平板导热系数测量
一、实验目的：
1. 巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能。
2. 测定试验材料的导热系数。
3. 确定试验材料导热系数与温度的关系。 实验原理：
导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。各种材料的导热系数都用实验方法来测定，稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定实验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。
实验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q 和平板两面的温差△t 成正比，和平板的厚度δ成反比，以及和导热系数λ成正比的关系来设计的。 我们知道，通过薄壁平板(壁厚小于十分之一壁长和壁宽) 的稳定导热量为：
F Q= · ∆ t · [W]
被试验材料做成二块方形薄壁平板试件， 面积为300×300［ｍｍ2］，实际导热计算面积F 为200×200［ｍｍ2］，板的厚度为δ［ｍｍ2］。
平板试件分别被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面之间。加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板
λδ
二、实验台参数：
1. 试验材料
2. 试件外型尺寸：300×300 mm2
3. 导热计算面积F: 200×200 mm2 (即主加热器的面积) 4. 试件厚度δ：(实测) 15mm 5. 主加热器电阻值： 100Ω 6. 辅加热器(每个) 电阻值： Ω 7. 热电偶材料：镍铬一镍硅 8. 试件最高加热温度：≤80℃
三、实验方法和步骤：
１．将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面，试件表面应与铜板严密接触，不应有空隙存在。在试件、加热器和水套等安装入位后．应在上面加压一定的重物，以使它们都能紧密接触。
2．联接和仔细检查各接线电路。将主加热器的两个接线端用导线接至主加热器电源；而四个辅助加热器联成串联电路(实验台上已联接好)
。将主热电偶之一
t2(或t1) 接到跟踪控制器面板上中间的主热电偶接线柱上，而将辅热电偶之一t5(或t6) 接到跟踪控制器上的相应接线柱上。把水套冷面热电偶t3(或t4) 接到跟踪控制器上的相应接线柱上。
3．检查冷却水水泵及其通路能否正常工作，各热电偶是否正常完好。
4．接通加热器电源，并调节到合适的电压，开始加温，通过调节辅助加热器的电压使主加热器以外的四周（辅热电偶的温度）保持与中间主加热器的温度相一致。在加温过程中，可通过各测温点的测量来控制和了解加热情况。开始时，可先不启动冷水泵，待试件的热面温度达到一定水平后，再启动水泵(或接通自来水) ，向上下水套通入冷却水。试验经过一段时间后，试件的热面温度和冷面温度开始趋于稳定。在这过程中可以适当调节主加热器电源、辅加热器电源的电压，使其更快或更利于达到稳定状态。待温度基本稳定后，就可以每隔一段时间进行一次电压V 读数记录和温度测量，从而得到稳定的测试结果。
5．一个工况试验后，可以将设备调到另一工况，即调节主加热器功率后，再按上述方法进行测试，得到另一工况的稳定测试结果。调节的电功率不宜过大，一般在5～10W 为宜。
6．根据实验要求，进行多次工况的测试。(工况以从低温到高温为宜) 。 7．测试结束后，先切断主, 辅加热器电源，经过10分钟左右后再关闭水泵. 实验数据取实验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的平均值。导热量(即主加热器的电功率)
tR — 试件的热面温度 （即t1或t2） ℃ tL — 试件的冷面温度 （即t3或t4） ℃ 平均温度为：
t R +t L
t = 2导热系数λ=
W ⋅δI ⋅V ⋅δ
(或) 【w /m ⋅︒C 】
2(t R -t L ) F 2(t R -t L ) F
四、实验数据处理 五、
由公式 λ=
2R ⋅T R -T L ⋅F
⋅δ
2
计算得
关系式：λ=0.012t-0.30
五、误差分析
1、由于辅助加热器加热温度低于主加热器，造成主加热器向四周散热。 2、温度测量过程中误差
六、耐火材料导热系数测量实验与此实验的区别
1，耐火材料导热系数的测量实验采用的是热线法，而十字热线法适用于测量温度不大于1250℃的耐火材料. 还适用于粉状及颗粒料；而平板导热系数测量实验只能测定固体平板的导热系数。
2, 十字热线法原理：试样在炉内加热至规定温度并在此温度下保温，用沿试样长度方向埋设在试样中的线状电导体（热线）进行局部加热，热线载有书籍恒定功率的电流，即在时间上和试样长度方向上功率不变。从热线的功率和接通电流加热后已知两下时间间隔的温度可以计算导热系数，此温升与时间的函数就是
I 2R ln(t 2/t 1) 被测试样的导热系数。λ= ⨯
4π∆θ2-∆θ1
3，在十字热线法测量的试验炉中，电加热炉能容纳一个或多个试样组件。
七、选做题
B 、第二个人是学校负责该实验的老师，请选择另一实验设备，厂家的产品及价格，并描述该产品操作步骤。
平板导热系数测量
一、实验目的：
1. 巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能。
2. 测定试验材料的导热系数。
3. 确定试验材料导热系数与温度的关系。 实验原理：
导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。各种材料的导热系数都用实验方法来测定，稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定实验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。
实验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q 和平板两面的温差△t 成正比，和平板的厚度δ成反比，以及和导热系数λ成正比的关系来设计的。 我们知道，通过薄壁平板(壁厚小于十分之一壁长和壁宽) 的稳定导热量为：
F Q= · ∆ t · [W]
被试验材料做成二块方形薄壁平板试件， 面积为300×300［ｍｍ2］，实际导热计算面积F 为200×200［ｍｍ2］，板的厚度为δ［ｍｍ2］。
平板试件分别被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面之间。加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板
λδ
二、实验台参数：
1. 试验材料
2. 试件外型尺寸：300×300 mm2
3. 导热计算面积F: 200×200 mm2 (即主加热器的面积) 4. 试件厚度δ：(实测) 15mm 5. 主加热器电阻值： 100Ω 6. 辅加热器(每个) 电阻值： Ω 7. 热电偶材料：镍铬一镍硅 8. 试件最高加热温度：≤80℃
三、实验方法和步骤：
１．将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面，试件表面应与铜板严密接触，不应有空隙存在。在试件、加热器和水套等安装入位后．应在上面加压一定的重物，以使它们都能紧密接触。
2．联接和仔细检查各接线电路。将主加热器的两个接线端用导线接至主加热器电源；而四个辅助加热器联成串联电路(实验台上已联接好)
。将主热电偶之一
t2(或t1) 接到跟踪控制器面板上中间的主热电偶接线柱上，而将辅热电偶之一t5(或t6) 接到跟踪控制器上的相应接线柱上。把水套冷面热电偶t3(或t4) 接到跟踪控制器上的相应接线柱上。
3．检查冷却水水泵及其通路能否正常工作，各热电偶是否正常完好。
4．接通加热器电源，并调节到合适的电压，开始加温，通过调节辅助加热器的电压使主加热器以外的四周（辅热电偶的温度）保持与中间主加热器的温度相一致。在加温过程中，可通过各测温点的测量来控制和了解加热情况。开始时，可先不启动冷水泵，待试件的热面温度达到一定水平后，再启动水泵(或接通自来水) ，向上下水套通入冷却水。试验经过一段时间后，试件的热面温度和冷面温度开始趋于稳定。在这过程中可以适当调节主加热器电源、辅加热器电源的电压，使其更快或更利于达到稳定状态。待温度基本稳定后，就可以每隔一段时间进行一次电压V 读数记录和温度测量，从而得到稳定的测试结果。
5．一个工况试验后，可以将设备调到另一工况，即调节主加热器功率后，再按上述方法进行测试，得到另一工况的稳定测试结果。调节的电功率不宜过大，一般在5～10W 为宜。
6．根据实验要求，进行多次工况的测试。(工况以从低温到高温为宜) 。 7．测试结束后，先切断主, 辅加热器电源，经过10分钟左右后再关闭水泵. 实验数据取实验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的平均值。导热量(即主加热器的电功率)
tR — 试件的热面温度 （即t1或t2） ℃ tL — 试件的冷面温度 （即t3或t4） ℃ 平均温度为：
t R +t L
t = 2导热系数λ=
W ⋅δI ⋅V ⋅δ
(或) 【w /m ⋅︒C 】
2(t R -t L ) F 2(t R -t L ) F
四、实验数据处理 五、
由公式 λ=
2R ⋅T R -T L ⋅F
⋅δ
2
计算得
关系式：λ=0.012t-0.30
五、误差分析
1、由于辅助加热器加热温度低于主加热器，造成主加热器向四周散热。 2、温度测量过程中误差
六、耐火材料导热系数测量实验与此实验的区别
1，耐火材料导热系数的测量实验采用的是热线法，而十字热线法适用于测量温度不大于1250℃的耐火材料. 还适用于粉状及颗粒料；而平板导热系数测量实验只能测定固体平板的导热系数。
2, 十字热线法原理：试样在炉内加热至规定温度并在此温度下保温，用沿试样长度方向埋设在试样中的线状电导体（热线）进行局部加热，热线载有书籍恒定功率的电流，即在时间上和试样长度方向上功率不变。从热线的功率和接通电流加热后已知两下时间间隔的温度可以计算导热系数，此温升与时间的函数就是
I 2R ln(t 2/t 1) 被测试样的导热系数。λ= ⨯
4π∆θ2-∆θ1
3，在十字热线法测量的试验炉中，电加热炉能容纳一个或多个试样组件。
七、选做题
B 、第二个人是学校负责该实验的老师，请选择另一实验设备，厂家的产品及价格，并描述该产品操作步骤。