非稳态法导热系数
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非稳态法测材料的导热性能实验
一﹑实验目的
1、测量绝热材料的导热系数和比热，掌握其测试原理和方法；
2、掌握使用热电偶测量温差的方法。
二﹑实验装置
非稳态法导热系数实验台的电原理及装置图
其测量装置分三部分：
1、 试件及夹具：试件分为三块，此处采用的是200*200毫米的有机玻璃块，其中二块为厚60毫米。一块为厚12毫米的试件之间夹以热传感器和加热器。
2、 测量系统：此处采用精度较高的测温铂电阻测量仪表和用以显示加热功率的精度较高的直流电压、电流表及宽范围的直流稳压源，热传感器采用进口薄膜铂电阻100tP。
3、 加热部分为有机框孔为200*200毫米的金属薄膜加热器，阻值标称为100左右，配以0-60伏，2A的直流稳压一台。
三﹑实验原理
常功率平面热源法是根据半无限大物体常热流通量作用下的分析解和它在工程实际中的应用。
在常热流通量的作用下，不稳定导热过程的导热微分方程单值性条件可表示如下：
22x （4）
当0 0时
0x，constxxq0 （5） 式中： 过余温度，0),(txt；
0t半无限大物体的初始温度。
在初始温度it分布均匀的半无限大物体内部，从0起，半无限大物体表面，受均匀分布的平面热源)/(20mWq 的作用，在常物性条件下，离表面x处的温升x，),(ixtt为：
)2(2,0axfcieqx （6）
式中：ierfcy代表变量y高斯误差补函数的一次积分，其值可由数学函数表或传热学书中查到。
当0，但0x时，ierfcy=1，由式6可知
0,12q （7）
这样，如果用两个热电阻分别测定0时刻，装置图中试件Ⅰ与加热器接触面上的中心区温升0，00t，it，以及1x时刻，试件Ⅰ与试件Ⅱ接触面上的中心区温升1x，11xxt，ixt1，则根据式（6）和（7）得出：
)2(,,11100011xxxxaxierfc （8）
于是，由已测定量10001,1,xxx，可求出1)2(11xxierfc，从函数表确定11102xxaxy的值，从而计算出相应于该测试温度范围100,xtt，1x的平均温度),,(2110100xxttt时的导温系数为：
121214xxyxa )/(2Sm （9）
式中：1x试件厚度，m 根据上式a值，代入式(7),就可求得试件的导热系数为：
0000,2aq （mW/℃） （10）
则试件的比热值可由下式求得：
aC （kgJ/℃） （11）
常功率平面热源法测试部分仪器的装置简图及接线原理图见装置图.试件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 仅仅是厚度不同的相同试件。如果试件长和宽各为1x的8-10倍，试件Ⅰ就可以看作是无限大平壁，在被加热膜通电加热的条件下，试件Ⅰ的两个表面中央地区都将在整个升温期间各保持为等温面。随着时间的延长，0，试件紧挨加热器面的部分首先开始升温，逐步向远离加热面的两边延伸，直到限时，试件Ⅱ的上表面和试件Ⅲ的下表面也将开始升温，在0限期间，试件Ⅰ、Ⅱ 叠接在一起，以及试件Ⅲ都将表现为事实上的半无限大物体，而且康铜箔热源也将均等地向两侧供热，每侧各为)/(20mWq，
即：)/(220mWFQqq
式中：Q加热源的热功率，（W）
F热源的面积，2m。
四﹑实验步骤
1﹑按原理图接好线路（加热系统、测温系统）；
2、测试件I上下表面的的初温，即0,0,0xtt，并记录；
3、开始加热，同时启动两块秒表加热10-20分钟之间，测得n组试件I上下表面的温度即),0(0t及),(xxt，测温同时记录相应的时间0和x；
4、功率测量因是常功率不受时间限制；
5、实验结束，关电源。
五﹑数据处理
记录下列数据并将其它实验数据填入表1中
表1 实验记录表
序号 电压V 电流A 上表面温度
下表面温度
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
求出：热流密度q（2Wm）
试件的导热系数（oWmC）和比热C（oJkgC）
注：稳压源 0-60伏,2A
测温表 0-120C
铂电阻 Pt100
加热膜 100左右
