与发热盘和散热盘紧密接触。（2）在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷却端（黑色）插入杜瓦瓶中。将热电偶的热端（红色）分别插入加热盘A和散热盘P侧面的小孔中，并分别将其插入加热盘A和散热盘P的热电偶接线连接到仪器面板的传感器I、Ⅱ上。分别用专用导线将仪器机箱后部分与加热组件圆铝板上的插座间加以连接。（3）接通电源，在“温度控制"仪表上设置加温的上限温度（具体操作见附录4）。将加热选择开关由“断”打向“1～3任意一档，此时指示灯亮，当打向“3”档时，加温速度最快，如PID设置的上限温度为100°C时。当传感器I的温度读数V为4.2mV,可将开关打向2或“1"档，降低加热电压。（4）传感器I、II的读数不再上升（V，和V，的数值在10min内的变化小于0.03mV,约需40分钟，视不同的试验条件而不同）时，说明已达到稳态，每隔3分钟纪录V，和Vs的值。（5）在试验中，如需掌握利用直流电位差计，通过热电偶来测量温度的内容，可将“传感器切换”开关转至外接”，在外接”两接线柱上U36a型直流电位差计的未知端即可测量散热铜盘上热电偶在温度变化时所产生的电压差（具体操作方法见附录3）（6）测量散热盘在稳态值t,附近的散热速度率（Q）。移开铜盘A，取下橡胶盘，并使铜盘A的低面与铜盘P直接接触，当P盘的温度上升到高于稳态的V，值。根据测量值计算出散热速率Q。（二）、金属导热系数的测量（1）先将两快树脂圆环套在金属筒两端涂上导热硅脂，然后把圆柱体金属铝棒（厂家提供）置于发热圆盘之间。调节散热盘P下方的三颗螺丝，使金属圆筒与加热盘A及散热盘P紧密接触。（2）当发热盘与散热盘达到稳定的温度分布后，、t2值为金属样品上下两个面的温度，此时散热盘P的温度为t,值。因此测量P盘的冷却速度为：Ole=t由此得到导热系数为：×= mcOl-*4-12mR测t，值时可在t，、t，达到稳定时，将插在发热圆盘与散热圆盘中的热电偶取出，分别插入金属圆柱体上下两孔中进行测量。（三）、空气导热系数测量当测量空气的导热系数时，通过调节三个螺旋头，使发热圆盘与散热圆盘的距离为h，并用14
14 与发热盘和散热盘紧密接触。 （2）在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷却端（黑色）插入杜瓦瓶中。将热电偶的 热端（红色）分别插入加热盘 A 和散热盘 P 侧面的小孔中，并分别将其插入加热盘 A 和散热盘 P 的热电偶接线连接到仪器面板的传感器 I、II 上。分别用专用导线将仪器机 箱后部分与加热组件圆铝板上的插座间加以连接。 （3）接通电源，在“温度控制”仪表上设置加温的上限温度（具体操作见附录 4）。将加热选 择开关由“断”打向“1～3 任意一档，此时指示灯亮，当打向“3”档时，加温速度最快，如 PID 设置的上限温度为 100 C 时。当传感器I 的温度读数 V T 1 为 4.2mV,可将开关打向“2” 或“1”档，降低加热电压。 （4）传感器 I、II 的读数不再上升（V 1 t 和 V 2 t 的数值在 10min 内的变化小于 0.03mV,约需 40 分钟，视不同的试验条件而不同）时，说明已达到稳态，每隔 3 分钟纪录 V 1 t 和 V 2 t 的值。 （5）在试验中，如需掌握利用直流电位差计，通过热电偶来测量温度的内容，可将“传感器 切换”开关转至“外接”，在“外接”两接线柱上 UJ36a 型直流电位差计的“未知端即可测量 散热铜盘上热电偶在温度变化时所产生的电压差（具体操作方法见附录 3） （6）测量散热盘在稳态值 2 t 附近的散热速度率（ Q ）。移开铜盘 A，取下橡胶盘，并使铜 盘 A 的低面与铜盘 P 直接接触，当 P 盘的温度上升到高于稳态的 V 2 t 值。根据测量值 计算出散热速率 Q 。 （二）、金属导热系数的测量 （1）先将两快树脂圆环套在金属筒两端涂上导热硅脂，然后把圆柱体金属铝棒（厂家提供） 置于发热圆盘之间。调节散热盘 P 下方的三颗螺丝，使金属圆筒与加热盘 A 及散热盘 P 紧密接触。 （2）当发热盘与散热盘达到稳定的温度分布后， 1 2 t t 、 值为金属样品上下两个面的温度， 此时散热盘 P 的温度为 3 t 值。因此测量 P 盘的冷却速度为： 3 t t Q = 由此得到导热系数为： 3 t t mcQ = = × 1 2 t t − × 2 1 mR 测 t 3 值时可在 t 1、t 2 达到稳定时，将插在发热圆盘与散热圆盘中的热电偶取出，分别插 入金属圆柱体上下两孔中进行测量。 （三）、空气导热系数测量 当测量空气的导热系数时，通过调节三个螺旋头，使发热圆盘与散热圆盘的距离为 h，并用
塞尺进行测量（即塞尺的厚度），此距离即为待测空气层的厚度。注意：由手存在空气对流所以此距离不宜过人。2、散状物料导热系数的测量步骤（1）确认所在实验台上电压表、电流表工作量程及指针读数单位换算。（2）学会用电位差计测量热电偶信号操作要领。（3）对球体进行加热，记录球体内外表面温度对应的热电势数据，直到其热电势在10分钟内变化量小于0.03mV为止，表明加热基本达到稳定状态；（4）待加热稳定后，记录6个温度测量点数据，读表得到电压、电流数据，以后每隔5~8分钟测一次，实验中再取2次内外壳的温度，再分别取平均值：（5）改变电功率，重复以上步骤，重复3次以上，获得不同加热功率下的实验数据：（6）测试结束，关闭供电电源，待实验装置冷却确认不会产生安全问题后结束实验。3、导热电模拟实验步骤（1）接线将静电场专用稳压电源输出+（红）接线柱用红色电线连接描绘架（红）、-（黑）接线柱用黑色电线连接描绘架（黑）接线柱。专用稳压电源探针输入+（红色）接线柱用红色电线连接探针架连接线柱。将探针架好，并使探针下探头置于导电微晶电极上，启动开关，先校正，后测量。（2）测量开启测量开关，如数字显字为0V，则移动探针架至另一电极上，数字显10V，一般常用10V，便于运算。然后纵横移动探针架，则电源电压表头显示读数随着运动而变化。设定所测导热模型内外表面或内外流体的温度。并计算所要测量的等温线对应的电势值V。根据计算得到的等温线对应的电势值，测定某一电压数据相同的8～10个点，再将这些点连成光滑的曲线即可得到此等势（位）线，也即相应的等温线。在对流边界条件下，测定边界上的电势值，并依据电势与温度之间的对应关系计算得出相应的边界温度值。六、实验报告要求1、固体导热系数测定时，要求获得所提供的两种样品的导热系数测定结果，并分析实验结果；2、散状物料导热系数测定时，应当测定三个以上温度对应的导热系数值，并采用最小二乘法处理数据，获得导热系数与温度之间的关系式3、导热电模拟实验中，应分别描绘出三条等温线和边界上至少5个点的温度值（假设等温边界时内外表面温度分别为500℃和0℃；对流边界时内外热流体和冷流体的温度分别为500℃和0℃）；比较对流边界和等温边界温度分布的异同：15
15 塞尺进行测量（即塞尺的厚度），此距离即为待测空气层的厚度。注意：由于存在空气对流， 所以此距离不宜过人。 2、散状物料导热系数的测量步骤 （1）确认所在实验台上电压表、电流表工作量程及指针读数单位换算。 （2）学会用电位差计测量热电偶信号操作要领。 （3）对球体进行加热，记录球体内外表面温度对应的热电势数据，直到其热电势在 10 分 钟内变化量小于 0.03mV 为止，表明加热基本达到稳定状态； （4）待加热稳定后，记录 6 个温度测量点数据，读表得到电压、电流数据，以后每隔 5~8 分钟测一次，实验中再取 2 次内外壳的温度，再分别取平均值； （5）改变电功率，重复以上步骤，重复 3 次以上，获得不同加热功率下的实验数据； （6）测试结束，关闭供电电源，待实验装置冷却确认不会产生安全问题后结束实验。 3、 导热电模拟实验步骤 （1）接线 将静电场专用稳压电源输出+（红）接线柱用红色电线连接描绘架（红）、-（黑）接线柱用 黑色电线连接描绘架（黑）接线柱。专用稳压电源探针输入+（红色）接线柱用红色电线连 接探针架连接线柱。将探针架好，并使探针下探头置于导电微晶电极上，启动开关，先校正， 后测量。 （2）测量 开启测量开关，如数字显字为 0V，则移动探针架至另一电极上，数字显 10 V，一般常用 10V， 便于运算。然后纵横移动探针架，则电源电压表头显示读数随着运动而变化。 设定所测导热模型内外表面或内外流体的温度。并计算所要测量的等温线对应的电势值 V。 根据计算得到的等温线对应的电势值，测定某一电压数据相同的 8～10 个点，再将这些点连 成光滑的曲线即可得到此等势(位)线，也即相应的等温线。 在对流边界条件下，测定边界上的电势值，并依据电势与温度之间的对应关系计算得出相应 的边界温度值。 六、实验报告要求 1、 固体导热系数测定时，要求获得所提供的两种样品的导热系数测定结果，并分析实验结 果； 2、 散状物料导热系数测定时，应当测定三个以上温度对应的导热系数值，并采用最小二乘 法处理数据，获得导热系数与温度之间的关系式； 3、 导热电模拟实验中，应分别描绘出三条等温线和边界上至少 5 个点的温度值（假设等温 边界时内外表面温度分别为 500℃和 0℃；对流边界时内外热流体和冷流体的温度分别 为 500℃和 0℃）；比较对流边界和等温边界温度分布的异同；
4、导热电模拟实验中假设导热系数为2.0W/(m℃)，求出内外流体的对流换热系数。七、思考题1、测定固体导热系数时，该实验装置存在哪些可能产生误差的因素？如何改进？2、在判断实验过程中稳态导热时，温度的变化对实验结果有何影响？3、测定不同材料的导热系数时，所设定的温度参数应该如何调整？为什么？4、简述用球体法测量材料的导热系数的优缺点？5、如果安装内外球壳时略有偏心，导热系数的测定是否会受到影响？为什么？6、试说明悬挂在空中的实验球体，外球壳表面的换热方式？如果球壳表面有空气流动或有阳光照射，对导热系数的测量有没有影响？为什么？7、通过实验发现在第三类边界条件时，墙角附近表面温度是否相等，试分析其原因。8、模型图上的两侧面（一个垂直面，一个45°面）上各为什么边界条件？在本实验中是如何实现这一条件的模拟的？9、内球壳和外球壳为什么要用紫铜来制造？10、分析比较球表面局部对流换热系数何处大何处小？本实验是如何尽量减少这种影响的。八、实验注意事项1、放置热电偶的散热圆盘侧面的小孔应与杜瓦瓶同一侧，避免热电偶线相互交叉；2、试验中，抽出被测样品时，应先旋松加热圆筒侧面的紧定螺钉。样品取出后，小心将加热圆筒降下，使发热盘与散热盘接触，应防止高温烫伤：3、装置应放在空气温度一定的房间内，应远离热源，实验过程中避免在球体附近走动，更不能用手摸球体，以防破坏热稳定状态，避免烫伤；附录附录1、电位差计测量热电势方法1、在直流电位差计机箱底部的电池中装入电池：2、将导热系数测定仪面板上的外接”两接线柱与电位差计“未知端”之间用导线连接（注意极性）。3、将电位差计量程开关向x0.2"或"×0.2”。调节"调零”电位器，使检流计指零；4、将扳键开关推向标准”位置，调节工作电流调节R，”旋钮，使检流计指零（一般称“工作电流标准化”）；5、：将扳键开关打向未知”，调节步进测量盘和滑线盘，使检流计指零，未知电动势：E=（步进盘示值+滑线盘示值）×0.2（或1）6、在测量过程中，应经常使工作电流标准化，使测量精确。附录2、PID智能温度控制器16
16 4、 导热电模拟实验中假设导热系数为 2.0W/(m℃)，求出内外流体的对流换热系数。 七、思考题 1、 测定固体导热系数时，该实验装置存在哪些可能产生误差的因素？如何改进？ 2、 在判断实验过程中稳态导热时，温度的变化对实验结果有何影响？ 3、 测定不同材料的导热系数时，所设定的温度参数应该如何调整？为什么？ 4、 简述用球体法测量材料的导热系数的优缺点？ 5、 如果安装内外球壳时略有偏心，导热系数的测定是否会受到影响？为什么？ 6、 试说明悬挂在空中的实验球体，外球壳表面的换热方式？如果球壳表面有空气流动或有 阳光照射，对导热系数的测量有没有影响？为什么？ 7、 通过实验发现在第三类边界条件时，墙角附近表面温度是否相等，试分析其原因。 8、 模型图上的两侧面（一个垂直面，一个 45º面）上各为什么边界条件？在本实验中是如 何实现这一条件的模拟的？ 9、 内球壳和外球壳为什么要用紫铜来制造？ 10、分析比较球表面局部对流换热系数何处大何处小？本实验是如何尽量减少这种影响的。 八、实验注意事项 1、放置热电偶的散热圆盘侧面的小孔应与杜瓦瓶同一侧，避免热电偶线相互交叉； 2、试验中，抽出被测样品时，应先旋松加热圆筒侧面的紧定螺钉。样品取出后，小心将加 热圆筒降下，使发热盘与散热盘接触，应防止高温烫伤； 3、装置应放在空气温度一定的房间内，应远离热源，实验过程中避免在球体附近走动，更 不能用手摸球体，以防破坏热稳定状态，避免烫伤； 附录 附录1、电位差计测量热电势方法 1、 在直流电位差计机箱底部的电池中装入电池； 2、 将导热系数测定仪面板上的“外接”两接线柱与电位差计“未知端”之间用导线连 接（注意极性）。 3、 将电位差计量程开关向“×0.2”或“×0.2”。调节“调零”电位器，使检流计指零； 4、 将扳键开关推向“标准”位置，调节工作电流调节“ R p ”旋钮，使检流计指零（一 般称“工作电流标准化”）； 5、 将扳键开关打向“未知”，调节步进测量盘和滑线盘，使检流计指零，未知电动 势：E=（步进盘示值+滑线盘示值）×0.2（或 1） 6、 在测量过程中，应经常使工作电流标准化，使测量精确。 附录2、PID 智能温度控制器
平板导热仪上的该控制器是一种高性能、可靠好的智能型调节仪表控制器面板布置图：实测温度A温度设置设定温度SEJ<图2-7温度控制器面板布置图具体的温度设置步骤如下：（1）先按设定键（SET)。（2）按住移键（<，需要调整的住数，小数点移大到位数后面，就是需要调整的位数。（或连续按键（^）或减键（V），得到所需温度值）。（3）按加键（^）或减键（V）得到所需温度值。（4）再连续按设定键（SET)6次，直到流程结束End即可，如需要该变温度设置，只要重复以上步骤就可。操作过程可按下图进行（图中数据为出厂时设定的参数)：V000000技SET按SETOAO设定d值设定温度-Y[3Ky99O000按SET按SET?设定最高温设定P值TA人3y度2000度000按SET000o按SETA设定值OA结束设置[3KVB附录3、固体导热系数测定实验举例【例】试验时室温7.5°C，热电偶冷端温度0°C。待测样品：硬橡皮盘。直径D，=13.02cm，17
17 平板导热仪上的该控制器是一种高性能、可靠好的智能型调节仪表控制器面板布置图： 图 2-7 温度控制器面板布置图 具体的温度设置步骤如下： （1）先按设定键（SET）。 （2）按住移键（＜ ,需要调整的住数，小数点移大到位数后面，就是需要调整的位 数。（或连续按键（∧）或减键（∨），得到所需温度值）。 （3）按加键（∧）或减键（∨）得到所需温度值。 （4）再连续按设定键（SET）6 次，直到流程结束 End 即可，如需要该变温度设置， 只要重复以上步骤就可。操作过程可按下图进行（图中数据为出厂时设定的参 数）： 附录3、固体导热系数测定实验举例 【例】试验时室温 7.5 C，热电偶冷端温度 0 C。待测样品：硬橡皮盘。直径 D p =13.02cm
厚h，=0.85cm。黄铜盘质量m=1053g,c=0.09197cal·g.c-l厚h，=0.95cm。加热置于高档。20～25分钟后，改为低档，每隔5分钟读取温度示值见下表：(mV)V3.453.433.423.423.423.423.423.433.423.42T1Vr2(mV)2.412.422.432.442.442.442.452.452.452.45由于热电偶冷端温度为0°C,对一定材料的热电偶而言。当温度变化范围不太大时，其温差电动势（mV)与待测温度（°C)的值为一常数。故可知稳定之温度对应之电动势为t,=3.42mV及t,=2.45mV。测量黄铜在稳态值T，附近的散热速率时，每隔30S记录的温度示值见下表：T, (mV)2.372.572.532.492.452.41计算硬橡皮的导热系数：AT(R,+2h,)-hg1=mc1(2R+2h,)(T,-T）元R=4.7x10-*cal·s-l.cm-l.C-1=0.0020W.cm-l.C-l在计算上式中，从有效数字可知，其不确定度主要来源于冷却速率这一项，即：_(T)_ 0.022=0.13元~8T0.16故：元=0.0003W·cm-l.°C-1因此：元±^元=(0.0020±0.0003)W.cm"=(0.20±0.30)Wcm-l.°C-l（编写：周勇敏）18
18 厚 h B =0.85 cm。黄铜盘质量 m=1053g, c=0.09197cal g −1 C −1 ,厚 h p =0.95 cm。 加热置于高档。20～25 分钟后，改为低档，每隔 5 分钟读取温度示值见下表： V T 1 （mV） 3.45 3.43 3.42 3.42 3.42 3.42 3.42 3.43 3.42 3.42 V T 2 (mV) 2.41 2.42 2.43 2.44 2.44 2.44 2.45 2.45 2.45 2.45 由于热电偶冷端温度为 0 C,对一定材料的热电偶而言。当温度变化范围不太大时，其温差 电动势（mV）与待测温度（ C）的值为一常数。故可知稳定之温度对应之电动势为 t 1 =3.42mV 及 t 2 =2.45mV。 测量黄铜在稳态值 T 2 附近的散热速率时，每隔 30S 记录的温度示值见下表： T 2 （mV） 2.57 2.53 2.49 2.45 2.41 2.37 计算硬橡皮的导热系数： 2 1 2 ( 2 ) 1 (2 2 )( ) p p B p p B T R h h mc t R h T T R + = + − =4.7×10 −4 cal s −1 cm −1 1 1 1 C W cm C 0.0020 − − − = 在计算上式中，从有效数字可知，其不确定度主要来源于冷却速率这一项，即： ≈ ( ) 0.02 0.13 0.16 T T = = 故： 1 1 0.0003W cm C − − = 因此： 1 1 1 (0.0020 0.0003) (0.20 0.30) W cm W cm C − − − = = （编写：周勇敏）