实验二 平板法绝热材料导热系数测定
Measuring thermal conductivity of adiabatic material in flat
一、实验目的
1、掌握平板法测定导热系数的原理和方法。巩固课堂上所学的关于稳定导热的概念和特点，测定非金属材料的导热系数。
2、掌握和了解平板导热仪造成一维、单向稳定导热的方法。 3、熟悉电加热方法及其热量的计算方法和测量方法。 4、了解热电偶测温方法及本实验中所使用的测温仪表。
二、实验原理
根据傅立叶定律，如图一所示的一维平板稳定导热的计算公式为：
Q??F?TL （1）
上式中Q?热流[W]，F－面积[m2],?T?温差[℃]，L－平板厚度[m],??导热系数[w/m..℃]
如果我们用实验的方法测得平板高低温面上的温度 t 1 ,t2 ,通过平板的导热量Q，根据已知试件的几何参数F、L就可求得在平均温度为(t 1 +t2)/2状态下材料的导热系数。
??QL(t1?t2)?F （2）
??F?d2?(0.05)2?0.00196m2L在实验课给定，这就是平板法测定材料导热系数的原本实验中 , 44理。
t1 t2 Q
L
图1 平板测试示意图
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三、实验装置、测试仪器及实验方法
实验装置本体如图二所示，由主加热器、环形边加热器、底加热器及上、下冷却水套等部件组成。加热器上均有用高导热系数材料（铜或银）制成的均热板，已保证各截面上温度均匀，并能缩短稳定时间。在主边加热器之间装有两付极性反接的串联温差热电偶，以监视试件的端面导热。主、底加热器之间的温差热电偶是监视主加热器加热量的向下泄漏，以保证主加热器的加热量在热稳定状态下全部通过试件。上、下冷却水套的冷却水串连并与恒温水浴中的恒温水构成闭路循环，保证了系统的温度稳定。主加热器由直流稳压电源供电加热。边、底加热器由调压变压器供电加热。
均热板 出水
高温面热电偶 主底温差热电偶
主加热器 底加热器
下水套 进水 低温面热电偶 边加热器 主边温差热电偶 进水
上水套 试 件 出水
图2 实验装置示意图
3.1测量系统
加热量的测量是根据供电回路中电流、电压的测量值而确定的。
Q?I?V[W] (3)
I－电流[A],V－电压降[V]
I?测量电路如图三所示，电流的测量
V?R标，
R标?0.01?，为已知阻值的标准电阻，在实验中测得电压
降V?，便可算得电流I,由于V?值很小，属于毫伏级，又为直流，所以可用精确度很高的直流电位差计测量。 3.2电压的测量
由图3可知V:V??=100000:100,V=1000V??,由于V??的数值也属于毫伏级的，也可用直流电位差精确测量，测得V??，便可求得V。已知I和V后，便可根据公式（3）求得加热量Q。 3.3温度的测量
试件高低温面的温度t1及t2是用镍铬镍硅热电偶测量，测量热电偶电动势和V?V??的数值的指示仪表为HP万用表。主、边及主、底温差热电偶的输出端也直接由HP万用表读出。
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四、实验步骤
1、由于本实验所需的热稳定试件较长，因此在课前已预先加热。学生在实验进行之前要根据实验设备仔细了解仪器的电路系统、测试系统和监控系统的操作方法。 2、 正HP万用表的精度。
3、 次按下转换开关的主边、主底的按键检查主边、主底加热器之间的平衡情况，如不平衡，调整有
关加热器供电线路中的微调旋钮，使其达到平衡。这时用HP万用表测量其电势值应该在0附近。 4、 用数字万用表测量温度T1及T2.
5、 过10分钟后，重复步骤2)-4)，如果测得的t1及t2的毫伏值与前一次步骤4)测得的数据相差不大
于0.08毫伏时，即可认为已达到稳定状态，就可以测录有关数据。 6、 用HP 万用表分别测出V?V??的值。
7、 记录主加热器的电流电压，边、底加热器的电流及恒温水浴的水温。 8、 根据??0.05099、 检查所有的测试数据和计算结果，确认自己这次实验无误后，按顺序关闭主、边、底加热器的电
源，但这时不要关闭恒温水浴的电源。
10、 在计算机上填写实验报告，并回答报告中的问题。
11、在完成报告，确认无误后，按提交实验报告按钮，系统将自动给出实验分数，完成此次实验。
V?(mv) V??(mv) L(mm)[w/m?k]计算所测试件的导热系数。
t1?t2五、注意事项
1、学生要按说明书。规定的操作程序进行实验。
2、为保证实验设备的安全运行，实验中要注意检查冷却水路是否始终在正常工作。 3、主加热器的加热电流不能超过1.5安培，边、底加热器的电流不能超过2安培。 4、学生实验完毕后，必须将测量得到的温度毫伏值按表转换为温度值。
六、书写实验报告并回答下列问题
1、在采用主炉首先加热，边炉和底炉后加热的加热顺序，如果没有达到热稳定状态就进行测量，这时获得的导热系数结果比真实值大还是小？为什么？
2、本实验在测量过程中没有考虑有接触热阻的影响，请问由于接触热阻的存在，使得实际导热系数的测量结果比实际要大还是要小？为什么？
3、本实验设备能不能用来测定金属材料的导热系数？为什么？ 4、主加热器用直流电源加热有那些优点？？
七、实验报告内容及格式
1、实验目的 2、实验内容 3、实验装置 4、实验原理（测试实验系统图） 5、实验步骤 6、实验结果与分析（包括实验数据、处理图形、主要关系式和有关程序） 7、思考题解析
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实验三 高温气体温度的测量
Temperature measurement of high temperature gas
一、实验目的
1、实际使用热电偶对高温空气的温度进行测量；
2、了解用热电偶测量高温气体温度存在哪些误差及减小这些误差的方法；
3、结合已经学过的《传热学》和《测试技术》知识，自行设计实验方案，提高测量精度。
二、实验内容及基本原理
高温气体温度的准确测量是热工领域里科研和生产中的一个技术难题。本实验台是根据热电偶测量温度的原理和《测试技术》课程中关于温度测量的相关知识而建立的。用裸露热电偶直接测量管道内温度比较高的透明气体温度时，由于热电偶与管壁之间存在辐射换热，使得所测温度与实际温度存在很大差别。
设气体与热电偶之间的对流换热流为Q1，热电偶与管壁的辐射换热流Qr与它自身的储热热流Qs、导热的热流Q?之和为Q2（Q2?Qr?Qs?Q?），当Q1=Q2也即达到了所谓的热平衡时，热电偶所指示的温度就是所测得的空气温度，它与气流的真实温度有很大差别。
（1）通过对流换热，高温空气对热电偶测量端(节点)的加热热流为：
Q1??A0?Tg?Tj? (1)
（2）热电偶测量端与周围管壁的辐射换热：
4?Qr??nA0??Tj4?Tw (2)
（3）热电偶测量端沿引线的导热：
Q????f（4）热电偶测量端的储热：
dTdx
(3)
Qs?mcdTgd?
(4)
其中：?—热电偶与高温空气的对流换热系数；A0—热电偶测量端表面积；Tj—热电偶测量端的温度；?n—系统黑度（由于热电偶测量端的表面积远小于被它“看见”的管壁面积，?n接近热电偶材料的表面黑度?）；?—玻尔兹曼常数；Tw—壁面温度；?—热电偶测量端材料导热系数；f—热电偶引线的横断面积。
实际上，由于用热电偶测温时，深入到高温气体中的引线相对于测点来说比较长，沿热电偶引线的导热热流Q?可以忽略。当测量气流的温度不变且热电偶测点达到热稳定时，热电偶测量端的储热热流Qs?0，故有:
Q1?Q2?Qr
(5)
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