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文檔簡介
1、補2用準穩(wěn)態(tài)法測介質(zhì)的導熱系數(shù)和比熱熱傳導是熱傳遞三種基本方式之一。導熱系數(shù)定義為單位溫度梯度下每單位時間內(nèi)由單位面積傳遞的熱量,單位為W(m?K)。它表征物體導熱能力的大小。比熱是單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量。單位質(zhì)量的某種物質(zhì),在溫度升高(或降低)1度時所吸收(或放出)的熱量,叫做這種物質(zhì)的比熱單位為J(kgK)。測量導熱系數(shù)和比熱通常都用穩(wěn)態(tài)法,使用穩(wěn)態(tài)法要求溫度和熱流量均要穩(wěn)定,但在實際操作中要實現(xiàn)這樣的條件比較困難,因而會導致測量的重
2、復性、穩(wěn)定性、一致性較差,誤差也較大。為了克服穩(wěn)態(tài)法測量的這些弊端,本實驗使用了一種新的測量方法——準穩(wěn)態(tài)法,使用準穩(wěn)態(tài)法只要求溫差恒定和溫升速率恒定,而不必通過長時間的加熱達到穩(wěn)態(tài),就可以通過簡單的計算得到導熱系數(shù)和比熱?!緦嶒災康摹?.了解準穩(wěn)態(tài)法測量導熱系數(shù)和比熱的原理;2.學習熱電偶測量溫度的原理和使用方法;3.用準穩(wěn)態(tài)法測量不良導體的導熱系數(shù)和比熱?!緦嶒瀮x器】1.ZKYBRDR型準穩(wěn)態(tài)法比熱、導熱系數(shù)測定儀2.實驗裝置一個,
3、實驗樣品兩套(橡膠和有機玻璃,每套四塊),加熱板兩塊,熱電偶兩只,導線若干,保溫杯一個【實驗原理】1.準穩(wěn)態(tài)法測量原理考慮如圖B2-1所示的一維無限大導熱模型:一無限大不良導體平板厚度為,初始溫度為,現(xiàn)在R20t平板兩側(cè)同時施加均勻的指向中心面的熱流密度,cq則平板各處的溫度將隨加熱時間而變化。)(?xt?以試樣中心為坐標原點,上述模型的數(shù)學描述可表達如下:?????????????????????022)0(0)0()()()(txt
4、xtqxRtxxtaxtc??????式中,為材料的導熱系數(shù),為材料的密度,c為材料的比熱。ca?????可以給出此方程的解為(參見附錄):(B2-1))cos)1(2621()(222121220???????RannncexRnnRRxRRaqtxt????????????考察的解析式(B2-1)可以看到,隨加熱時間的增加,樣品各處的溫度將發(fā)生變化,)(?xt而且我們注意到式中的級數(shù)求和項由于指數(shù)衰減的原因,會隨加熱時間的增加而逐漸
5、變小,直至所占份額可以忽略不計。定量分析表明,當以后,上述級數(shù)求和項可以忽略。這時式(B2-1)可簡寫成:5.02?Ra?RRxqcqcqcqc圖B2-1理想的無限大不良導體平板2.熱電偶溫度傳感器熱電偶結(jié)構(gòu)簡單,具有較高的測量準確度,測溫范圍為-50~1600C,在溫度測量中應用極為廣泛。由A、B兩種不同的導體兩端相互緊密的連接在一起,組成一個閉合回路,如圖B2-2(a)所示。當兩接點溫度不等(TT0)時,回路中就會產(chǎn)生電動勢,從而形
6、成電流,這一現(xiàn)象稱為熱電效應,回路中產(chǎn)生的電動勢稱為熱電勢。上述兩種不同導體的組合稱為熱電偶,A、B兩種導體稱為熱電極。兩個接點,一個稱為工作端或熱端(T),測量時將它置于被測溫度場中,另一個稱為自由端或冷端(T0),一般要求測量過程中恒定在某一溫度。理論分析和實踐證明熱電偶的如下基本定律:熱電偶的熱電勢僅取決于熱電偶的材料和兩個接點的溫度,而與溫度沿熱電極的分布以及熱電極的尺寸與形狀無關(guān)(熱電極的材質(zhì)要求均勻)。在A、B材料組成的熱電
7、偶回路中接入第三導體C,只要引入的第三導體兩端溫度相同,則對回路的總熱電勢沒有影響。在實際測溫過程中,需要在回路中接入導線和測量儀表,相當于接入第三導體,常采用圖B2-2(b)或B2-2(c)的接法。熱電偶的輸出電壓與溫度并非線性關(guān)系。對于常用的熱電偶,其熱電勢與溫度的關(guān)系由熱電偶特性分度表給出。測量時,若冷端溫度為0℃,由測得的電壓,通過對應分度表,即可查得所測的溫度。若冷端溫度不為零度,則通過一定的修正,也可得到溫度值。在智能式測量
8、儀表中,將有關(guān)參數(shù)輸入計算程序,則可將測得的熱電勢直接轉(zhuǎn)換為溫度顯示。3.ZKYBRDR型準穩(wěn)態(tài)法比熱、導熱系數(shù)測定儀簡介儀器設計必須盡可能滿足理論模型。而模型中的無限大平板條件通常是無法滿足的,實驗中總是要用有限尺寸的試件來代替。但實驗表明:當試件的橫向線度大于厚度的六倍以上時,可以認為傳熱方向只在試件的厚度方向進行。為了精確地確定加熱面的熱流密度,cq利用超薄型加熱器作為熱源,其加熱功率在整個加熱面上均勻并可精確控制,加熱器本身的熱
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