[发明专利]瞬态法测量材料导热系数及热扩散系数的方法

说明书

本发明公开的瞬态法测量材料导热系数及热扩散系数的方法，包括以下步骤：步骤1，准备材料相同的试材Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，并以试材Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ的次序由下至上依次叠置，然后在试材Ⅰ与试材Ⅲ之间放置一块均匀的平面加热片；步骤2，在试材Ⅰ的上、下表面的中间位置分别安装第一、第二测温热电偶，在试材Ⅱ的上表面的中间位置安装第三测温热电偶，在试材Ⅲ的下表面的中间位置安装第四测温热电偶；步骤S3，采用对称加热面方法计算平面热源的热流密度；步骤S4，根据非稳态导热过程的基本理论进行计算；步骤S5，分别测定τ_i时刻x＝0处，与τ_j时刻x＝x₁处的温升；步骤S6，计算热扩散系数a和导热系数λ；本发明测量简单方便、测量量少。

技术领域

本发明涉及固体材料热物性参数测试技术领域，尤其涉及一种瞬态法测量材料导热系数及热扩散系数的方法。

背景技术

随着我国对节能及能源利用率的日益重视，材料热物性及其测试方法方面的研究方兴未艾。固体材料热物性测试总体上分为稳态法和非稳态法，稳态法测试由于所需时间长、测试环境要求高，而不能适应现代科技迅速发展的需求，非稳态法应运而生并因为其具有快速、准确、可实现多参数测量的优势而得到了更为广泛的应用。

例如中国专利申请号CN201010201486.7、CN201410415796.7、CN200710064386.2、CN200910076426.4、CN201610378618.0等分别公开了导热系数及热扩散率的测量方法或装置，但以上测量方法或装置所涉及的测量方法存在测量工序多而复杂，测量量大等缺点。

为此，申请人进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有的导热系数及热扩散系数的测量方法存在的问题，而提供一种测量简单方便、测量量少的瞬态法测量材料导热系数及热扩散系数的方法。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

瞬态法测量材料导热系数及热扩散系数的方法，包括以下步骤：

步骤1，准备材料相同的试材Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，其厚度分别为x₁、δ和x₁+δ，并以试材Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ的次序由下至上依次叠置，然后在试材Ⅰ与试材Ⅲ之间放置一块均匀的平面加热片；

步骤2，在试材Ⅰ的上、下表面的中间位置分别安装第一、第二测温热电偶，在试材Ⅱ的上表面的中间位置安装第三测温热电偶，在试材Ⅲ的下表面的中间位置安装第四测温热电偶，所述第一、第二测温热电偶用以测量试材Ⅰ的上、下表面的温度t₂和t₁，所述第三测温热电偶用以测量试材Ⅱ的上表面的温度t₃，所述第四测温热电偶用以测量试材Ⅲ的下表面的温度t₄；

步骤S3，采用对称加热面方法，计算平面热源的热流密度q₀，

式中，U为稳压电源电压，R为加热片电阻，F为加热片面积；

步骤S4，根据非稳态导热过程的基本理论，在初始温度t₀分布均匀的半无限大的物体中，从τ＝0起，半无限大的物体表面受均匀分布的平面热源q₀的作用，在常物性条件下，离表面x处的温升θ_x,τ＝t_x,τ-t₀为：

式中，λ和a为试材导热系数和热扩散率，τ为时间，ierfcξ代表变量ξ的高斯误差补函数的一次积分；