导热系数测定实验误差分析

导热系数的测定

由于温度不均匀，热量会从温度高的地方向温度低的地方转移，这种现象叫做热传导。热传导是由物质内部分子，原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，对流体特别是气体而言，由于温度是气体平均动能的量度，高温区分子运动速度比低温区分子要快，分子连续无规则运动，通过互相碰撞交换能量和动量，热量就由高温区向低温区转移，简而言之，气体的热传导是由于分子不规则的热运动引起的；液体热传导的机理与气体类似，但是液体分子间距要小得多，分子力场对分子碰撞过程中能量交换影响很大；而固体是通过晶格振动和自由电子迁移传导热量，自由电子传递的能量比晶格振动传递的能量大得多。金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；对于非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的。热传导是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题。

导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且

导热系数的测定

由于温度不均匀，热量会从温度高的地方向温度低的地方转移，这种现象叫做热传导。热传导是由物质内部分子，原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，对流体特别是气体而言，由于温度是气体平均动能的量度，高温区分子运动速度比低温区分子要快，分子连续无规则运动，通过互相碰撞交换能量和动量，热量就由高温区向低温区转移，简而言之，气体的热传导是由于分子不规则的热运动引起的；液体热传导的机理与气体类似，但是液体分子间距要小得多，分子力场对分子碰撞过程中能量交换影响很大；而固体是通过晶格振动和自由电子迁移传导热量，自由电子传递的能量比晶格振动传递的能量大得多。金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；对于非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的。热传导是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题。

导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且

导热系数是表征物质热传导性质的物理量，对保温材料要求其导热系数尽量小，对散热材料要求其导热系数尽量大。由于导热系数与物质成分、微观结构、温度、压力及杂质含量密切相关，所以在科学实验和工程设计中材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。

测量导热系数的实验方法一般分为稳态法与动态法两类。在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温处向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；当适当控制实验条件和实验参数，使加热和传热过程达到平衡状态时，待测样品内部就能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，例如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响。本实验将利用稳态法测量导体的导热系数。

【 实验目的 】

1 ．了解热传导的基本规律及散热速率的概念。 2 ．掌握稳态法测定导热系数的方法。 【 实验仪器 】

FD-TC-II 型导热系数测定仪，数字电压表，热电偶，制冷仪，游标卡尺，夹子，表（自备）等。

（图1 实验装置） （图2 实验装置 2）

（图3 接线示意图）

实验一 固体导热系数的测量 一、实验目的

用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。 二、实验器材

TC-3型热导率测定仪、橡胶样品、游标卡尺、冰水、硅油、TW-1型物理天平。 本实验采用杭州富阳精科仪器有限公司生产的 型导热系数测定仪，如图5.4.1所示。该仪器采用低于 的隔离电压作为加热电源，安全可靠。发热圆盘和散热圆盘的侧面有一小孔，为放置热电偶之用。散热盘 放在三个螺旋头上，调节螺旋头可使待测样品盘B的上下两个表面与发热圆盘A和散热圆盘P紧密接触。散热盘 下方有一个轴流式风扇，用来快速散热。两个热电偶的冷端分别插在放有冰水的杜瓦瓶中的两根玻璃管中。热端分别插入发热圆盘A和散热圆盘P的侧面小孔内。冷、热端插入时，涂少量的硅脂，热电偶的两个接线端分别插在仪器面板上的相应插座内。温差电动势用量程为 的数字式电压表测量，根据铜—康铜分度表可将温差电动势转换成对应的温度值（附录1）。

仪器设置了数字计时装置，计时范围 ，分辩率 。设置了 自动温度控制装置，控制精度 ，分辨率 ，供实验时加热温度控制用。

图5.4.1 TC-3型热导系数测定仪

三、实验原理

导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质等因

3.5 固体的导热系数的测定

【实验简介】

导热系数是反映物体导热性能的一个物理量，它不仅是评价材料热学性能的依据，而且是材料在应用时的一个设计依据，在加热器、散热器、传热管道设计、电冰箱及锅炉制造等工程技术中都要涉及这个参数。由于导热系数随物质成分、结构及所处环境的不同而变化，所以确定导热系数的主要途径是用实验的方法。测定导热系数的方法很多，但可归纳为两类：一类是稳态法，另一类是动态法。稳态法即先用热源对试样加热，并在样品内形成稳定温度分布，然后进行测量；在动态法中，待测样品内的温度随时间而变化。由于稳态法原理简单，操作容易，本实验采用稳态法测量固体的导热系数。 【实验目的】

1.学习用稳态法测固体导热系数，了解其测量条件。

2.学习实验中如何将传热速率的测量转化为散热速率的测量方法。 3.学会用作图法处理数据。 【预习思考题】

1.本实验用稳态法平板法测物体的导热系数要求样品处于一维稳态热传导，什么是一维稳态热传导，实验中如何保证？

2.如何测散热盘在温度为T3时的冷却速率？ 3.如何利用热电偶测温？ 【实验仪器】

YBF-2型导热系数测定仪，保温杯，游标卡尺，橡皮样品，硬铝样品，绝热圆环。 【实验原理】

1.导热系数

当物体内部温度不

东南大学材料科学与工程

实验报告

学生姓名 张沐天 班级学号 12013317 实验日期 2015.11.27 批改教师 课程名称 材料性能测试实验 批改日期 实验名称 材料导热系数测试实验 报告成绩

一、实验目的

1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法 2.了解材料导热系数与温度的关系 二、实验原理

不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。 1.材料的导热性及电导率

材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1K，在1s钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为 W/(m·K)，也叫热导率。热导率λ由简化的傅里叶导热定律

q?-λdTdx决

导热系数测定仪

说 明 书

一、概述

导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质对导热系数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验具体测定。测量导热系数的方法一般分为两类：一类是稳态法；一类是动态法。在稳态法中，先利用热源在待测样品内部形成一个稳定的温度分布，然后进行测量。在动态法中，待测样品温度分布是随时间变化的。

本实验仪是用稳态法测不良导体导热系数的实验仪器，加热盘原手工操作改为单片机自适应控制测温传感器，读数显示为摄氏度，精度是0.1?C，散热盘测温传感器由另一单片机控制，读数精度也为0.1?C。该仪器结构牢固、测控方便，已广泛应用于大专院校普通物理热学实验。

二、用途

(1) 测量不良导体的导热系数，本仪器附有橡皮样品供教学测试用。 (2) 学习用物体散热速率求热传导速率的实验方法。 (3) 学习温度传感器的应用方法。

三、仪器组成与技术指标

1．仪器组成（如图1所示） (1) 热源：电热管、加热铜板; (2) 样品架：样品支架、样品板; (3) 测温部分：单片电脑测温及控制仪。 (4）橡皮样品、导热硅脂（配件） 2．技术指标

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A.温控仪与测温仪

(1)温度计显示工作温度：0℃

导热系数的测量

【实验目的】

用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。 【实验仪器】

导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 【实验原理】

根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T1、T2的平行平面（设T1>T2），若平面面积均为S，在?t时间内通过面积S的热量?Q免租下述表达式：

(T?T2)?Q??S1 （3-26-1） ?th式中，

?Q为热流量；?即为该物质的导热系数，?在数值上等于相距单位长度的两平面?t的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是W(m?K)。 在支架上先放上圆铜盘P，在P的上面放上待测样品B，再把带发热器的圆铜盘A放在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，由于A,P都是良导体，其温度即可以代表B盘上、下表面的温度T1、T2，T1、T2分别插入A、P盘边缘小孔的热电偶E来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G，切换A、P盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知

中国工程热物理学会 学术会议论文

传热传质学 编号：063017

利用瞬态平面热源法测定材料的导热系数

孙亮亮，陈卫翠，方肇洪

（山东建筑大学 热物性测试中心，山东 济南 250101）

摘要:研究了瞬态平面热源法的测试原理，并独立推导了无限大介质中圆盘形平面热源引起的瞬态温

度响应。为开发地埋管地源热泵系统的高性能水泥砂浆回填材料，利用 HotDisk 公司的热常数 测定仪测定和优选了不同配比的水泥砂浆回填材料的导热系数，研究各种组分对材料导热系数 的影响规律。实际测试表明，HotDisk 热常数分析仪具有很好的重复性，多次试验的最大相对 偏差在 1%以内。

关键词：导热系数，测试技术，瞬态平面热源法，地埋管换热器回填材料

Thermal Conductivity Measurements of Backfill Materials

Using Transient Plane Source Method

Liangliang Sun, Weicui Chen, Zhaohong Fang

(Thermophysical Property Testing Center, Shandong Jianzhu University,

Jinan 2

导热系数的测量

【实验目的】

用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。 【实验仪器】

导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 【实验原理】

根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T1、T2的平行平面（设T1>T2），若平面面积均为S，在?t时间内通过面积S的热量?Q免租下述表达式：

(T?T2)?Q??S1 （3-26-1） ?th式中，

?Q为热流量；?即为该物质的导热系数，?在数值上等于相距单位长度的两平面?t的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是W(m?K)。 在支架上先放上圆铜盘P，在P的上面放上待测样品B，再把带发热器的圆铜盘A放在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，由于A,P都是良导体，其温度即可以代表B盘上、下表面的温度T1、T2，T1、T2分别插入A、P盘边缘小孔的热电偶E来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G，切换A、P盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知