1. 導(dǎo)熱(rè)係(xì)數(shù)儀原(yuán)理(lǐ)和(hé)特(tè)點(diǎn)
導熱(rè)係數(shù)儀(yí)是一(yī)種基於傅(fù)立(lì)葉導熱(rè)定(dìng)律(lǜ)而(ér)進行(háng)材料導熱係數測(cè)量的儀器，在(zài)導(dǎo)熱過程中(zhōng)，單(dān)位(wèi)時(shí)間內通(tōng)過給定(dìng)截麵的熱量，與該(gāi)截麵的麵積和(hé)垂直(zhí)於該(gāi)截麵方(fāng)向(xiàng)的溫度梯度(dù)成正比，在一維穩態(tài)導熱(rè)時，其數學表達為(wéi)：
（1）
經過(guò)積分(fēn)換算(suàn)，公(gōng)式(shì)（1）可(kě)以(yǐ)推(tuī)導(dǎo)出(chū)
（2）
其中(zhōng)， ——為被(bèi)測材料(liào)的導熱(rè)係數， ;
Q——為通過被測(cè)材料試樣(yàng)的傳(chuán)熱量(liáng)，W;
h——為被(bèi)測材料試(shì)樣的厚度，m;
A——為(wéi)計量板的麵積(jī)，㎡;
——為(wéi)被(bèi)測(cè)材(cái)料(liào)試樣(yàng)高溫傳熱麵的(dí)平均(jūn)溫度，℃;
——為被(bèi)測材料(liào)試(shì)樣(yàng)低溫傳熱(rè)麵的(dí)平(píng)均(jūn)溫(wēn)度，℃
這個公式成立(lì)有3個(gè)前(qián)提條(tiáo)件：
（1）傳(chuán)熱(rè)是一維(wéi)傳熱，側麵(miàn)沒有(yǒu)熱傳(chuán)遞(dì)或(huò)熱(rè)損失(shī);
（2）被(bèi)測(cè)材料(liào)具有(yǒu)各(gè)向(xiàng)同性或垂直導熱截(jié)麵(miàn)上有相(xiāng)同的(dí)熱物(wù)性(xìng);
（3）溫差是被測(cè)材(cái)料(liào)兩個傳熱麵上溫度的(dí)差值。但是，在實(shí)際中測量由於儀器設備和測(cè)量(liáng)手(shǒu)段(duàn)的(dí)約束，往(wǎng)往(wǎng)無法理想的滿足這三個(gè)條(tiáo)件，隻能使之(zhī)產生(shēng)的影響zui小化(huà)。例如(rú)使(shǐ)被(bèi)測材(cái)料材質(zhì)盡量(liáng)均(jūn)匀(yún)，在(zài)側(cè)麵增加(jiā)絕熱(rè)板，減小側(cè)麵熱損(sǔn)失(shī)，在盡量(liáng)靠近熱板(bǎn)表麵處埋(mái)設溫(wēn)度傳感(gǎn)器，減小(xiǎo)接觸熱(rè)阻等。
所以(yǐ)，實際應(yīng)用中的導熱係數(shù)儀通常(cháng)由計量加熱單(dān)元(yuán)，冷板(bǎn)單元(yuán)，防護單(dān)元，控(kòng)製係統，測(cè)量係統，壓(yā)緊係(xì)統和製(zhì)冷(lěng)機構(gòu)組成。裝(zhuāng)置主(zhǔ)要結構如圖1所示。
3. 校準方(fāng)法
通過以(yǐ)上原(yuán)理(lǐ)可(kě)以(yǐ)得知，穩態法(fǎ)測量(liáng)導熱係數的困難主要在(zài)於(yú)相關參(cān)量(liáng)的(dí)準確獲得。由(yóu)於導(dǎo)熱係數是標誌一(yī)個過程(chéng)（傳熱）的性(xìng)質的熱物(wù)性(xìng)參數.因此(cǐ)不(bù)可能通(tōng)過直接靜態(tài)對比而得出。所以，可以將同(tóng)樣尺寸規(guī)格的(dí)標準(zhǔn)樣(yàng)品（導(dǎo)熱係(xì)數已知）放在(zài)導熱係數儀(yí)中(zhōng)，在某(mǒu)一(yī)外部(bù)條件(jiàn)下，經(jīng)歷一個傳(chuán)熱過程，另外再通(tōng)過測量冷熱板的表麵(miàn)溫度，就(jiù)可(kě)根(gēn)據測量(liáng)結果的比較(jiào)而得(dé)到(dào)被(bèi)測(cè)導(dǎo)熱(rè)係數儀的測量準確(què)度。
3.1 校(xiào)準條件
校準導熱(rè)係(xì)數儀(yí)用的(dí)主(zhǔ)要(yào)標(biāo)準器有(yǒu)導熱係數(shù)標準參(cān)比板和精密(mì)表麵溫(wēn)度計。其中(zhōng)導(dǎo)熱(rè)係數標準參比(bǐ)板由國家(jiā)建材研(yán)究(jiū)院(yuàn)研(yán)製，這是一種(zhǒng)通過(guò)多(duō)台(tái)精密導熱(rè)係數儀(yí)比對(duì)定值的已經通(tōng)過國(guó)家審(shěn)核認(rèn)可(kě)的標準樣品(pǐn)，使用(yòng)溫度範圍(wéi)在（270～373）K之(zhī)內，具有很高的可靠性(xìng)和穩定性(xìng)，測(cè)量(liáng)不確定(dìng)度(dù)2.5%（95%置信(xìn)概(gài)率(shuài)時(shí)）。它的(dí)標(biāo)準導(dǎo)熱係數(shù)值(zhí)通過以(yǐ)下公式得(dé)到：
（3）
式中(zhōng)：T——導(dǎo)熱係(xì)數參比(bǐ)板(bǎn)的平均溫(wēn)度，K;
λ標——由(yóu)導(dǎo)熱(rè)係數(shù)參比板得到的(dí)參(cān)考(kǎo)導(dǎo)熱係數值，
精密表麵溫度計(jì)，測(cè)量(liáng)範(fàn)圍（0~100）℃，測(cè)量準確(què)度±1.2℃，用來測(cè)量(liáng)平(píng)板表麵(miàn)溫(wēn)度，它應(yīng)有(yǒu)（0～100）℃之(zhī)間整十度(dù)溫(wēn)度點修(xiū)正值。
另外(wài)，對(duì)尺寸(cùn)的測量采(cǎi)用(yòng)遊(yóu)標卡尺(chǐ)，測量範圍（0~300）mm，測(cè)量(liáng)準(zhǔn)確度(dù)±0.04mm，用來測量標準參比板(bǎn)的厚度。
3.2基本(běn)示值誤差的校(xiào)準(zhǔn)方法
測(cè)試前先(xiān)將(jiāng)導(dǎo)熱係數參(cān)比板(bǎn)在105℃±5℃的(dí)烘箱中(zhōng)烘(hōng)幹(gān)48小時(shí)，再在(zài)濕度低於30%RH的幹燥櫃中冷(lěng)卻至室(shì)溫，再(zài)用遊標卡(qiǎ)尺測量參比板的厚度(dù)。將(jiāng)導(dǎo)熱(rè)係數(shù)儀(yí)接(jiē)入穩壓電(diàn)源，在(zài)測量(liáng)過程中(zhōng)電源電壓(yā)的波動應在(zài)±10%以內。
將導熱係數儀(yí)的電(diàn)源(yuán)開啟(qǐ)，如果是自動控(kòng)製類型的導熱(rè)係數儀(yí)同(tóng)時也將(jiāng)控(kòng)製軟件開(kāi)啟(qǐ)。充分預(yù)熱(rè)後(hòu)將導熱係數標(biāo)準(zhǔn)參(cān)比(bǐ)板放入導熱係數(shù)儀(yí)測(cè)試(shì)腔中(zhōng)，再(zài)將精密表(biǎo)麵(miàn)溫(wēn)度(dù)計分(fēn)別放入(rù)加(jiā)熱板和參比板(bǎn)之間以(yǐ)及參比板和冷板之間，感(gǎn)溫(wēn)頭(tóu)應(yīng)貼附(fù)在參比(bǐ)板(bǎn)表麵上，放置位置(zhì)位於參(cān)比(bǐ)板(bǎn)的中心。自(zì)動壓緊(jǐn)裝置的(dí)啟動壓緊(jǐn)裝置(zhì)，手動壓(yā)緊(jǐn)的上(shàng)緊(jǐn)裝(zhuāng)置將參(cān)比板(bǎn)壓緊，壓緊程度以使參(cān)比板和(hé)冷(lěng)熱(rè)板緊(jǐn)密接(jiē)觸(chù)為宜。
設(shè)置好測(cè)試(shì)時的(dí)熱板溫(wēn)度(dù)，冷(lěng)板(bǎn)溫度和(hé)試(shì)樣(yàng)厚度，啟(qǐ)動(dòng)導熱係數儀(yí)進行(háng)測試(shì)，當溫度和傳熱(rè)達(dá)到穩(wěn)定平(píng)衡時(shí)，測(cè)量(liáng)此時(shí)的表(biǎo)麵溫(wēn)度計讀數，讀(dú)取(qǔ)熱(rè)板和冷板的(dí)4個表(biǎo)麵溫度t1，t2，t3和(hé)t4（單(dān)位(wèi)℃）。之(zhī)後每(měi)間隔(gé)10min讀(dú)一次數，共(gòng)讀(dú)取十(shí)次數據(jù)，分(fēn)別計算其平(píng)均值(zhí) ， ， ， ，求(qiú)出(chū)參比(bǐ)板(bǎn)平(píng)均(jūn)溫度(dù)T。
or （4）
式(shì)中(zhōng)： ， ， ， 分(fēn)別(bié)是(shì)構成一維傳熱的(dí)一(yī)對傳熱(rè)板表麵溫(wēn)度(dù)，℃;
， ， ， 分別是表麵(miàn)溫度(dù)計(jì)在(zài)該(gāi)溫度(dù)下(xià)的(dí)修(xiū)正值(zhí)，℃。
求出(chū)參(cān)比板(bǎn)的平(píng)均溫度後(hòu)，代入式(shì)（3）可以(yǐ)計(jì)算得(dé)到各參比板(bǎn)的參考導熱係數值(zhí)λ標。
3.3 基本示(shì)值誤差計算
導熱係數儀的(dí)溫度(dù)基(jī)本示(shì)值(zhí)誤(wù)差(chà)為：
（5）
式中，Δt——被校儀(yí)器的(dí)表麵(miàn)溫(wēn)度(dù)測量誤差，℃;
td——被校儀器(qì)讀(dú)取(qǔ)的該(gāi)表(biǎo)麵(miàn)溫度(dù)示值平均值(zhí)，℃
t標(biāo)——精(jīng)密(mì)表麵溫度計讀(dú)取(qǔ)的溫(wēn)度(dù)示值(zhí)平(píng)均(jūn)值(zhí)，℃
te——表(biǎo)麵溫度(dù)計在(zài)實(shí)際(jì)溫度下的(dí)修正(zhèng)值(zhí)，℃。
導熱係數儀的(dí)導(dǎo)熱(rè)係數基(jī)本(běn)誤差(chà)按下式計算(suàn)：
（6）
式中：Δλ——為(wéi)導熱係(xì)數儀的導熱係(xì)數(shù)基本(běn)誤差， ;
λd——為(wéi)導熱係數(shù)儀所(suǒ)測(cè)量得到(dào)的導(dǎo)熱係數(shù)值， ;
λ標(biāo)1——由*塊(kuài)導熱(rè)係數參(cān)比板得到的參(cān)考導(dǎo)熱係(xì)數值(zhí)，由式(shì)（3）計算(suàn)得(dé)到(dào)， ;
λ標2——由(yóu)第二塊導(dǎo)熱(rè)係(xì)數參(cān)比板(bǎn)得(dé)到(dào)的(dí)參(cān)考導(dǎo)熱係數值(zhí)，對(duì)於單試件導熱係(xì)數(shù)儀(yí)，λ標(biāo)2=λ標1， ;
Δλ的zui後(hòu)結果應按(àn)照(zhào)數據(jù)修約規(guī)則化整到(dào)與導熱係(xì)數儀(yí)的(dí)分辨力(lì)一致(zhì)。
導熱係數儀(yí)校準的測量(liáng)不確定度實(shí)際由(yóu)兩部(bù)分(fēn)組(zǔ)成：導熱係(xì)數(shù)參比板計算的不(bù)確定度(dù)和溫度(dù)測(cè)量的不確定度。通過溫度基本示值(zhí)誤差(chà)和(hé)導(dǎo)熱(rè)係數基(jī)本示值誤(wù)差的(dí)校(xiào)準(zhǔn)，我們(mén)可(kě)以(yǐ)得(dé)到(dào)該(gāi)導熱(rè)係數(shù)儀的綜合測(cè)量(liáng)準確度，提(tí)高導熱(rè)係數(shù)儀(yí)對材(cái)料(liào)熱物性測量(liáng)的可(kě)靠(kào)性(xìng)和準(zhǔn)確度。通(tōng)過對導(dǎo)熱係(xì)數儀的(dí)計(jì)量表(biǎo)麵溫(wēn)度的測量(liáng)，對(duì)於(yú)導熱(rè)係數(shù)儀(yí)我們可(kě)以更(gēng)加方便，準(zhǔn)確(què)的(dí)測(cè)量其(qí)導(dǎo)熱係數基(jī)本誤(wù)差，達(dá)到校準的目的。
