ICS 17.200.20 A 42 DB51 四 川 省 地 方 标 准 DB51/T 2434—2017 材料热导率和热扩散系数的瞬态测量—脉冲法 2017 - 12 - 20 发布 四川省质量技术监督局 2018 - 01 - 01 实施 发 布 DB51/T 2434—2017 目 次 前 言 ............................................................................... II 引 言 .............................................................................. III 1 范围 .............................................................................. 1 2 规范性引用文件 .................................................................... 1 3 术语和定义 ........................................................................ 1 4 基本原理 .......................................................................... 2 5 测量装置 .......................................................................... 3 6 测量系统 .......................................................................... 4 7 测量 .............................................................................. 5 8 绝干材料导热系数和热扩散系数的测量 ................................................ 8 9 测量报告 .......................................................................... 8 附录 A（规范性附录） 关于 B(y)函数的求解 ............................................ 10 附录 B（规范性附录） 操作系统和数据处理 ............................................. 12 参考文献 ............................................................................ 13 I DB51/T 2434—2017 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009 规定的规则起草。 本标准由四川省经济和信息化委员会提出并归口。 本标准由四川省质量技术监督局批准发布。 本标准起草单位：西南科技大学。 本标准参加起草单位：西南应用磁学研究所，深圳欣旺达股份有限公司 本标准主要起草人：陈昭栋、陈丕、霍冀川、黄鹤燕、郭宝刚、易勇、王哲、陈立、陈芬、罗浩。 II DB51/T 2434—2017 引 言 材料热物性的测量有稳态法和瞬态法之分。基于平衡态热力学理论的测量方法，称为稳态法。目前， 国内外一般都采用稳态法测量材料的热导率。基于传热学理论的测量方法，称为瞬态法。它是在温度变 化的过程中进行测量的，能同时测量材料的热导率、热扩散系数。在已知材料的密度时，可以计算材料 的定压比热容，在已知热作用周期时，也能计算材料的蓄热系数。 III DB51/T 2434—2017 材料热导率和热扩散系数的瞬态测量-脉冲法 1 范围 本标准规范了采用平面热源，以恒定热流强度脉冲加热，瞬态测量固体材料热导率和热扩散系数的 基本原理、计算公式、试件制备、测量装置、测量系统、操作系统和数据处理、测量操作要点以及测量 结果的表达等方面的内容。 本标准适合用于含湿状态或绝干状态下,在室温附近，测量保温绝热材料、导热材料等固体板材的 热导率和热扩散系数，测试范围分别为0.01 W·m-1·K-1 ＜λ＜500 W·m-1·K-1 和5×10-8 m2·s-1 ≤ α ≤ 10-4 m2·s-1。 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，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 32064-2015 建筑用材料导热系数和热扩散系数瞬态平面热源测试法 GB/T 10294-2008 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定-防护热板法 GB/T 4132-1996 绝热材料及相关术语 GJB 1485-92 材料物理性能测量方法的精密度、准确度和不确定度 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 材料的热物性 thermal properties of materials 包含材料的热导率 λ （即导热系数），热扩散系数 a （即导温系数）,定压比热容 c p 和蓄热系数 S 等，为材料热物理性质的统称，简称材料的热物性。 3.2 瞬态测量 transient measurement 根据传热学理论，在加热升温，或停止加热后的降温过程中，快速完成热测量，且测量系统无需实 现或保持热平衡状态的一种测量方法。 3.3 脉冲法 pulse method 1 DB51/T 2434—2017 材料热物性的一种瞬态测量方法。指平面热源用恒定热流强度，在均匀无限大介质中，从0 – τ 的 脉冲加热时间内，造成一定的温度升高。由于介质的传热，在温度降低的变化过程中，实现热物性测量 的一种方法。 3.4 均匀和无限大 uniform and infinite 均匀，指待测试件具有足够的尺度，从这个尺度看材料是均匀的；无限大，实际上只要求在热测量 的时间内，热流前锋尚未达到待测试件边界的情况。 3.5 热扩散系数 thermal diffusion coefficient 待测材料的热导率与密度和定压比热容的积的比值。表示材料的温度扩散性质，也称为导温系数。 注：单位采用秒分之米平方 m2·s-1。 3.6 热导率 thermal conductivity 热流强度与温度梯度比值的负值。负号反映能量从高温向低温方向传递。表示材料的导热性质，也 称导热系数。 注：单位采用米开尔文分之瓦 W·m-1·K-1。 3.7 定压比热容 specifik heat capacity at constant preessure 在保持压力不变的条件下，单位质量的物体，温度升高1K，所需要供给的能量。表示材料吸收（或 放出）能量与温度变化的比值。定压比热容： c = λ ，式中， ρ 为材料的密度。 p ρa 注：单位采用等千克开尔文分之余焦尔 J ⋅ kg −1 ⋅ K −1 。 3.8 蓄热系数 heat storage conffcient 一定厚度的单一材料层，一侧受到谐波热作用时，表面温度将按同一周期波动，定义表面上的热流 波幅与表面温度波幅之比为蓄热系数S，表示材料的蓄热能力。反映周期热作用下，材料表面温度升高 2 （或降低）1℃时，1秒内，1m2表面积贮存（或释放）的热量。可以证明： S = 0.04178 λ 。式中，Th 为 Th a 热作用周期，单位s。 注：单位采用米平方开尔文分之瓦 W·m-1·K-1。 4 基本原理 本测量方法以一维半无限大传热模型的精确解，以及平面热源用恒定热流强度脉冲加热测量装置 后，获得的热源表面降温过程的规律，导出 B ( y ) 函数的测量表达式。然后用温升（或降）随时间变化 2 DB51/T 2434—2017 的测量数据，计算 B ( y ) 函数的测量值，再用此值代入 B ( y ) 函数的定义式，反解出y函数的数值，实现 对材料热物理性质的测量。 5 测量装置 5.1 脉冲法瞬态测量装置的布置如图 1 所示。 X l/m 辅件 2 d/m 温差电偶 2 主试件 温差电偶 1 Z D/m 0 平面热源 辅件 1 图1 脉冲法测量装置的布置示意图 三块试件重叠放置。放置方式如图 1 所示：辅件 1 置底，主试件、辅件 1 之间有平面热源。主试 件与平面热源上表面之间安置温差电偶 1。温差电偶 1 的测温点，位于主试件下表面中央，测量热面(0,y,z) 的温度变化；主试件、辅件 2 之间，安置温差电偶 2。温差电偶 2 的测温点，位于主试件上表面中央， 测量冷面 ( x, y, z ) 的温度变化。 5.2 5.2.1 平面热源 平面热源置于 (0、y、z ) 平面，为测量装置的加热元件。 5.2.2 主试件的面积应等于或大于平面热源的面积，主试件应该全覆盖平面热源的有效发热面。 5.2.3 平面热源的模型为理想平面，没有厚度和质量。实际的平面热源（也称加热片），一般要求其 厚度小于 0.2 mm，发热体电阻在 36 Ω 左右。发热体电阻随温度的变化极小。 5.2.4 加热测量时，加热片的发热在持续时间上恒定，在空间分布上均匀。 5.2.5 选择适当的加热电流，控制测量装置的升温速度。加热之初，升温速度可以达到每秒几度的量 级，且随加热的进行而减小。热测量结束时的升温速度应在 0.1 K·s-1 左右。 5.3 5.3.1 5.3.2 测温元件 测温元件采用热惯性小，响应灵敏的特制温差电偶。 特制的温差电偶 1 和温差电偶 2，采用 0.05 mm 的、经标定后的金属丝和合金丝加工而成。 3 DB51/T 2434—2017 5.3.3 5.3.4 6 要求温差电偶的接点牢固，可靠。保护层的厚度控制在 3 - 6 μm 且坚固，耐摩擦。 温差电偶的测量精度为 0.1 K，适用温度范围：-40 - 200℃。 测量系统 6.1 测量系统的构成 脉冲法瞬态测量系统的结构框图，如图2所示。它由直流稳流电源，测量装置，测温元件，温度采 集模块，中央处理器，输入、输出、显示及打印设备等部分组成。 打印 测量装置 测温元件 采温模块 精密可调直流稳流电源 图2 6.2 显示