[发明专利]一种非稳态平行热线导热系数测试仪及其试验方法

说明书

本发明公开了热线导热系数测试仪，包括试验炉体、试样、热线、加热引线、组合式示差热电偶、热线电压测量系统，第一块试样上表面设有热线槽和设在热线槽一侧的第一平行槽，热线设在热线槽内，第一平行槽内设有测温热电偶，设在第一块上面的第二块试样上表面设有参比热电偶，温差热电偶和参比热电偶构成示差热电偶；热线槽另一侧所设的第二平行槽内设有测温热电偶，设在第一块上面的第二块试样上表面设有与第二平行槽内的测温热电偶相对应的参比热电偶，温差热电偶和参比热电偶构成示差热电偶。所述试验方法包括a.试样及制备b、试样及热线单元的安装：c.参数录入d.运行e.结果的运算与处理。测试精度由现行的10%提高到3%。

技术领域

本发明专利属于材料的测试技术类，涉及测试固体材料非稳态热线法导热系数的测定，特别是一种非稳态平行热线导热系数测试仪及其试验方法。

背景技术

导热系数是衡量材料热物理性质的重要参数，也是热工计算与各种工业炉设计所需的重要性能指标之一。测量导热系数的方法较多，针对不同的材料，不同的应用目的，材料的导热系数范围、制备试样的样品几何形状、测试条件（温度、气氛等）、数据所需的精确度、测量周期及所需费用等一系列因素的影响。非稳态热线法是测试耐火材料导热系数最成熟的方法之一。

现行国家标准GB/T 5990-2006《耐火材料导热系数试验方法（热线法）》将ISO标准ISO 8894-1:1987（十字热线法）与ISO 8894-2:1990（平行热线法）汇总修改采用，已在国内推广二十余年。平行线法是目前使用最广范的一种试验方法。

平行热线法：将一根直径不大于0.5mm，长度约为200mm的热线（纯铂丝），设置在一块试样上表面沿长度方向预先加工的1.0mm×1.0mm×230mm通槽（热线槽）中部，在热线两端，距试样端面15mm处，分别焊接有与热线同材质直径不大于热线的纯铂丝测压引线，通过与热线槽成V字形延伸出试样两端面的1.0mm×1.0mm的测压槽引出试样，用于测量热线电压V，同时，在热线两端焊接有一根或多根与热线同材质纯铂丝的加热引线，其截面积之和大于热线的截面，该加热引线与热线、热线加热器和电流表构成热线加热回路；在热线槽的一侧约15mm处，开设一平行于热线槽的1.0mm×1.0mm的平行槽，在平行槽中部设置有铂-铂铑-铂一个焊点（测温热电偶），用于测试试样温度。铂铑丝通过平行槽引出试样，在已设置热线、加热引线、测温热电偶的试样上表面放置另一块试样（第二块试样），将铂-铂铑-铂示差热电偶的另一个焊点设置在第二块试样上表面处，该焊接点用于测试试样上表面温度，称为参比热电偶（或称反接热电偶），纯铂丝均引出试样，测温热电偶与参比热电偶构成了示差热电偶。在参比热电偶上可以放置与试样同材质的上盖板。热线、加热引线、示差热电偶称之为热线单元，均通过其支架或导管引出到炉体外与其相应的热线加热器和测量单元连接。热线与测压引线和电压表构成测压回路，示差热电偶及其引线与温度时间记录仪构成测温回路。

众所周知，耐火材料是由同一或不同材质，同一或不同粒径组成的，颗粒和周围基质间，存在间隙或空洞。在平行热线法中，给热线施加恒定功率后，通过距热线一定距离处温度的变化，按照导热逆问题原理，反推，求得耐火材料的导热系数，这就是，平行热线法的模型或根本机理。从宏观而已，耐火材料可以看作是有颗粒和基质组成的均质体，但从微观或局部来看耐火材料并不是均质体，特别是，颗粒极限较大的耐火材料、空隙较多的隔热耐火，在局部更不是均质体。加之，颗粒和或基质分布的随机性较强，局部非均质现象更加凸显。在平行热线法中的测温热电偶，是由金属丝线焊接而成，其焊点一般为球形，其直径一般为线径的1倍到2倍。平行热线法用的铂-铂铑丝直径，常见的为0.5mm和0.3mm，对于0.5mm的丝，焊点直径一般为0.8-0.5mm，0.3mm的丝，焊点直径一般为0.5-0.3mm。一般烧成致密耐火材料，是由3-1mm的粗颗粒，1-0.5mm的中颗粒，0.088mm细粉，添加结合剂后搅拌，压制、高温烧结而成。气孔大于45%耐火材料为隔热材料，由聚苯乙烯球与耐火细粉混合、成型、烧结而成的隔热耐火材料，内含大量直径约1.0mm的球形空格，木屑与耐火细粉混合烧结而成的隔热耐火材料，内含大量局部很不均质的空隙和空洞。