DRX-I-YTX

流體液相物質導熱系數(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，進行預測或實際測定。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，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、測量結果，準確度 ±2%，重復性：±2%

4、熱線計量加熱功率可調節(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,已經被廣泛采用并得到*,它的測量原理是對在無限大的介質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生變化,根據(jù)溫升時間的變化關系,就可以得到介質的導熱系數(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、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，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,恒溫范圍為,高溫槽的恒溫介質為 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.甲苯試劑規(guī)格為ABSOLV,標稱純度(質量分數(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)，試驗結束后進入導熱系數(shù)結果輸出；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、試驗結束，返回初始狀態(tài)，用相同試樣，做3～5次；zui后得出的結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