闪光法测热导率

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。 2. 了解一种测定 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 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 ， 若定义： ， ，则可以得到： 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 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，找到“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，并在曲线上找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，并在曲线上找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 软件开发合同注意事项软件销售合同注意事项电梯维保合同注意事项软件销售合同注意事项员工离职注意事项 ： 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 -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 -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 思考题， 实验感想， 疑问与建议： 1. 闪光法实验中， 对实验曲线为什么必须做散热修正？ 请考虑如何进行散热修正并写出进行散热修正的具体做法和公式。 散热修正必须进行的原因是， 当样品受光侧将热量向背侧传导的同时， 背侧向外界散发热量， 这会导致背侧热电偶测得的温度值并非准确地表达了由受光侧传导而来的热量， 这与实验前提中假设的“样品与外界环境绝热”不符。 为了使实验结果准确， 就必须对这以测量值进行散热修正。 根据实验中， 微机处理系统对温升曲线的修正来看， 散热修正的方法应当是将可能的散热值加回到实际的测量曲线上， 使其更加符合“与外界绝热”的条件假设。 具体修正计算如下 根据Newton冷却定律， 当系统与环境之间的温差不太大时（约5℃左右），系统向周围散失的热量与系统和环境之间的温度差及时间成正比，其数学表达式为：dT/dt=k(T-T0), T0为环境温度 那么， 微小时间内的温度损失约为dQ2=MK(T-T0)dt， M为系统的热容， 那么， 在每时间内考虑同时从受光侧传来的热量， 则可以得到： dT=dQ/m=[Qin]-(T-T0)Kdt 利用该公式， 反向对测量结果进行补偿， 便起到的散热修正的效果。 2. 闪光法中， 在脉冲光启动的一瞬间， 测量者从温升曲线上会看到在其起始部分出现一个小峰或谷， 试 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 其原因。 由于氙气灯的工作原理是利用高压电脉冲来激发氙气气体， 使其发光。 在通电的瞬间， 通过氙气灯的强电流脉冲会产生一个电磁波脉冲， 这个电磁波脉冲被温度检测和转换电路捕捉到， 形成了明显的背景噪声干扰， 出现在温升曲线上， 而这个脉冲的方向是不定的， 因而曲线上波峰和波谷都有可能出现。 3. 实验感想与建议 在实验中发现， 实验设备各部件均裸露在空气中， 并且非常容易受到外界的噪声干扰而造成测量结果的不准确， 如果将整个实验（样品和闪光灯部件）置于一个较独立的容器内， 应当可以起到减少噪声干扰的作用。 原始记录及图表粘贴处：（见附页）