基于DISLab温度传感器的导热系数测定-论文.pdf

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1、第27卷第4期大学物理实验Vo1．27No．42014年8月PHYSICALEXPERIMENT0FCOLLEGEAug．2014文章编号：1007—2934(2014)04—0094．03基于DISLab温度传感器的导热系数测定易志俊，陈伟，李娜，刘文秀才，贺飞，于海，宗徽，丁益民(1．湖北大学，湖北武汉430062；2．武汉市第四中学，湖北武汉430034)摘要：对采用热电偶测量导热系数的实验进行改进，利用DISLab温度传感器测金属盘达到平衡的温度和散热盘的温度，解决了传统的导热系数测定时误差

2、较大的问题。实验表明，该实验操作简单，精度高，具有明显的优势。关键词：DISLab；温度传感器；导热系数中图分类号：04—34文献标志码：A导热系数是描述材料传递热性能的一个重要有⋯AT(2)参数。在房屋设计、锅炉等工程技术中都要涉及到这个参数。材料的导热系数常常需要通过实验单纯散热时候比有热源时散热多一个面，所来具体测定。这些方法可以归并为两类基本方以需对散热面积S做修正，最终有法：一类是稳态法，另一类是动态法。用稳态法(RpA=mc丽+2hp)hB1ATI(3)时，实验室中传统的方法是采用热电偶

3、来测定温式中：P为散热盘，B为导热盘，R为半径，h为厚度，由于是手工的操作，产生的误差较大。为序了解决这个问题，文章中引入DISLab温度传感器，用来测定加热金属盘和散热金属盘的温度，这样不仅能实时、自动地记录温度，还能通过2实验装置与步骤计算机对实验数据直接进行拟合，从而方便、精确实验装置见图1。地测出不良导体的导热系数。1基本原理加当温度不同的两个物体接触，或物体内部各待处温度不均匀时，就会发生热传递现象，物体的热散传递满足傅里叶导热方程。根据傅里叶导热方程，在物体内部，取两个垂直于热传递方向，

4、彼此问相距为，J，温度分别为，的平行平面(设>)，若平面面积均为5，在△时间内通过面积．s的热量△Q满足下述表达式J：图1实验装置：AS(1)△th(1)测量导热盘、散热盘的半径和厚度，测量式中，稳态法测导热系数：当散热面散热速率等于散热盘的质量；吸热面吸热速率时，。、会达到稳定；收稿日期：2014—03-26基金项目：全国大学生创新训练项目基金(201210512022)通讯联系人基于DISLab温度传感器的导热系数测定(2)准备好TC．3型导热系数测定仪，打开第二阶段：稳定。有两点值得注意：其一

5、是该DISLab软件，将温度传感器与数据采集器和计算该过程具有两个稳定状态，当加热功率从3档换到机连接好，将温度传感器探针插入原热电偶插孔；1档，平衡温度降低，经过约50min到达下一个稳(3)打开TC一3型导热系数测定仪电源开关，定态，该结果符合热力学规律；另外一点是T的稳加热按钮打到“3”；在软件显示界面打开数据表定是动态的，有小幅度的锯齿形波动，具体原因有格，设定采集格式为“自动”，间隔为“5s”，采样条待探究，截取其中400组数据单独见图3。件“不使用”，点击“开始”，约40min后加热打向

6、第三阶段：冷却。直接对P盘加热后散热，发“1”，继续采集；现散热盘比加热盘散热曲线更陡峭，说明其散热(4)注意观察数据变化，当、均不再向速率更快，符合其散热面积更大的事实。一个方向单一变化即达到稳定时(约30min)，取将得到的散热数据单独处理，得到P盘散热下导热盘，对散热盘P加热，使升高15。，然时温度随时间的变化曲线。对图线拟合处理，得后移开加热盘A，断开导热系数测定仪电源，继续到拟合度较高的方程。如下：采集数据，散热约20min后点击“结束”(5)对得到的数据进行拟合处理，求出的散热速率，带入

7、公式，求出结果，计算误差。(6)分析比较实验的优劣。3数据处理与结果分析3．1图像分析将整个实验过程的数据点做成图像，见图2。图4平衡温度值附近散热的二次拟合f图像图2实验过程中f图像图5高平衡温度附近散热的一次拟合f图像图3较高平衡温度时的T1一t图像从图2中可以看到实验过程中完整的温度随时间变化的情况，将其分为三个阶段分析。第一阶段：加热。开始加热后，，平稳上升，大概30min时达到稳定，再经过约30min达到稳定。图6低平衡温度附近散热的一次拟合f图像基于DISLab温度传感器的导热系数测定由

8、图4可以看出：当截取数据在平衡温度附式(3)，得到A分别为0．122649、0．113703，与标准近时，曲线二次拟合度达0．999583。表明散热时值0．15的相对误差分别为18．2％、24．2％，远高于温度对时间成二次关系。传统实验由于采集数据二次拟合的结果。点较少，近似为一次关系处理，也有用数学方法处理的_4j。图5、图6是按照传统方法，分别取4结论两个平衡温度附近的数据，进行一次拟合的图像结果，得到其拟合度分别为0．998840、0．997952，实验借助DI