[发明专利]测量和比较不同材料的导热和导热率的组件及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用热方法测试或者分析材料的方法测试材料热传导的 装置及其使用方法，更具体的是指一种用于测量、比较并进一步研究不同 材料的热流、导热和导热率的组件及其使用方法。

背景技术

在对工业产品的生产工艺的更新或者实验过程中涉及的功能材料的 研究和开发过程中，需要对材料中的热流、导热和导热率进行准确的测量、 比较并进一步为研究提供数据支持，但是这种测试的准确性一直不能够满 足工程的需要，究其原因是由于没有合适的测量组件。

在现有的技术中，材料的导热以及导热率的测试方法一般可以分为 两大类：稳态法和非稳态法。稳态法，即试样内的温度分布是不随时间而 变化的稳态温度场，当试样达到热平衡后，借助测量试样每单位面积的热 流速率和温度梯度，就可以直接测定试样的导热率。非稳态法，试样内的 温度分布是随着时间而变化的非稳态温度场，借助测量试样的温度变化速 率，测定试样的热扩散系数，而无需测量热流速率，再通过已有的计算公 式也可以得到导热率。

研究表明非稳态法与稳态法测量材料的导热以及导热率具有同样的 测试精度，因此利用非稳态法与稳态法测量材料的导热以及导热率的发展 都非常迅速。

图1中就显示了一种现有的简单近似稳态法测试不同材料导热以及 导热率的方法。在该测试方法中采用两个或者更多形状、尺寸相同的但由 不同材料制成的杆状体a，它们的同一端被夹持在一起，同时在所有杆状 体a相同的位置上贴有小片的蜡烛b。一旦利用火焰加热这些杆状体的一 端，热量就会由杆状体a的加热端传递到另一端，这种热传导的速率并不 是由火焰决定的而是由杆状体a材料的导热率决定的。在实验过程中，当 特定位置的蜡烛b吸收了足够的热量，其就会融化并从杆状体上掉下来。 不同位置上的蜡烛b融化掉落的不同时间就表示了杆状体a材料的导热 率。

但是这种测量方法具有如下几个明显的缺点：

(1)首先，需要某一外力使得几片蜡贴在杆状体的指定位置上；

(2)其次，为了很好的控制测试，在不同杆状体上贴上的蜡烛的形 状以及位置均应该完全相同，但是这在实践应用中却是很难达到；

(3)这项测试过程中使用的火焰对一些比较小的学生并不适合，另 外火焰对于诸如塑料，木头等材料会造成损坏，因此这种测试仅仅适用于 金属导热率的测试；

(4)另外进行这项测试的时间也相当长，特别是当被测材料具有非 常差的导热率时将导致需要非常长的时间使得蜡烛融化并从杆状体上掉 落。

(5)再次，杆状体将因为周围包围的空气而失去热量，因此延长整 个测试的时间的同时可能导致整个实验出现错误，蜡烛在整个测试过程中 甚至可能不会从杆状体上掉落下来；

(6)最后，由于这种测试方法不够准确，因此对于比较导热率相近 的材料的导热能力将非常困难。

基于上述这种测试方法的缺陷，人们提出了其它更有效的测试方法， 例如公开号为CN201281694，名称为“材料导热系数测定装置”的中国发 明专利就公开了一种材料导热率测定装置，其设置一个器壁及底部覆有保 温材料且上部开口的容器，所述容器用管道与一个蒸汽发生器相连，容器的 开口处放置被测材料的样块，样块的上部放置冰块，冰块上罩有保温杯，本发 明在稳态平衡条件下被测样品传递的热量全部用于冰的溶解，通过测出T 时间内冰的溶解质量M来测量样品所传递的热量，然后再根据相应的公式 就可计算出导热率。

同样的，上述中国发明专利公开的技术方案中同样采用了近似稳态 法的方法，但是其仍然没有避免测试时间过长，测试并不稳定等现有技术 的缺点。

本发明正是基于上述现有技术的缺陷，提供了一种不易受到外界影 响，能够准确测量不同材料导热率并进行有效比较的组件，该测量组件不 会损坏被测材料，同时能够保证测量人员的安全，不会对测量人员产生任 何影响。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种不易受外界影响，能够准确测量不 同材料的热流、导热以及导热率并进行有效比较和研究的组件，该测量组 件不会损坏被测材料，同时能够保证测量人员的安全，不会对测量人员产 生任何影响。

同时，本发明还提供了一种采用本发明的测量组件进行测量的方法， 使得采用这种方法的进行测量的结果更加精确。

为了实现上述的发明目的，本发明采用如下的技术方案：