[发明专利]常功率平面热源非稳态多单元热导率测试仪及测试方法

说明书

本发明公开了一种常功率平面热源非稳态多单元热导率测试仪，包括G型卡钳架；所述G型卡钳架放置在工作台面上，所述G型卡钳架的底板面上安置有下保温板和侧保温板，所述G型卡钳架的上板面竖直连接有卡钳螺栓。本发明的有益效果是：能够实现数分钟快速测试含湿材料热导率，避免了稳态法中数小时长期加热致使含湿材料内湿分布破坏，且带有G型螺旋卡钳和活动铰链的保温板张紧装置，有效地实现了快速更换待测样品，以及根据不同待测材料即时调节上/下保温板、辅助样品和待测样品之间的张紧力，与常规瞬态测试法通常每次只能测试一个样品相比，本测试箱实现了每次测试四个样品的高效率测试。

技术领域

本发明涉及一种测试仪，具体为一种常功率平面热源非稳态多单元热导率测试仪，属于含湿多孔材料热导率测试技术领域。

背景技术

热导率，亦称导热系数，是衡量材料导热难易程度的物理量。材料的热物理性质，简称热物性。一般是指描述材料热物理性质的基本参数：如热导率、热扩散系数、比热容、蓄热系数等。关于热物性的测量，目前，一般采用稳态法进行。即经过足够长的时间(以小时计)，在热平衡状态下，物体的温度不随时间而变化。此时，测量出均匀材料两点间的温度差和间隔距离，以及通过该两点且垂直于热流方向的平行平面的热流强度，用傅里叶定律计算出材料的热导率。防护热板法测量材料的热导率，即是这种稳态测量方法的代表仪器和代表测量方法。

材料热物性的稳态测量方法，目前已经非常成熟，也获得广泛应用。但这种测量方法，也存在一些固有的缺陷：首先，容易受环境条件的影响，不容易实现真正的恒温环境，测量的准确度不高，一般在3％左右；其次，测量费时长，耗费高，难于推广应用。当今的大多数数情况下，测量只能在一些大型实验室里进行。例如，中国测试研究院,河南建筑设计研究院等。因此，造成现时存在的情况是在工农业生产领域，实际上很少采用测量方式获得数据，而是满足于查资料，采用过时数据应付工程技术的一般性需要；第三，不能测量热扩散系数，只能测量热导率。不适应当今科学技术蓬勃发展对热物性测量提出的需求。

材料热物性的瞬态测量方法，是相对稳态测量而言的。所谓瞬态测量，是指在材料加热升温或散热降温的过程中，测量出材料的热物理性质。众所周知，在传热过程中，物体的温度在空间各点的值，都是随时间而变化的。因此，在这一过程中测量材料的热物理性质，就意味着要测量材料中温度场随时间变化的规律。相对稳态测量方法，这是有一定难度的。这也是瞬态测量方法，迟迟未能得到充分发展的原因之一。对于实际情况，只要存在温度差，就一定存在热传导。空间各点的温度，都会随着时间延续而发生变化。这一类传热问题，由于边界条件和初值条件的多样性，使得能够精确求解的传热方程并不多。很多都需要用数值计算方法求近似解。这个难度是很大的。一般不宜用于材料热物性的测量。数学上的这一困难，也是瞬态测量方法迟迟未能得到充分发展的又一原因。

目前，瞬态法测量材料的热物理性质，一般都选用一维传热的简单模型。这种简单模型能求得其精确解。这类简单模型有两类：一是在大块均匀介质中，用一块平面恒流热源加热，构成一个沿垂直于平面热源方向的一维半无限大传热模型。该模型是可以精确求解。由此精确解发展了脉冲法测量材料的热物性和恒流法测量材料热物性的两种测量方法。二是在均匀大块介质中，放置一根长、直、细热线源，在保持热线的发热不随时间变化的情况下，也可以构造一个以热线为轴，在垂直于轴的径向方向上，一维圆柱面传热模型。该模型也可以求出其精确解。由此，也发展了热线法测量材料的热导率的测量仪器和测量方法。此外，将这个精确解变形，改写成温度变化与测量时间对数的线性方程，用最小二乘法作线性拟合，计算出拟合直线的斜率和截距，也可以获得材料的热物性。