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GB/T10297—2015

非金属固体材料导热系数的测定

热线法

1范围

本标准适用于导热系数小于2W/(m·K)的各向同性均质非金属固体材料导热系数的测定。

本标准不适用于导电的非金属材料(如碳化硅)。

本标准方法作为稳态法的补充方法,适用于企业质量控制等场合,不适用于鉴定或仲裁试验。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其必威体育精装版版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T4132绝热材料及相关术语

3术语和定义

GB/T4132界定的术语和定义适用于本文件。

4原理

热线法是测定材料导热系数的一种非稳态方法。其原理是在匀温的各向同性均质试样中放置一根电阻丝,即所谓的“热线”,当热线以恒定功率放热时,热线和其附近试样的温度将会随时间升高。根据其温度随时间变化的关系,可确定试样的导热系数。由于热线与试样的热容量不同,以恒定功率对热丝加热时,热丝不是以恒定功率放热,其放热功率亦不等于加热功率,造成测量误差。对于轻质绝热材料,这项误差不能忽视,本标准中按假定热线线性升温的简化方法进行修正。

5仪器

5.1测定装置

常用的热线法测定装置如图1和图2所示。A、B点距试样边缘的距离应不小于5mm。距测温热电偶的距离应不小于60mm。

5.2电源

稳定的直流(或交流)稳流(或稳压)电源。其输出值的变化应小于0.5%。

5.3功率测量仪表

测量加热功率的误差应小于0.5%。

5.4测温仪表

测量热线温升仪表的分辨率不应低于0.02K(对于K型热电偶相当于1μV),其时间常数应小于2s。

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说明:

1—补偿器;

2—记录仪;

3—试样;

4—热电偶测量端;

5—电源;

6—电压表;

7—电流表。

图1带补偿器的测定电路示意图

单位为毫米

说明:

2—记录仪;

3—试样;

4—热电偶测量端1;

5—电源;

6—电压表;

7—电流表;

8—热电偶测量端2。

图2带差接热电偶的测定电路示意图

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5.5测量探头

5.5.1测量探头由热线和焊在其上的热电偶组成见图3。为消除加热电流对热电偶输出的干扰,热电偶用单根“+”(或“-”)极线与热线焊接,热电偶接点与热线之间的距离约为0.3mm~0.5mm。

说明:

3—试样;

9—热电偶“A”;

10—热丝;

11—热电偶。

图3测量探头及其布置

5.5.2热线由低电阻温度系数的合金材料(如NiCr丝)制成,其直径不应大于0.35mm。热线在测量过程中,其电阻值随温度的变化不应大于0.5%。

5.5.3热电偶丝的材质为NiCr-NiSi,其直径宜尽可能小,不应大于热线直径。热电偶丝与热线之间的夹角α不大于45°,引出线走向与热线保持平行。热电偶制成后,需应经退火处理,否则需应重新标定其热电势与温度的关系。

5.5.4电压引出线应采用与热线相同的材料,其直径应宜尽可能小。

5.6热电偶冷端温度补偿器

补偿器的漂移不应大于1μV/(K·min)。在无补偿器的情况下,可借助热电偶2同热电偶1的差接起补偿器的作用(见图2)。

5.7标定

测定装置组成后,应用经防护热板法测定导热系数的各向同性均质试样进行标定。标定结果应满足第9章要求。

6试样

6.1取样

试样取自同批产品。

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6.2试样的制备和尺寸

6.2.1块状材料

6.2.1.1试样为两块尺寸不小于40mm×80mm×114mm的互相叠合的长方体(见图4)或为两块横断面直径不小于80mm,长度不小于114mm的半圆柱体叠合成的圆柱体。

6.2.1.2试样互相叠合的平面应平整,其不平度应小于0.2%,且不大于0.3mm。以保证热线与试样及试样的两平面贴合良好。

6.2.1.3对于致密、坚硬的试样,需在其叠合面上铣出沟槽,用来安放测量探头。沟槽的宽度与深度必须与测量探头的热线和热电偶丝直径相适应。用从被测量试样上取下的细粉末加少量的水调成粘结剂,将测量探头嵌粘在沟槽内,以保证良好的热接触。粘好测量探头的试样,需经干燥后,