DB51∕T 2434-2017 材料熱導率和熱擴散系數(shù)的瞬態(tài)測量-脈沖法

DB51DB51/T2434—20172017-12-20發(fā)布2018-01-01實施四川省質量技術監(jiān)督局發(fā)布I 1 1 1 2 3 4 5 8 8 本標準參加起草單位：西南應用磁學研究所，深1本標準適合用于含濕狀態(tài)或絕干狀態(tài)下,在室溫附近，測量保溫絕熱材料、導熱材料等固體板材的熱導率和熱擴散系數(shù)，測試范圍分別為0.01W·m-1·K-1<λ＜500W·m-1·K-1和5×10GB/T32064-2015建筑用材料導熱系數(shù)和熱擴散系材料的熱物性thermalpropertiesof包含材料的熱導率λ（即導熱系數(shù)熱擴散系數(shù)a（即導溫系數(shù)）,定壓比熱容cp和蓄熱系數(shù)S2材料熱物性的一種瞬態(tài)測量方法。指平面熱源用恒定熱流強度，在均勻無限大熱擴散系數(shù)thermaldiffusion放出）能量與溫度變化的比值。定壓比熱容：cp=，式中，ρ注：單位采用等千克開爾文分之余焦爾J.kg?1.K?1。波幅與表面溫度波幅之比為蓄熱系數(shù)S，表示材料的蓄熱能力。反映周期熱作用下，材料表面溫度升高本測量方法以一維半無限大傳熱模型的精確解，以及平面熱源用恒定熱流強度脈沖加熱測量裝置后，獲得的熱源表面降溫過程的規(guī)律，導出B(y)函數(shù)的測量表達式。然后用溫升（或降）隨時間變化3的測量數(shù)據(jù)，計算B(y)函數(shù)的測量值，再用此值代入B(y)函數(shù)的定義式，反解出y函數(shù)的數(shù)值，實現(xiàn)l/m0l/m0XZZ測量冷面(x,y,z)的溫度變化。5.2.1平面熱源置于(0、y、z)平面，為測量裝置的加熱元件。5.2.3平面熱源的模型為理想平面，沒有厚度和質量。實際的平面熱源（也稱加熱片），一5.2.5選擇適當?shù)募訜犭娏鳎刂茰y量裝置的升溫速度。加熱之初，升溫速度可以達到每秒45.3.3要求溫差電偶的接點牢固，可靠。保護層的厚度控制在3-6μm且堅固，耐摩擦。脈沖法瞬態(tài)測量系統(tǒng)的結構框圖，如圖2所示。它由直流穩(wěn)流電源，測量裝置，測溫元件，溫度采本測量系統(tǒng)，要求用能產(chǎn)生恒定熱流強度的直流穩(wěn)流電源供電。直流溫度分辨率：Δ?≤0.1K。測量試件邊長和直徑的儀器精度不應低于0.001mm；測量試件厚度的儀器精度不應低于0.0001mm。5質量測量儀器精度不應低于0.01g?！?相對濕度不超過60%。7.1.3試件含濕率的變化對測量的影響較大。不同含濕率的同一試件，在相同7.2.3主試件的厚度，依待測材料的密度不同可以有較大差別。對于大多數(shù)待7.2.5試件可以做成方體和圓柱體，對于方體，l取0.200m；對于圓柱度差小于0.2℃),可以開始加熱測量。7.3.4.2加熱測量之后，熱面溫度迅速上升；冷面溫度有6直接測量數(shù)據(jù)：主試件質量、長度、寬度、厚度，加熱電流強度；加熱片的電阻、質量和7.3.6校準開始加熱測量時刻t0，冷面開始升溫時刻t，熱面達到最高溫度時刻t1，并確定對應數(shù)據(jù)令2.......................................(1)x--測溫位置與平面熱源間的距離，即主試件的厚度。單位采用米m；τ--測溫時間。τ=t?t。單位采用秒s；07.4.2B(y)函數(shù)令?2ydy1.................................為一個含定積分的積分函數(shù)，為B(y)函數(shù)的定義式。...................................?(x,τ)--表示離平面熱源的距離為x處，加熱到τ=t?t0時間內(nèi),材料的溫度變化。且?(x,τ)=T(x,t)?T(x,t0)，單位采用開爾文K；7T(x,t)--待測材料中，x處（冷面）加熱至t時刻的溫度；T(x,t0)--待測材料中，x處（冷面）加熱起始時刻的溫度脈沖加熱到τ1時刻斷電，停止加熱。至脈沖加熱停止之后的τ2i時刻（記時起點與τ1相同.............................τ1--脈沖加熱結束，斷電停止加熱的時刻。單位采用秒s。7.4.5待測材料導熱系數(shù)和熱擴散在上述（3）和（4）兩式中3）式僅適用于τ≤τ1的情況；而（4）式則只適用于τ≥τ1的............................該式表明在一次測量中，將溫度改變及測溫時刻的測量值代入（5）式，可以計算出函數(shù)B(y)的數(shù)值，即函數(shù)Bi(y)的測量值。將獲得的Bi(y)函數(shù)的測量值，代入B(y)函數(shù)的定義式（2）?？梢苑唇獬鰕i的數(shù)值。其數(shù)值求解的方法參見附錄A。獲得yi的數(shù)值之后，就可以用（1）式計算出待測材料的熱擴散系數(shù)為2...............................................................................測量獲得熱擴散系數(shù)ai之后，用之代入（4）式，可以解出待測材料的熱導率....................................................8正。所謂修正，就是將加熱片自身的吸熱功率，從總的電加熱功--加熱測量時加熱片的升溫速度；在瞬態(tài)測量中，升溫速度可以從測量列中材料導熱系數(shù)和熱擴散系數(shù)的瞬態(tài)測量-脈沖法的材料導熱系數(shù)和熱擴散系數(shù)的瞬態(tài)測量-脈沖法測量的A類不確定度參見附錄B，同一狀態(tài)測量復現(xiàn)在執(zhí)行上述第7.3.4步驟之前，需要將待測試件組反復烘烤到恒重，99.4試件信息：包括試件的材料名稱、規(guī)格型號、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、產(chǎn)品尺寸、試樣密度9.6測量結果：熱測量溫度范圍，熱導率和熱擴散系數(shù)的擬合公式，給定測量溫度下，熱導率但是，有了Bi(y)函數(shù)的測量值，要用B(y)函數(shù)的定義式（2）解出yi來，并不是顯而易見的事情。...........................................(A...........................................(A式中：已經(jīng)將Bi(y)的測量值用c代替。注意到（A.1）式對y其一階導數(shù)f′(y,c)≠0，且有二階連續(xù)導數(shù)，當c在0-1之間取值時，y是遞減的。因而，可以用Newton迭代法計算yi。即有n取其前m項，積分之不難算出e?y2dyA.4用（A.1A.3A.4）和（A.5）式計算出函數(shù)f(yi,c)和該函數(shù)對yi的一階導數(shù)f′.(yi,c)。in出滿意的yi值。A.5增加取項數(shù)m和迭代次數(shù)n，可以提高yi值的計算精確度。為實現(xiàn)材料導熱系數(shù)和熱擴散系數(shù)的瞬態(tài)測量-脈沖法測量操作和數(shù)據(jù)處理，應開發(fā)特定的測——將整理好的測量數(shù)據(jù)代入（5）式，計算一系列Bi(y)函數(shù)的測量值；——利用計算得到的Bi(y)的測量值，代入（2）式解算。即獲得yi函數(shù)的測量值；——利用解出的yi，代入（6）式，計算熱擴散系數(shù)ai；——將計算獲得的ai、測量值以及用（8）式計算出的熱流強度q，代入（7）式，計算熱導率λi—