1. 導熱係(xì)數儀(yí)原(yuán)理和特(tè)點(diǎn)

　　導(dǎo)熱係數(shù)儀(yí)是一種基於傅立葉導(dǎo)熱(rè)定(dìng)律(lǜ)而(ér)進行(háng)材(cái)料導(dǎo)熱(rè)係數測量(liáng)的儀(yí)器，在導熱過(guò)程(chéng)中(zhōng)，單(dān)位(wèi)時間(jiān)內(nèi)通過(guò)給定截麵的(dí)熱量，與該(gāi)截(jié)麵的麵積和垂直(zhí)於該(gāi)截麵(miàn)方向(xiàng)的溫(wēn)度(dù)梯(tī)度(dù)成正(zhèng)比，在一維穩(wěn)態導(dǎo)熱時(shí)，其數(shù)學(xué)表達為(wéi)：

　　（1）

　　經(jīng)過(guò)積分換(huàn)算，公式（1）可(kě)以推(tuī)導出

　　（2）

　　其中(zhōng)， ——為(wéi)被測材料(liào)的導(dǎo)熱係(xì)數(shù)， ;

　　Q——為通過(guò)被測材料(liào)試(shì)樣(yàng)的(dí)傳熱量，W;

　　h——為被(bèi)測(cè)材(cái)料試樣(yàng)的(dí)厚(hòu)度(dù)，m;

　　A——為計(jì)量板(bǎn)的麵(miàn)積(jī)，㎡;

　　——為(wéi)被(bèi)測材(cái)料(liào)試樣高(gāo)溫傳(chuán)熱麵(miàn)的(dí)平(píng)均溫度，℃;

　　——為被測材(cái)料(liào)試(shì)樣低(dī)溫(wēn)傳熱(rè)麵的(dí)平均溫(wēn)度(dù)，℃

　　這個(gè)公(gōng)式成立(lì)有3個前(qián)提(tí)條件：（1）傳(chuán)熱(rè)是(shì)一(yī)維傳熱(rè)，側麵沒(méi)有(yǒu)熱(rè)傳遞或(huò)熱損(sǔn)失(shī);（2）被測(cè)材料具(jù)有(yǒu)各(gè)向同(tóng)性(xìng)或(huò)垂直導熱截(jié)麵(miàn)上有相同(tóng)的熱物性(xìng);（3）溫(wēn)差是被(bèi)測材料(liào)兩個(gè)傳熱(rè)麵上溫度(dù)的差值(zhí)。但是(shì)，在(zài)實際(jì)中(zhōng)測(cè)量由於(yú)儀(yí)器設備(bèi)和測量手段的約束，往(wǎng)往無(wú)法理想(xiǎng)的滿足這(zhè)三個條件，隻能使之(zhī)產(chǎn)生的(dí)影響zui小(xiǎo)化。例(lì)如使(shǐ)被(bèi)測材料材質(zhì)盡量(liáng)均匀(yún)，在側(cè)麵增加絕(jué)熱板(bǎn)，減小側麵(miàn)熱(rè)損失，在(zài)盡量靠(kào)近熱板表麵處(chǔ)埋設溫度傳感(gǎn)器，減(jiǎn)小接(jiē)觸熱(rè)阻(zǔ)等(děng)。

　　所以(yǐ)，實(shí)際應用中(zhōng)的導熱(rè)係數儀(yí)通常由(yóu)計(jì)量加(jiā)熱(rè)單元(yuán)，冷板單(dān)元，防護單(dān)元，控(kòng)製(zhì)係統，測量係統(tǒng)，壓緊(jǐn)係統和製冷機構(gòu)組成(chéng)。裝(zhuāng)置(zhì)主(zhǔ)要(yào)結構(gòu)如圖1所示。

　　3. 校準方法

　　通過(guò)以(yǐ)上原(yuán)理(lǐ)可(kě)以得知(zhī)，穩(wěn)態法(fǎ)測量導(dǎo)熱係(xì)數的困難主要(yào)在於相關(guān)參(cān)量的(dí)準確獲得。由於(yú)導(dǎo)熱(rè)係數是(shì)標(biāo)誌(zhì)一(yī)個(gè)過(guò)程(chéng)（傳熱(rè)）的性(xìng)質的熱(rè)物(wù)性(xìng)參(cān)數.因此(cǐ)不可能通(tōng)過(guò)直(zhí)接(jiē)靜(jìng)態對比而(ér)得出。所以，可(kě)以將同(tóng)樣(yàng)尺寸(cùn)規(guī)格(gé)的標準(zhǔn)樣品(pǐn)（導(dǎo)熱(rè)係數已(yǐ)知）放在導熱係(xì)數(shù)儀中，在某(mǒu)一(yī)外部(bù)條(tiáo)件下，經歷一個(gè)傳熱過(guò)程，另(lìng)外再通過測量(liáng)冷熱板的(dí)表(biǎo)麵溫(wēn)度，就(jiù)可(kě)根據(jù)測(cè)量結(jié)果(guǒ)的比較而得到(dào)被測導熱係數(shù)儀(yí)的測量(liáng)準確度。

　　3.1 校準(zhǔn)條(tiáo)件(jiàn)

　　校準(zhǔn)導熱(rè)係數儀(yí)用(yòng)的(dí)主(zhǔ)要(yào)標(biāo)準(zhǔn)器有導(dǎo)熱係(xì)數標準參(cān)比(bǐ)板和精(jīng)密(mì)表麵(miàn)溫度(dù)計。其中導(dǎo)熱(rè)係(xì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)參比板由國家(jiā)建材研(yán)究(jiū)院(yuàn)研製，這是一(yī)種通過(guò)多台(tái)精密導熱係數(shù)儀(yí)比(bǐ)對定(dìng)值(zhí)的已(yǐ)經(jīng)通過國(guó)家審核認(rèn)可(kě)的(dí)標準樣品，使用溫(wēn)度範圍(wéi)在（270～373）K之(zhī)內，具有(yǒu)很(hěn)高(gāo)的(dí)可靠(kào)性和穩定性，測(cè)量不確定度2.5%（95%置(zhì)信概(gài)率時(shí)）。它的(dí)標(biāo)準導熱係數值通(tōng)過(guò)以(yǐ)下公(gōng)式得(dé)到(dào)：

　　（3）

　　式(shì)中：T——導(dǎo)熱係數(shù)參比(bǐ)板(bǎn)的(dí)平(píng)均(jūn)溫(wēn)度(dù)，K;

　　λ標——由導(dǎo)熱(rè)係(xì)數(shù)參比板(bǎn)得到的(dí)參考(kǎo)導熱係數(shù)值，

　　精密(mì)表麵溫度(dù)計，測量範圍（0~100）℃，測量(liáng)準確度±1.2℃，用(yòng)來測(cè)量平板(bǎn)表麵(miàn)溫(wēn)度，它(tā)應有(yǒu)（0～100）℃之間整十度(dù)溫(wēn)度點修正(zhèng)值(zhí)。

　　另外，對(duì)尺(chǐ)寸(cùn)的測量采用遊(yóu)標卡尺(chǐ)，測(cè)量範(fàn)圍（0~300）mm，測量(liáng)準(zhǔn)確度(dù)±0.04mm，用(yòng)來(lái)測(cè)量標準參(cān)比(bǐ)板的厚度。

　　3.2基本示(shì)值誤差(chà)的校準(zhǔn)方法(fǎ)

　　測(cè)試前先(xiān)將(jiāng)導熱係(xì)數參比板在(zài)105℃±5℃的烘(hōng)箱中(zhōng)烘(hōng)幹48小時(shí)，再在(zài)濕(shī)度(dù)低(dī)於(yú)30%RH的(dí)幹(gān)燥(zào)櫃(guì)中冷卻(què)至(zhì)室溫，再用(yòng)遊標卡尺測量(liáng)參比板的厚(hòu)度(dù)。將導(dǎo)熱(rè)係數儀接入穩壓(yā)電(diàn)源，在測量(liáng)過程中(zhōng)電源電壓(yā)的波(bō)動(dòng)應在±10%以內。

　　將(jiāng)導(dǎo)熱(rè)係(xì)數儀(yí)的(dí)電(diàn)源(yuán)開啟(qǐ)，如(rú)果是自動控(kòng)製(zhì)類(lèi)型的導(dǎo)熱(rè)係數儀(yí)同(tóng)時(shí)也將控製(zhì)軟件(jiàn)開啟。充(chōng)分預(yù)熱(rè)後(hòu)將導(dǎo)熱(rè)係數標(biāo)準(zhǔn)參比(bǐ)板(bǎn)放入導(dǎo)熱係(xì)數儀測(cè)試腔中，再將精密表(biǎo)麵(miàn)溫度計(jì)分別放入(rù)加熱板和參(cān)比板之(zhī)間(jiān)以及參比(bǐ)板和冷(lěng)板之間(jiān)，感溫(wēn)頭(tóu)應(yīng)貼(tiē)附在參比板表麵(miàn)上，放置位置(zhì)位於參比板(bǎn)的中心。自(zì)動(dòng)壓緊裝(zhuāng)置的啟動(dòng)壓緊裝置，手(shǒu)動(dòng)壓緊的(dí)上緊(jǐn)裝(zhuāng)置將參(cān)比板壓(yā)緊，壓緊(jǐn)程度以使(shǐ)參比(bǐ)板和(hé)冷熱(rè)板緊密(mì)接(jiē)觸為宜(yí)。

　　設置(zhì)好測(cè)試(shì)時(shí)的熱板(bǎn)溫度(dù)，冷板溫(wēn)度(dù)和(hé)試(shì)樣厚(hòu)度(dù)，啟動導(dǎo)熱係(xì)數儀(yí)進(jìn)行(háng)測試(shì)，當(dāng)溫度(dù)和傳熱達到穩定(dìng)平衡時，測量(liáng)此時的(dí)表麵溫度(dù)計(jì)讀(dú)數(shù)，讀取熱板和冷(lěng)板(bǎn)的4個表麵溫度t1，t2，t3和t4（單位℃）。之(zhī)後每間(jiān)隔10min讀(dú)一次數，共讀取十次數據(jù)，分(fēn)別計算(suàn)其(qí)平均(jūn)值 ， ， ， ，求(qiú)出參比板平均(jūn)溫度(dù)T。

　　or （4）

　　式中： ， ， ， 分別(bié)是(shì)構成一維傳熱的一對(duì)傳熱板(bǎn)表麵溫度(dù)，℃;

　　， ， ， 分別是表麵(miàn)溫度計在該溫度(dù)下的修(xiū)正值，℃。

　　求出參比板的平(píng)均(jūn)溫(wēn)度(dù)後，代入式(shì)（3）可(kě)以(yǐ)計算得到各參比板的參考導熱(rè)係數值λ標(biāo)。

　　3.3 基(jī)本(běn)示(shì)值(zhí)誤(wù)差計(jì)算

　　導(dǎo)熱係數(shù)儀(yí)的(dí)溫度基本(běn)示(shì)值誤差(chà)為(wéi)：

　　（5）

　　式(shì)中，Δt——被(bèi)校(xiào)儀(yí)器的表(biǎo)麵溫(wēn)度測量(liáng)誤差，℃;

　　td——被校儀器(qì)讀(dú)取的(dí)該(gāi)表麵溫(wēn)度示值(zhí)平均值，℃

　　t標——精(jīng)密(mì)表麵(miàn)溫(wēn)度計(jì)讀取(qǔ)的溫度示(shì)值平均(jūn)值，℃

　　te——表麵溫度計(jì)在(zài)實際溫(wēn)度下的修(xiū)正(zhèng)值，℃。

　　導熱係(xì)數(shù)儀(yí)的導熱(rè)係(xì)數(shù)基(jī)本(běn)誤差按下(xià)式計算：

　　（6）

　　式中(zhōng)：Δλ——為導熱係(xì)數儀的導熱(rè)係數(shù)基本誤(wù)差， ;

　　λd——為導熱係數儀所測量得(dé)到的導(dǎo)熱(rè)係數值(zhí)， ;

　　λ標1——由*塊導熱(rè)係數(shù)參比板得(dé)到的(dí)參(cān)考導(dǎo)熱係(xì)數值，由(yóu)式（3）計算得(dé)到(dào)， ;

　　λ標2——由第二(èr)塊導熱係(xì)數(shù)參比板(bǎn)得到的(dí)參考導熱係數值，對於單試(shì)件導熱係數儀，λ標(biāo)2=λ標(biāo)1， ;

　　Δλ的zui後結果應按照(zhào)數據(jù)修(xiū)約規(guī)則(zé)化整(zhěng)到與導熱(rè)係數儀的(dí)分辨力(lì)一致(zhì)。

　　導(dǎo)熱(rè)係(xì)數(shù)儀校準(zhǔn)的測量不確定度實際由兩部(bù)分(fēn)組成：導(dǎo)熱(rè)係數(shù)參比(bǐ)板計算(suàn)的不(bù)確定度和溫度(dù)測量(liáng)的不(bù)確定(dìng)度。通過(guò)溫(wēn)度基(jī)本示值誤差(chà)和導熱係(xì)數(shù)基本示值(zhí)誤差(chà)的校(xiào)準(zhǔn)，我們(mén)可以得(dé)到(dào)該(gāi)導熱係(xì)數(shù)儀的綜合測量(liáng)準確度，提高導(dǎo)熱係數儀對(duì)材料熱(rè)物(wù)性測(cè)量(liáng)的可靠性和準確(què)度。通過對(duì)導熱係數(shù)儀的(dí)計量表麵溫度(dù)的測(cè)量(liáng)，對於導(dǎo)熱係數儀我(wǒ)們可以更(gēng)加方便，準(zhǔn)確(què)的(dí)測量其導(dǎo)熱(rè)係數基(jī)本(běn)誤差，達(dá)到(dào)校準的(dí)目的。