穩(wěn)態(tài)法導(dǎo)熱系數(shù)測定實驗

一、實驗?zāi)康?br /> 1、通過實驗使學(xué)生加深對傅立葉導(dǎo)熱定律的認(rèn)識。
 2、通過實驗，掌握在穩(wěn)定熱流情況下利用穩(wěn)態(tài)平板法測定材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法。
 3、確定材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度之間的依變關(guān)系。
 4、學(xué)習(xí)用溫差熱電偶測量溫度的方法。
 5、學(xué)習(xí)熱工儀表的使用方法
二、實驗原理
 平板式穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱儀的測量原理是基于一維無限大平板穩(wěn)態(tài)傳熱模型，這種方法是把被測材料做成比較薄的圓板形或方板形，薄板的一個表面進(jìn)行加熱，另一個表面則進(jìn)行冷卻，建立起沿厚度方向的溫差。

三、實驗設(shè)備
 實驗設(shè)備如圖2所示。

圖2 平板式穩(wěn)態(tài)法導(dǎo)熱儀的總體結(jié)構(gòu)圖
1.調(diào)壓器2.銅板3.主加熱板 4.上均熱片 5.中均熱片
6.下均熱片7.熱電偶 8.副加熱板 9.數(shù)據(jù)采控系統(tǒng) 10.溫度儀表
11.試樣裝置 12.循環(huán)水箱電位器 13.保溫材料 14.電位器
 鍵盤共有6個按鍵組成， 包括為“5”、“1”、“0.1”3個數(shù)據(jù)鍵，“±”正負(fù)號轉(zhuǎn)換鍵，“RST”復(fù)位鍵，“ON/OFF”開關(guān)鍵。
 數(shù)據(jù)鍵：根據(jù)不同的功能對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加減，與后面的“±”正負(fù)號轉(zhuǎn)換鍵和“shift”功能鍵配合使用。
 “±”正負(fù)號轉(zhuǎn)換鍵：當(dāng)“±”正負(fù)號轉(zhuǎn)換鍵為“+”時，在原數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上加相應(yīng)的數(shù)值；為“-”時，減相應(yīng)的數(shù)值。
 “RST”復(fù)位鍵：復(fù)位數(shù)據(jù)，重新選擇。
 控制板上的四個發(fā)光二極管分別對應(yīng)四路熱電偶，發(fā)光二極管發(fā)光表示對應(yīng)的熱電偶接通。由一臺調(diào)壓器輸出端采用并聯(lián)方式提供兩路輸出電壓，電位器對每路輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，作為兩個加熱板的輸入電壓。
四、實驗內(nèi)容
 1、根據(jù)提供的實驗設(shè)備儀器材料，搭建實驗臺，合理設(shè)計實驗步驟。調(diào)整好電加熱器的電壓（調(diào)節(jié)調(diào)壓器），并測定相關(guān)的溫度及電熱器的電壓等試驗數(shù)據(jù)。
 2、對測定的實驗數(shù)據(jù)按照一定的方法測量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，確定材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度之間的依變關(guān)系公式。
 3、對實驗結(jié)果進(jìn)行分析與討論。
 4、分析影響制導(dǎo)熱儀測量精度的主要因素。
 5、在以上分析結(jié)論的基礎(chǔ)之上盡可能的提出實驗臺的改進(jìn)方法。
五、實驗步驟
 1、利用游標(biāo)卡尺測量試樣的長、寬、厚度，測試樣3個點的厚度，取其算術(shù)平均值，作為試樣厚度和面積。
 2、測量加熱板的內(nèi)部電阻。
 3、校準(zhǔn)熱工溫度儀表。
 4、向水箱內(nèi)注入冷卻水。
 5、通過調(diào)整電位器改變提供給主加熱板和副加熱板的加熱功率，通過4位“LED”顯示主加熱板和副加熱板的溫度，根據(jù)主加熱板的溫度，調(diào)整電位器改變施加在副加熱板的電壓，使副加熱板的溫度與主加熱板的溫度一致。利用數(shù)字電壓表測量并記錄主加熱板電壓。
 6、在加熱功率不變條件下, 試樣下表面和循環(huán)水箱下表面的溫度波動每5min不超過±1℃時，認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)態(tài)。此時，記錄主加熱板溫度、試樣兩面溫差。
 7、通過數(shù)據(jù)鍵輸入試樣面積、厚度等相關(guān)參數(shù)，由試樣面積、厚度、主加熱板的電阻、電壓、上表面溫度及上均熱片的上表面溫度獲得試樣的導(dǎo)熱系數(shù)。
 8、改變電位器改變提供給主加熱板和副加熱板的加熱功率件，重復(fù)步驟（5至7）測量并記錄多個溫度下的材料導(dǎo)熱系數(shù)。
 9、 關(guān)掉電源。
六、實驗要求
 1、采用精度不低于0. 05 mm的厚度測量工具（游標(biāo)卡尺），沿試樣四周測量四處的厚度，取其算術(shù)平均值，作為實驗前試樣厚度。
 2、用酒精將試件及均熱片擦洗干凈并晾干，晾干后在其上均勻涂抹導(dǎo)熱油。
 3、用調(diào)壓器將電壓調(diào)至一定值，保持不變，經(jīng)一段時間后，待跟試件上下表面接觸的銅片各點溫度為一定值時，即導(dǎo)熱過程達(dá)到穩(wěn)定后記錄各點溫度及電熱器的電壓。
 4、改變電加熱器的電壓（調(diào)節(jié)調(diào)壓器），即改變電熱器熱量使之維持在另一個數(shù)值上，跟試件上下表面接觸的銅片各點溫度達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)后，重復(fù)第3項的測量。
 5、用zui小二乘法計算不同橡膠材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化的關(guān)系式。
五、實驗報告要求
 1、材料溫度可取材料上下表面溫度的平均值，即，其中：Tw1為試樣材料下表面溫度，Tw2為試樣上表面溫度。
 2、實驗報告需用的實驗報告用紙進(jìn)行書寫；
 3、實驗報告中必須包含實驗?zāi)康暮蛯嶒灢襟E；
 4、實驗報告中必須包括實驗數(shù)據(jù)的記錄；
 5、實驗報告中必須包括實驗數(shù)據(jù)處理的具體步驟，并有材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化的關(guān)系式及關(guān)系曲線圖；
 6、實驗報告中必須有對實驗數(shù)據(jù)結(jié)果的分析。