1. 概述
1.1. 本儀器符合標準JGJ51-2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》,JG158-2004《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)》;GB/T 26000《膨脹?;⒅楸馗魺嵘皾{》。
適用于保溫材料、混凝土材料,塑料,橡膠等材料的熱分析檢測。其特點是:操作簡單、準確度高、試驗速度快(一次試驗15分鐘左右),在一次試驗中可同時測出材料的導(dǎo)熱系數(shù),蓄熱系數(shù),導(dǎo)溫系數(shù)和比熱,廣泛應(yīng)用在高等院校,科研單位,質(zhì)檢部門和生產(chǎn)廠的材料分析檢測。
1.2. 導(dǎo)熱率K是材料本身的固有性能參數(shù),用于描述材料的導(dǎo)熱能力,又稱為熱導(dǎo)率,單位為W/mK。這個特性跟材料本身的大小、形狀、厚度都是沒有關(guān)系的,只是跟材料本身的成分有關(guān)系。不同成分的導(dǎo)熱率差異較大,導(dǎo)致由不同成分構(gòu)成的物料的導(dǎo)熱率差異較大。單粒物料的導(dǎo)熱性能好于堆積物料。1.3. 導(dǎo)熱率(熱導(dǎo)率)是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量,它不僅是評價材料的熱學(xué)特性的依據(jù),而且是材料在應(yīng)用時的一個設(shè)計依據(jù),在加熱器 、散熱器、傳熱管道設(shè)計、房屋設(shè)計等工程實踐中都要涉及這個參數(shù)。因為材料的熱導(dǎo)率不僅隨溫度、壓力變化,而且材料的雜質(zhì)含量。結(jié)構(gòu)變化都會明顯影響熱導(dǎo)率的數(shù)值,所以在科學(xué)實驗和工程技術(shù)中對材料的熱導(dǎo)率常用實驗的方法測定。
1.4. 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱與非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱
1.4.1. 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱:導(dǎo)入物體的熱流量等于導(dǎo)出物體的熱流量,物體內(nèi)部各點溫度不隨時間而變化的導(dǎo)熱過程。例如熱流發(fā)、防護熱平板法、熱流計法等。
1.4.2. 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱:導(dǎo)入和導(dǎo)出物體的熱流量不相等,物體內(nèi)任意一點的溫度和熱含量隨時間而變化的導(dǎo)熱過程,也稱為瞬態(tài)導(dǎo)熱過程。例如熱線法、熱帶法、閃光法、瞬態(tài)平面熱源法、TDJG51-II型非穩(wěn)態(tài)法導(dǎo)熱儀等。
1.5. 導(dǎo)熱系數(shù)概念
1.5.1. 導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側(cè)表面的溫差為1度(K,°C),在1秒內(nèi),通過1平方米面積傳遞的熱量,用λ表示,單位為w/mk。
1.5.2. 導(dǎo)熱系數(shù)與材料的組成結(jié)構(gòu)、密度、含水率、溫度等因素有關(guān)。非晶體結(jié)構(gòu)、密度較低的材料,導(dǎo)熱系數(shù)較小。材料的含水率、溫度較低時,導(dǎo)熱系數(shù)較小。
1.5.3. 通常把導(dǎo)熱系數(shù)較低的材料稱為保溫材料(我國國家標準規(guī)定,凡平均溫度不高于350℃時導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.12w/mk的材料稱為保溫材料),而把導(dǎo)熱系數(shù)在0.05w/mk以下的材料稱為高效保溫材料。
2. 技術(shù)參數(shù)
2.1. 應(yīng)用范圍:用于測定干燥或不同含濕狀況下勻質(zhì)板狀、膠狀、粉未狀、顆粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)、蓄熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)和比熱。被測材料導(dǎo)熱系數(shù)范圍在0.035~1.7w/m.k,蓄熱系數(shù)范圍0.1-30W/m2K。
2.2. 試樣大?。?/span>
2.3. 薄試件一塊20×20×(1.5~3)cm
2.4. 厚試件兩塊20×20×(4~10)cm
2.5. 電源220V,50HZ。
2.6. 工作條件:
2.7. ①環(huán)境溫度:10~35℃
2.8. ②相對濕度:≤80%
2.9. 測量結(jié)果的準確度:±3%
2.10. 計算機自動測試、數(shù)據(jù)打印輸出。
3. 基本原理
3.1. TDJG51-II型導(dǎo)熱系數(shù)測定儀是以非穩(wěn)定導(dǎo)熱原理為基礎(chǔ),在實驗材料中短時間加熱,使實驗材料的溫度發(fā)生變化,根據(jù)其變化的特點,通過導(dǎo)熱微分方程的解,便可計算出試驗材料的導(dǎo)熱系數(shù)、蓄熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)、比熱容和熱惰性指標D值。
4. 儀器裝置
4.1. 根據(jù)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱原理建立的導(dǎo)熱系數(shù)試驗裝置是由直流加熱電源、測溫儀表及一個面加熱器和放置在加熱器兩側(cè)相同材料的三塊試件及測溫熱電偶組成。儀器裝置共分三部分。
4.2. 試件部份:包括試件,試件臺及夾具。為便于放置熱電偶及加熱器,試件分成三塊、二塊厚、一塊薄,試件之間夾以熱電偶與加熱器,并用夾具固緊(如圖)。
4.3. 加熱系統(tǒng):采用硅膠加熱器,用3645A型直流電源作為加熱源。
4.4. 溫度測量系統(tǒng):溫度測量采用直徑為0.1mm的銅一康銅熱電偶。
5. 使用方法
5.1. 對試件的要求
5.1.1. 試件三塊為一組,其中兩塊厚,一塊薄。厚試件和薄試件厚度比應(yīng)為3:1,通常試件尺寸為:
薄試件一塊200×200×(10~20)mm,放置在中間。
厚試件兩塊200×200×(30~60)mm,放置在上,下位置。
若知材料導(dǎo)溫系數(shù)時,薄試件厚度可按下列數(shù)值選用:
材料的導(dǎo)溫系數(shù): 薄試件的厚度:
a(m2/h) δ(mm)
≤1×10-3 15~20
≥1×10-3 20~30
5.1.2. 一組試件必須為同一配比,其容重差應(yīng)小于5%
5.1.3. 試件兩表面應(yīng)平行,且厚度應(yīng)均勻。薄試件平面度應(yīng)小于試件厚度的1%。各試件的接觸面應(yīng)平整且結(jié)合緊密
5.1.4. 粉狀材料用圍框的辦法按上述要求處理
5.1.5. 考慮材料的不均勻性,每種材料應(yīng)取樣3~5組。
5.2. 試件的預(yù)處理
5.2.1. 測量干燥條件下蓄熱和導(dǎo)熱系數(shù)時,試件應(yīng)根據(jù)材料本身的技術(shù)規(guī)定在不同溫度條件下進行干燥處理至恒重
5.2.2. 測量不同含濕狀況下的熱特性時,應(yīng)將干燥試件培養(yǎng)至所需濕度后,放在密閉容器兩天以上,再進行測試,要求一組試件的濕度差小于或等于1%。
5.2.3. 測試前的準備工作
5.2.3.1. 稱三塊試件的重量、測量其尺寸,計算出密度
5.2.3.2. 將試件放在試件臺上,按上圖所示放置樣品、加熱板、和熱電偶。先放置一塊厚試樣,然后放置硅膠加熱板,再放置加熱面熱電偶,再放置一塊薄試樣,再放置測量面熱電偶,再放置一塊厚試樣;然后用夾具將三塊試件夾緊。對于受壓易變形的試件,應(yīng)采取措施,防止試件變形。注意:熱電偶應(yīng)放置在試樣中心位置。
5.3. 計算機控制操作
5.3.1. 合上儀器電源開關(guān),打開程序,點擊“測試”,檢查通信是否正常,最大電壓為36V,最大電流為3A,最大功率為108w,加熱面溫度和測量面溫度與溫度儀表一致,然后點擊“停止”,點擊“進入”進入測試界面。
5.3.2. 當試樣上,下溫度穩(wěn)定后,點擊“溫差調(diào)零”。使薄試樣上下表面溫差基本為“0”。
5.3.3. 在軟件右上角,根據(jù)經(jīng)驗值輸入電源輸出電壓值(如果沒有經(jīng)驗值的,可預(yù)先輸入12~20V電壓,測試一次樣品,觀察測量面溫升是否大于1℃,如果測量面溫升低于1℃,則下次測試時必須增加電源輸出電壓直到測量面溫升大于1℃實驗才能成功,最大不超過36V),輸入試樣容重和厚度。點擊“確認”按鈕。
5.3.4. 點擊“參數(shù)設(shè)置”,電腦顯示參數(shù)設(shè)置界面,可設(shè)置加熱時間(一般為240~360S)和降溫時間(一般為240~360S),測量面最小溫升為1℃,其他參數(shù)可默認,參數(shù)設(shè)置完成后點擊“隱藏”,注意:參數(shù)一旦配置好,不需要經(jīng)常修改。同一參數(shù)條件下測試出來的結(jié)果根據(jù)可比性。
5.3.5. 點擊“開始測試”。電腦判斷樣品是否穩(wěn)定,當樣品穩(wěn)定后自動啟動直流電源加熱,同時開始加熱計時,電腦判斷試樣能否在規(guī)定時間達到規(guī)定溫升(測量面溫升要1℃),如不能達到,程序提示“加熱板電壓設(shè)置過低,測試已終止,請重新設(shè)置”,這時要取出試樣,等待樣品完全冷卻后,按上述方法重新設(shè)置電源電壓進行測試。當?shù)竭_設(shè)定加熱時間后,電腦顯示加熱時間、測量面溫度、加熱面溫升;同時關(guān)閉電源輸出,開始降溫計時,到達設(shè)定降溫時間后,電腦顯示加熱面過余溫度和降溫時間,同時計算樣品的導(dǎo)熱系數(shù)值,比熱值,蓄熱系數(shù)值,導(dǎo)溫系數(shù)值和熱惰性指標D值。
注意 1:設(shè)置的加熱電壓必須保證測量面(即試樣上表面)在加熱時間內(nèi)溫升大于1℃,同時保證加熱面(即試樣下表面)溫升小于80℃。如果直流電源輸出為36V時仍不能使薄試樣上表面溫升超過1℃時,請減小薄試樣的厚度或增加加熱時間。
5.3.6. 測試完成后,程序自動生成測試報表,進入EXCEL界面,點擊“文件”菜單下面“另存為”可保存到指定位置即可。
5.4. 儀器系統(tǒng)標定
5.4.1. 如儀器沒標定,要用已知導(dǎo)熱系數(shù)值的參考樣進行標定,方法是:將三塊已知導(dǎo)熱系數(shù)的參考試樣按上述方法放置好,按上述測試方法進行測試,當顯示結(jié)果數(shù)據(jù)后,點擊“設(shè)備標定”,程序左上角顯示標定界面,這時輸入標樣導(dǎo)熱系數(shù)值(如是泡沫板,請在標樣參考值后面的文本框中輸入0.027w/mk),再點擊“計算”,“隱藏”即可。當完全降溫后,再按照剛才設(shè)置的電壓測試一次參考樣品,檢查結(jié)果是否與導(dǎo)熱系數(shù)參考值基本相同。
5.5. 計算
5.5.1. 試件容重按下式計算:
ρ=g/v (kg/m3)
式中:g—試件重量(kg)
v—試件體積(m3)
5.5.2. 試件的重量含水率:
式中: g1—干試件重量(kg)
g2—濕試件重量(kg)
5.5.3. 材料的導(dǎo)溫系數(shù),導(dǎo)熱系數(shù)及比分別按下列幾式計算:
5.5.4. 函數(shù)B(y)值:
5.5.5. 導(dǎo)溫系數(shù):
5.5.6. 導(dǎo)熱系數(shù):
5.5.7. 比熱:
5.5.8. 熱阻:
5.5.9. 蓄熱系數(shù):S =SQRT(2*π入ρC1)----(W/m2.k)
5.5.10. 熱惰性指標D值:D=S*R(無單位)
6. 注意事項
6.1. 熟悉儀器各附件設(shè)備的使用說明;
6.2. 當外電源波動較大時,應(yīng)進行二次穩(wěn)壓;
6.3. 定期用標樣進行標定,保證測試精度
6.4. 開機時請先打開儀器電源,再啟動程序,關(guān)機時請先退出程序再關(guān)閉儀器電源
6.5. 軸承部分請涂抹潤滑油
表1 函數(shù)B(y)表
y2 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
0.0 0.1 0.2 0.3
0.4 0.5 0.6 0.7
0.8 0.9 1.0 1.1
1.2 1.3 1.4 1.5
1.6 1.7 1.8 1.9 2.0
| 1..0000 0.6879 0.4010 0.3151
0.2543 0.2089 0.1735 0.1456
0.1230 0.1044 0.08908 0.07631
0.06562 0.05657 0.04890 0.04238
0.03680 0.03201 0.02790 0.02435 0.02128
| 0.8327 0.5203 0.3908 0.3081
0.2492 0.2049 0.1704 0.1431
0.1210 0.1027 0.08770 0.07516
0.06464 0.05575 0.04820 0.04179
0.03629 0.03157 0.02752 0.02402 — | 0.7693 0.5037 0.3810 0.3014
0.2442 0.2010 0.1674 0.1407
0.1190 0.1011 0.08634 0.07403
0.06368 0.05494 0.04751 0.04120
0.03578 0.03114 0.02715 0.02370 — | 0.7229 0.4881 0.3716 0.2948
0.2394 0.1973 0.1645 0.1383
0.1170 0.09949 0.08501 0.07292
0.06274 0.05414 0.04684 0.04062
0.03528 0.03072 0..02678 0.02338 — | 0.6852 0.4736 0.3625 0.2885
0.2347 0.1937 0.1616 0.1369
0.1151 0.09791 0.08370 0.07181
0.06181 0.05335 0.04617 0.04004
0.03479 0.03030 0.02642 0.02307 — | 0.6253 0.4599 0.3539 0.2824
0.2301 0.1902 0.1588 0.1337
0.1132 0.09645 0.08241 0.07073
0.06090 0.05258 0.04552 0.03948
0.03431 0.02988 0.02606 0.02276 — | 0.6253 0.4469 0.3455 0.2764
0.2256 0.1867 0.1561 0.1315
0.1114 0.09491 0.08115 0.06967
0.06000 0.05182 0.04487 0.03893
0.03384 0.02947 0.02570 0.02246 — | 0.6002 0.4346 0.3365 0.2707
0.2213 0.1833 0.1534 0.1293
0.1096 0.09340 0.07991 0.06863
0.05912 0.05107 0.04423 0.03839
0.03337 0.02907 0.02535 0.02216 — | 0.5777 0.4229 0.3298 0.2651
0.2170 0.1800 0.1507 0.1271
0.1078 0.09129 0.07869 0.06761
0.05826 0.05033 0.04360 0.03785
0.03291 0.02867 0.02501 0.02186 — | 0.5700 0.4117 0.3223 0.2596
0.2129 0.1767 0.1481 0.1250
0.1061 0.09048 0.07749 0.06660
0.05741 0.04961 0.04298 0.03732
0.03246 0.02828 0.02468 0.02157 — |
B(y)
7. 產(chǎn)品成套一覽表
序號 | 品名及規(guī)格 | 單位 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 主機 | 臺 | 1 | |
2 | 3645程控電源說明書 | 本 | 1 | |
3 | 使用說明書 | 本 | 1 | |
4 | 溫度測量儀使用說明書 | 本 | 1 | |
5 | RS485轉(zhuǎn)RS232串口 | 個 | 2 | |
6 | RS232轉(zhuǎn)USB轉(zhuǎn)接線 | 根 | 1 | |
7 | 產(chǎn)品合格證 | 份 | 1 | |
8 | 參考板 | 塊 | 3 | |
9 | 測溫熱電偶 | 根 | 2 | |
10 | 通信線 | 根 | 1 |
8. 附圖