流體液相導熱儀

、概述

材料的熱導率是研究材料物理性能的個重要參數指標，在航空、原子能、建筑材料，非金屬材料等工業部門都要求對有關材料的熱導率，進行預測或實際測定。其測試方法分為穩態法和動態測試法，該儀器基于法的原理，主要用于測試流體液相物質或氣體的導熱系數以及傳熱性能的研究。由計算機自動完成測試工作，并對各狀態點進行數字化顯示。亦可人工完成測試，滿足了氣體和飽和液相物質導熱系數的高精度測試要求。為研究新型燃料的熱物性數據提供了種有效快捷的方法。

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。用于這些新型原料在室溫-300度范圍導熱系數，導溫系數，傳熱性能研究。低溫狀態可定制特殊裝置完成。

1、導熱系數范圍：大于0。2w/m·k

2、儀器實現數字化測溫，精度優于0.2級。

3、測量結果，準確度 ±2%，重復性：±2%

4、計量加熱功率可調節±1%。

6、試樣容積：100ml .

7、可連接計算機實現全自動測試。

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

9、儀器實現數字化及測溫程度優于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，采用高精度穩壓電源。

11、可顯示實驗參數、曲線，并實現數據打印輸出。由計算機對實驗數據進行擬合。

12、儀器工作條件

①環境溫度               10°～35℃

②相對濕度               ≤80%RH

③室溫要求穩定              日平均溫度波動≤±1.5℃

三、儀器裝置

1、 實驗原理

瞬態法作為測量流體導熱系數的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,根據溫升時間的變化關系,就可以得到介質的導熱系數,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和熱擴散系數; ΔTi為的理想溫升;q為單位長度線熱源的加熱量;t為加熱的時間;r0 為的半徑;C=1.718…為歐拉常數.由式(1)可知,的理想溫升與加熱時間的對數呈線性關系,因此可以從線性回歸的斜率得到被測流體的導熱系數,并且從截距可以得到流體的熱擴散系數,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境,仍然需要對實測溫升采取些必要的修正,使其接近于理想線熱源的溫升.通過系列溫度修正,即可使實測溫升滿足理想溫升.主要有的物理性質、雙的直徑差等,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，修正系數由軟件實現. 瞬態法導熱系數測量實驗系統主要包括恒溫槽與溫度控制系統、溫度測量系統、導熱系數測量裝置、數據采集系統。實驗中所采用的恒溫槽的恒溫范圍為210～500K時，依據溫度區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測量的溫度要求。

2、 實驗系統及裝置

2.1 實驗系統的組成

整個實驗系統主要由恒溫槽與溫度控制測量系統、壓力測量系統、導熱系數實驗系統以及些配套的設備組成.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,壓力測量使用數字式石英壓力傳感器和差壓變送器,關于溫度測控系統和壓力測量系統的詳細說明].在導熱系數測量過程中,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 導熱系數測量裝置

本裝置采用雙法測量,分測量裝置和數據采集系統兩部分組成,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,腔體中各安裝根直徑為15 um的退火鉑絲,鉑絲的純度(質量分數)大于99%,長度分別為150mm和50mm左右,.鉑絲的上端點焊在根直徑為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.

本裝置研制的數據采集系統,通過自行開發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據采集卡進行數據采集,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的性能,本裝置選用甲苯作為液相導熱系數的標準物質.甲苯試劑規格為ABSOLV,標稱純度(質量分數)大于99.9%,符合本實驗的要求.沿等溫線測量了213----363K溫度區間的甲苯的飽和液相導熱系數.本裝置所測的甲苯導熱系數值與標準值相比較,得到測量的平均偏差為0.37%,zui大偏差為0.73%.

四、操作步驟

（）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，組試樣必須是同配比原料組成，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，進行下步輸入；容積。

4、此時計算機進入模擬熱流模型狀態；當計算機檢測到，滿足數學模型，進入測試狀態，每隔定時間檢測出導熱系數，試驗結束后進入導熱系數結果輸出；計算出當次的平均導熱系數。如聯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，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。

五、注意事項

1、該儀器是基于法的原理；并作了些數學模型的改進，利用計算機模擬數學模型進行測試。

2、利用該儀器提供的熱電偶信號輸入，可以模擬法的數學模型進行測試。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，W／（m·K）；

        I——加熱電流，A；

        V兩瑞電壓，V;

        R試驗溫度下的電阻，Ω；

        L長度，m；

   t1、t2——加熱電流接通后測量的時間，min;

 θ1、θ2——在t1、t2時的對應溫度，℃。

單位：M/m.k

結果：到小數點后三位有效數字。

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                        臺

2、高精度穩壓電源             臺

3、不銹鋼電爐                     臺

4、試樣夾套（已裝上）        套

5、計算機（帶打印機）         套（用戶要求自備或按合同配）

6、測試軟件                        套

7、標樣                               件

8、說明書                          份

9、合格證                            份