闪光法测热导率
实验仪器：（注明规格和型号）
1.光学系统: 包括高压脉冲氙灯、高压脉冲电源、椭球镜、样品、样品架和氙灯的三维调微器。 2.表面温度测量系统: 表面温度测量系统包括pn结温度传感器、放大电路、试样等。 3.数据采集、处理系统: 包括微机、A/D和D/A转化卡、软件等。
实验目的：
1.测量不良导体的热导率。
血源性疫苗2.了解一种测定材料热物性能参数的方法。
3.了解热物性参数测量中的基本问题。
实验原理简述：
1.导热微分方程的建立和导出
热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换过程
为使问题简化, 假设样品为棒状, 热量沿一维传播; 在棒上取微元x→x+dx, 如图中所示. 根据Fourrier导热定律, 单位时间内流过某垂直于热流方向, 面积为A的热量, 即热流为:
其中q为热流, 表示等温面上沿温度降低方向单位时间内传递的热量; K为热导率, 表示单位时间内在单位长度上温度降低1K时, 单位面积上通过的热量;
而在Δt时间内通过截面A流入小体积元dV=Adx的热量为：
， 而小体积元升高温度ΔT所需要的热量为：
在无外界条件变化的情况下， 以上两式应当相等， 联立以上两式， 可以得到：
， 并可以由此推知热流方程：
其中D=K/cρ为热扩散率。
该热流方程的解将给出材料上各点温度随时间的变化， 解的具体形式还将取决于边界条件
2.闪光法
闪光法是给一个四周绝热、厚度为L的薄圆片试样加一脉冲的电流加热热流，在另一方面测出的温度随时间的变化关系，确定热扩散率，从而计算出材料热导率的一种测量方法。
原理图如右所示:
假设有一束能量为的脉冲光在时照射在试样表面，且并试样均匀吸收，可以认为在距离表面的微小距离内试样升温为
并且， 如果以上式为边界条件的话，得到在试样背面处温度可以表示为
且当时，达到最大，有，
诺维乔克若定义：， ，则可以得到：
汽车板材作图如右所示：
令，求得，对应的时间记为，可得热扩散率
从而有热导率
实验步骤简述：
实验仪器中的几个重要部件， 如脉冲氙气灯， 椭球反光镜的原理和结构图如上所示
1、认识和调节测量系统
A.认识测量系统卡尼丁
B.调节光学系统
C.将测温二极管与补偿二极管专用线路接入放大电路。
2、软件的使用
D.开启微机，到“闪光法测热导率”的快捷方式，双击进入主程序。
E.从主菜单中选“文件-新建”项，在当期屏幕的主窗口中新开子窗口，包括数据区和图像区。
F.选择主菜单中“数据-选项”，设置AD/DA卡参数，基本项都以设置好请不要随意改动。
G.打开主菜单中的“数据”，点击“开始采集”项，在自动触发模式下，大约2s的延迟，氙光闪光，同时出口中显示出实时采集的“温升-时间”图像。
3、样品与热导率的测量
H.将样品正面正对光源，垂直在样品加上。
I.将温度传感器接入测量电路。
J.在高压脉冲电源关闭的前提下，按下电脑键盘上的F2键，记录不加热时的升温曲线，观察由于环境温度的波动、二极管本身的热噪声等因素对测量结果的影响。 K.打开高压脉冲电源开关，当电源的电压指示设为600V时，按下F2键，氙灯闪光，电脑自动记录下样品背面的升温曲线。
L.在原始升温曲线上读出升温的最小和最大值，计算出平均值，并在曲线上到平均值所对应的时间。
M.对曲线进行散热修正，在修正曲线上读出升温的最小和最大值，计算出平均值，并在曲线上到平均值所对应的时间，记下散热常数。
N.保存实验曲线。
O.每隔10min测一次，共测三次。
P.对每一个样品选一条原始升温曲线，在达到最大升温后的曲线下降部分读取10个点，利用最小二乘法计算散热常数，并与计算机程序的计算结果比较。
Q.更换样品（实验中用到的样品有： 树脂胶布、 大理石、 瓷砖），
重复步骤（1）~（9）。
*注意事项：
A.电路及微机机壳接地要良好
B.高压脉冲电路的电源接线柱若有裸露部分， 则不能用手触摸； 使用完毕时， 先关闭“高压”开关， 然后用手动钮放电后再关闭电源开关
C.在氙气灯的驳接不正常时， 不可以按“触发”按钮， 否则会损坏电源
D.每次测量结束后， 应当等待10min再测下一次， 避免上一次的余热对本次测量造成不必要的误差影响
E.安装和调试仪器时要注意光学仪器的安全使用
F.注意保护高压电源线和数据信号线， 以免带入外界的噪声干扰
原始数据、 数据处理及误差计算：
实验中测得的数据如下, Original为原始数据, Modified为经过散热修正后的数据
Sample I |
Original |
n | Vmax | Vmin | Vmid | t1/2(s) |
1 | 0.2664 | 0.1065 | 0.1865 | 7.79 |
2 | 0.2496 | 0.0850 | 0.1673 | 7.85 |
3 | 0.2377 | 0.0845 | 0.1611 | 7.91 |
Modified |
n | Vmax | Vmin | Vmid | t1/2(s) |
1 | 0.2638 | 0.1065 | 0.1874 | 7.90 |
2 | 0.2509 | 0.0850 | 0.1680 | 7.96 |
3 | 0.2377 | 0.0846 | 0.1612 | 7.91 |
|
Sample III |
Original |
n | Vmax | Vmin | Vmid | t1/2(s) |
1 | -0.8273 | -1.0160 | 虚拟演播室 -0.9217 | 2.53 |
2 | -0.7093 | -0.8943 | -0.8018 | 2.53 |
3 | -0.7043 | -0.8916 | -0.7979 | 2.52 |
Modified |
n | Vmax | Vmin | Vmid | t1/2(s) |
| | | | |
1 | -0.8214 | 官僚政治 -1.0159 | -0.9187 | 2.64 |
2 | -0.7037 | -0.8944 | -0.7991 | 2.64 |
3 | -0.6972 | -0.8915 | -0.7944 | 2.63 |
| | | | |
其他相关的计算数据如下表:
| Sample I 树脂胶布 | Sample III 瓷砖 |
c /(J.kg-1) | 1.047 | 0.712 |
ρ/(g.cm-3) | 1.33 | 3.1 |
L/mm | 3.08 | 3.07 |
| | |
计算导热率K， 有计算公式：
对于样品I（树脂胶布）， 有
K1= 0.233804
K2= 0.232042
K3= 0.233508
Kavg= 0.233118
对于样品III（瓷砖）， 有
K1= 1.101777
K2= 1.101777
K3= 1.105967
Kavg= 1.105967
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