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导热系数的测定
一、实验目的
1．理解导热系数稳态测量方法的特点，掌握双向平板法的测量原理。
2．学会使用NK-III100E型双试件热导率测定仪，测量并计算石英玻璃板的导热系数。
二、导热系数的测定原理
本实验所用的仪器为NK-III100E型双试件热导率测定仪，装置原理如图1。按一维稳态的傅立叶公式，在均质试材内部λ=-Q/[A（dt/dn）]，式中dt/dn为温度梯度；由于试件的内部温度梯度dt/dn无法直接测得，因此导热系数无法用测试装置简单测出。在NK-III100E型双试件热导率测定装置中可以测得的是热面温度T1，冷面温度T2和经过试件的热流量Q，此外就是冷热面的间距即试件厚度δ。将dt/dn=（T2-T1）/δ代入傅立叶公式，得到λ=Qδ/[A（T1-T2）]，便可以计算出材料的导热系数。

图1：双试件导热系数测试装置原理示意图
A=计量面加热器B=计量面面板C=防护加热器D=防护面
E=冷却单元Es=冷却单元F=温度平衡检测热偶G=加热单元表面热偶
H=冷却单元表面热偶I=试件P=加压机构12345678为测温点

三、实验步骤
1、试件一式两块，尺寸与装置型号一致厚度不超过指标规定限度，两面尽可能加工到平整。不平衡度不超过试件厚度的1%，两块试件厚度相差不超过2%.
2.将测试装置一面的压紧装置取下，拿出冷却器，取出前次试件，置入按步（1）制备后的试件一块（放在热板边上四个卡子中间），注意放试件时，热板板面必须清洁，不能夹入周围保温材料或其它杂质，试件就位后轻轻在边上掀按，若无摇动，即可将冷却器盖上（注意冷板热偶勿夹入），装上压簧机构，调节压紧螺旋，使压紧弹簧指示器指示规定指标处。
3.将装置旋过180度，在另一面按步骤2装上另一试件。
4.接上冷却器进出水管，注意调节水量的夹子应在进水一侧，两面的出水管各自回到恒温水浴（不可并成一路回路），按需要将装置固定于水平和垂直位置（以试件位置为准）。
5.将装置接线面板上标明计量加热器，防护加热器，热偶等接线柱按图5的原则分别与电工仪表和稳压电源及电位差计等妥善连接，把所附热偶接点（公共参考点）浸入至少一公升容量的冰瓶内，注意：冰瓶内必须全部是冰屑和水的混合物，整个测验过程中需经常检查，如融化太多，必须加冰屑并排水。因实验条件有限，现在我们用自来水代替。
6.此时电位差计检查所有8个测温点，此时8点读数应基本一致，相互偏差不超过10微伏。
7.事先按试件大致的导热系数值，以温差为30℃-70℃，100E型计量面直径为0.05m。已知试件厚度，计算计量面加热器所需功率，接通电源，将计量面加热器的输入功率调节到上述计算值，防护加热器输入功率暂按主炉（计量面加热器）功率的2倍计算。
8.冷面温度用自来水冷却，预先调节到冷面温度。
9.立即记录开始加热时间、各表读数等，除第一小时外，以后每隔15分钟到20分钟记录一次。记录内容包括：8点测温读数（精确到0.1微伏），加热器各自的电流电压，室温及各种情况（如停电XX分钟，冰瓶加冰，加热器从XX电流XX电压调到XX电流XX电压，故障等等）。
10.从第2次记录开始，可按不平衡温差情况调节主炉或环炉（只调一个加热器），按热板两面试件温差情况，调节一个冷却器的水流量（要求两面温差尽可能相等，差别不超过2%）。
11.步骤10以后第2次记录时，根据上述调节以后的情况变化，继续观察或再作调节，但调节不可频繁。
12.经过步骤10和11达到平衡（即不平衡温差在限度以下两试件温差差别在2%以后）后，若连续四次记录的试件温度改变率不超过±1%（功率不变），即认为达到稳定状态。
接通主炉、环炉电源，调整好主炉、环炉的电压、电流，试样开始受热，温度上升，用热电偶对1~8点的温度进行监控，每隔15分钟测量1~8点的电位差计读数，直到连续四次记录结果相差不大，各点电位差计读数变化率不超过±1%，可认为试样达到稳定状态，查热电偶分度表，得出对应的热面和冷面温度T1和T2，热流量由主炉电功率算出，试样面积为热板两侧计量面的和，d为计量面直径为5cm，则面积A=2×πd2/4=0.003925m2，试样的厚度δ，代入公式λ=Qδ/[A（T1-T2）]，便可计算试样的导热系数。
四、数据处理
测试条件为：
主炉：电压U=8.5V电流I=1.85A；
环炉：电压U=16.4V电流I=2.00A。
热流量由主炉电功率算出，所以，热流量Q=8.5×1.85=15.725W；1~8点的电位差计读数如下表1。查热电偶分度表，得出对应的热面和冷面温度T1和T2如表2。

表1测温点的电位差与时间对应表
时间
间隔测温点1/mv测温点2/mv测温点3/mv测温点4/mv测温点5/mv测温点6/mv测温点7/mv测温点8/mv0
1h
15min
15min
15mi