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1、第27卷第1期计量学报Vol.27,12006年1月ACTAMETROLOGICASINICAJanuary2006利用瞬态热线法测量固体导热系数李丽新,刘秋菊,刘圣春,李春英,苗素君,吴本信(天津大学机械学院,天津300072)摘要:在利用瞬态热丝法测量固体与流体导热系数方法研究的基础上,对固体的导热系数进行了计算,提出了既有理论意义又包含了测量参数、既严格又简便的新表达式;分析与定量计算了模型误差、截断误差、热阻误差、热容忽视误差及测量系统的合成误差;并指出了减小误差的措施。在实验研究中,建立了试件测试台和自动化参数采集与
2、数据处理的计算机测控系统。测量结果表明,所测得的3种固体材料的导热系数值与文献参照值相差约5%。具有一定的实用价值。关键词:计量学;固体导热系数;瞬态热线法中图分类号:TB941文献标识码:A文章编号:10001158(2006)01003904TheMeasurementofThermalConductivityofSolidswithTransientHeatWireMethodLILixin,LIUQiuju,LIUShengchun,LIChunying,MIAOSujun,WUBenxin(CollegeofMecha
3、nics,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Basedonthepreviousresearchforthemeasurementofmaterialthermalconductivitywithtransientheatwiremethod,thefurtherinvestigationiscarriedout.Anewcalculationalexpressionwithexactscientificbasisandeasyforapplicationisestablished.Theerrorresul
4、tedfromthemodelsimplification,truncation,thermalresistance,negligenceofspecificheatforheatwireandthesyntheticerrorofmeasurementareanalyzedandcalculatedrespective,andhowtoreducetheerrorisalsodiscussed.Moreover,anexperimentalapparatusandacomputermeasuringsystemforautomaticcollectingparame
5、tersandprocessingdataaredeveloped.Theseresearchresultsprovidemoreusefulreferencesforapplyingthemethod.Keywords:Metrology;Solidthermalconductivity;Transientheatwiremethod[1~2]数。二十世纪80年代,文献[3]将该方法用于1引言测量流体和某些固体的导热系数。作者在上述研究的基础上,建立了实施本方法的具体装备,并在理论导热系数是各种物体最基本也是最重要的上研究了更准确、简明的导热系数计算公式和误差
6、物性参数。通常,物体的导热系数都是通过实验测的定量分析与计算,以推广本方法的实际应用。定的。按实验的导热过程宏观特性来区分,测定方法可分为两大类:稳态法和瞬态法。其中瞬态法具2测量原理有实验时间短、测定速度快、准确而且无需测量试件导热量的优点。瞬态热线法是瞬态法的一种,由于将一根直径很小的金属导线置于初温为T0的2它更快捷、准确和方便,故早在二十世纪30至60年试件物体中间,然后通电加热,其热流q=IR(I为代间就被用来测量液体及某些气体的导热系电流,R为电阻)。于是在被测试件中形成了以加热收稿日期:20040326;修回日期:20050202作者简介:李丽
7、新(1959-),女,辽宁本溪人,天津大学机械学院工程师,主要从事热工测量及计算机自动控制的研究。40计量学报2006年1月2222导线为轴心的长圆柱体瞬态温度场。该方法就是根r0C(#-2)r0r0C(4h-#)r0[ln-2h+ln++#]据导热逆(反)问题原理,利用所测得的温度值T反4a2a#4a2a#算试件的导热系数。当热扩散系数a为常数且忽(4)略热流沿加热导线的轴向传播时,该定解问题的数式中:h=2RT,RT=%H(Kr0)为单位长加热导线[5,6]与周围介质之间接触热阻[3],%学表达式为H、K分别为两块介2TT1
