隨即產(chǎn)生變化,根據(jù)溫升時間的變化關系,就可以得到介質(zhì)的導熱系數(shù),基本工作方程為：

ΔTi(r0,t)= （q /4πλ）lnt+ （q /4πλ）ln (4a/ r2 C ) -----(1)

式中: λ和a分別為介質(zhì)的導熱系數(shù)和熱擴散系數(shù); ΔTi為熱線的理想溫升;q為單位長度線熱源的加熱量;t為加熱的時間;r0 為熱線的半徑;C=1.718…為歐拉常數(shù).由式(1)可知,熱線的理想溫升與加熱時間的對數(shù)呈線性關系,因此可以從線性回歸的斜率得到被測流體的導熱系數(shù),并且從截距可以得到流體的熱擴散系數(shù),進而可以得到其定壓比熱容.對于實驗裝置的研制,應盡可能接近于理想模型,但是對于不同的測量環(huán)境,仍然需要對實測溫升采取一些必要的修正,使其接近于理想線熱源的溫升.通過一系列溫度修正,即可使實測溫升滿足理想溫升.主要有熱線的物理性質(zhì)、雙熱線的直徑差等,本裝置實驗溫度低于300度,因此不用考慮輻射的影響.試驗模型由計算機模擬完成，修正系數(shù)由軟件實現(xiàn). 瞬態(tài)熱線法導熱系數(shù)測量實驗系統(tǒng)主要包括恒溫槽與溫度控制系統(tǒng)、溫度測量系統(tǒng)、導熱系數(shù)測量裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實驗中所采用的恒溫槽的恒溫范圍為210～500K時，依據(jù)溫度區(qū)間分別采用無水乙醇和201甲基硅油作為恒溫介質(zhì)，實驗過程中，恒溫槽每30min的溫度波動小于±5mK，足以滿足液體導熱系數(shù)測量的溫度要求。

2、 實驗系統(tǒng)及裝置

2.1 實驗系統(tǒng)的組成

整個實驗系統(tǒng)主要由恒溫槽與溫度控制測量系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、導熱系數(shù)實驗系統(tǒng)以及一些配套的設備組成.若用低溫槽用酒精作為恒溫介質(zhì),恒溫范圍為,高溫槽的恒溫介質(zhì)為 甲基硅油,,溫度測量采用高精度儀表完成,鉑電阻溫度計,壓力測量使用數(shù)字式石英壓力傳感器和差壓變送器,關于溫度測控系統(tǒng)和壓力測量系統(tǒng)的詳細說明].在導熱系數(shù)測量過程中,恒溫槽的溫度波動度小于±10mK,壓力波動度小于壓力傳感器的不確定度±0.7kPa,可以滿足測量需求.

2.2 導熱系數(shù)測量裝置

本裝置采用雙熱線法測量,分測量裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩部分組成,測量裝置,適用的壓力和溫度范圍分別為0.--30MPa和200--500K.該測量裝置除了電路部分,金屬部件全部采用不銹鋼1Cr18Ni9Ti,壓力腔體的密封均采用耐腐蝕的聚四氟乙烯,因此可以對絕大部分制冷劑和燃料類等物質(zhì)進行實驗研究.系統(tǒng)中的測量本體中有兩個圓柱形腔體,直徑均為10mm,長度分別為170mm和70mm,腔體中各安裝一根直徑為15 um的退火鉑絲,鉑絲的純度(質(zhì)量分數(shù))大于99%,長度分別為150mm和50mm左右,.鉑絲的上端點焊在一根直徑為0.5mm的純金接線柱上,下端懸掛重物以保證鉑絲鉛垂在腔體的中線上,重物的質(zhì)量為1g, 相當于鉑絲抗拉強度的30%.鉑絲的下端和下接線柱通過一根柔軟的金絲點焊連接.兩根鉑絲均采用四線制電阻接線方法,即在鉑絲的兩端焊接單獨的電壓和電流測量引線,以消除阻值標定過程中引線電阻的影響.

本裝置研制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),通過自行開發(fā)的虛擬儀器控制及測量軟件,用計算機對測量的整個過程進行控制.經(jīng)過反復比較選型,采用研華的高性能高增益數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集,它擁有8個差分A/D輸入通道和1個D/A 輸出通道,當輸入電壓增益為1000時,采集頻率可達1kHz,這時的輸入量程為±5mV,測量精度為±0.08%,滿足本實驗的需求.

2.3 裝置的檢定

為了檢驗研制的測量系統(tǒng)的性能,本裝置選用甲苯作為液相導熱系數(shù)的標準物質(zhì).甲苯試劑規(guī)格為ABSOLV,標稱純度(質(zhì)量分數(shù))大于99.9%,符合本實驗的要求.沿等溫線測量了213----363K溫度區(qū)間的甲苯的飽和液相導熱系數(shù).本裝置所測的甲苯導熱系數(shù)值與標準值相比較,得到測量的平均偏差為0.37%,zui大偏差為0.73%.

四、操作步驟

（一）對試樣的要求：

1、取樣應從樣品混合物取。

2、取樣應為飽和液相或飽和氣體

3、并同時取3～5次樣試驗，一組試樣必須是同一配比原料組成，其容重差小于5%。

（二）、操作

1、完成以上工作后裝好試樣將電源打開，15分鐘后，按實驗要求設定好實驗溫度，如設定到100℃，待溫度達到設定要求后，開始做實驗。

2、所有溫度顯示均穩(wěn)定在設定溫度范圍±0.5℃時，將計算機開啟，進入測試軟件界面。

3、按計算機提示輸入試驗溫度，若滿足試驗溫度條件，進行一下步輸入；容積。

4、此時計算機進入模擬熱流模型狀態(tài)；當計算機檢測到，滿足數(shù)學模型，進入測試狀態(tài)，每隔一定時間檢測出導熱系數(shù)，試驗結(jié)束后進入導熱系數(shù)結(jié)果輸出；計算出當次的平均導熱系數(shù)。如聯(lián)接計算機則可以打印出試驗報告。

5、試驗結(jié)束，返回初始狀態(tài)，用相同試樣，做3～5次；zui后得出的結(jié)果為該試樣的導熱系數(shù)。

五、注意事項

1、該儀器是基于熱線法的原理；并作了一些數(shù)學模型的改進，利用計算機模擬數(shù)學模型進行測試。

2、利用該儀器提供的熱電偶信號輸入，可以模擬熱線法的數(shù)學模型進行測試。利用下式進行計算

          I2·R     tn(t2/t1)

    λ＝────·─────   ………………………………(1)

         4πL     θ2－θ1

           IV     ln(t2/t1)

    λ＝────·─────   ………………………………(2)

         4πL     θ2－θ1

式中：λ——導熱系數(shù)，W／（m·K）；

        I——加熱電流，A；

        V一一熱線兩瑞電壓，V;

        R一一試驗溫度下的熱線電阻，Ω；

        L一一熱線長度，m；

   t1、t2——加熱電流接通后測量的時間，min;

 θ1、θ2——熱線在t1、t2時的對應溫度，℃。

單位：M/m.k

結(jié)果：到小數(shù)點后三位有效數(shù)字。

3、該試驗要求，制樣，以保證測試結(jié)果的性。

4、參照隨機所配樣本尺寸厚度制取試樣。

5、所配計算機為臺式機；與 儀器的接口線應盡量短。

6、電源要求220V，由本機所帶高精度穩(wěn)壓電源提供，用戶外接電源，應確保可靠性和接地性能良好。

六、產(chǎn)品配套

1、測試主機                        一臺

2、高精度穩(wěn)壓電源             一臺

3、不銹鋼電爐                     一臺

4、試樣夾套（已裝上）        一套

5、計算機（帶打印機）         一套（用戶要求自備或按合同配）

6、測試軟件                        一套

7、標樣                               一件

8、說明書                          一份

9、合格證                            一份