电桥测试系统与导热系数计算.docx

电桥测试系统与导热系数计算A.1电桥测试系统电桥测试系统见图A.1,电源应在0V20V内调节，最大电流不超过1A。探头及其引线与电阻凡相串联，其中凡电阻值与探头及其引线的初始电阻值（兄+&）相近，且在测试过程中保持不变；电阻精确度应达到IXlO-6。数字电压表接于两元件之间，且电阻应大于探头电阻与R,电阻值之和的100倍，分辨率应达到6.5数位，是电源周期变化的整数倍。,zOR、2*?Rt,2O图A.1电桥测试系统A.2温度增值的计算探头电阻与温度增值存在式（2）关系：(2)(3)R（r）=l+T（叨根据图A.1电桥测试系统图得出电阻与电压比例关系见式（3）：/°（K+&+凡）一/。凡一丝（3二R（f）+%Z-f（r）"Rs温度增值/（，）应按式（4）计算:(4)式（2）式（4）中:Rs一探头在1时刻的电阻值，;RO一探头初始电阻值，:a一探头电阻率的温度系数，1/K；T（r）一温度增值，K；一瞬态加热初始时通过探头的电流，A：Rs一串联电阻器电阻值，;R1.一探头引线电阻值，:(r)电位在，时刻的变化量，Vo注：温度增值八丁。)由两部分相加构成，一部分为探头绝缘层温度增值AZ()，另一部分为测试过程中样品表面温度增值AT；”)。对于块状样品测试时?；(，)约等于AT")OA.3导热系数的计算块状样品的导热系数应按式(5)确定：g(*=7w)Z应按式(6)计算：氏(6)O(T)应按式(7)计算：Z)(r)=/?(/7?+l)22lZ2expf12+;V/1r-2-d(7)1.1.tM4m)2m)式(5)式(7)中：AT；()测试过程中样品表面温度增值随r变化的函数，K；Pfi一探头的输出功率，W；r一探头双螺旋结构最外层半径，mm；一样品导热系数，W(mK)；0(*一无量纲的特征时间函数；t一测试时刻，s；tc一校正时间，s；Ci一样品的热扩散系数，mm2s;m一探头双螺旋结构的总环数；一无量纲的特征时间函数的积分变量；ZpI2不大于双螺旋结构总环数的求和变量；一零阶修正贝塞尔函数。附录B（规范性附录）测试误差B.1精度8. 1.1在室温或接近室温条件下含湿多孔建筑材料常规测试中，导热系数的测试误差为2%5%。8.1.2 测试误差的确定条件：a）探头绝缘层的厚度7m40m;b）探头半径2mm30mm;c）不同测试总时间IsTOOOs下的数据采集频次。8.1.3 不确定度的计算根据实验中试件尺寸测量使用的游标卡尺最小刻度4,与试件尺寸的最大值心，可以确定试件尺寸测量中的最大不确定度为二1.（%）o2根据所使用仪器的设备厂家给出的仪器不确定度K（%）（一般取2）,综合试件尺寸测试不确定度得到导热系数测试最大不确定度为：T=2+（K）2（1）8.1.4 误差分析的过程未包含以下实际试验中可能存在的初始或边界条件：a）双螺旋结构探头圈数不少于10个，否则应采用外部等效线源进行校准。b）探头的比热容可通过探头尺寸和双螺旋薄片的厚度（10m）和两层绝缘层的厚度（7m100m）进行估算。例如，1个半径6mm的探头,在测试时间为IOs,平均温升为2K时，由探头比热容产生的输出功率损失约为ImW。C）对于典型探头，沿双螺旋结构导线的热损失低于ImW。d）测量薄片样品时，需估算两样品背面及周边绝热材料的热损失。例如，使用半径为10mm的探头对1mm厚的导热系数为10W（mK）薄片样品测试，样品背面采用聚苯乙烯绝热，样品背面及周边的功率损失约为2%o对于测试导热系数较低的材料，采用真空泵使样品仓处于真空状态时，可进一步减少热损失，提高测试精度。8.1.5 误差分析时最少记录100个数据（包括时间、电压）并计算温升。为此，分别提供三个电阻（&、氏、&）、探头电阻率的温度系数和热扩散系数的值。串联电阻的电阻值Rs，通过与标准电阻进行比较确定，其他电阻的电阻值通过直接与串联电阻RS相比获得，这些测试均通过电压表完成，电阻值不确定度忽略不计（0.1%）。误差分析时探头电阻率温度系数的不确定度为2%（通过对探头反复测试电阻增值与温升的关系确定）根据式（2）得出试验中温度的精确度为2%。B.2重复性误差B.2.1在测试温度、相对湿度、探头和仪器相同的条件下进行重复试验，计算用探头电阻率的温度系数、探头半径、输出功率和计算时间均相同。其中计算时间的确定一般需去掉测试总时间中开始和结束时间，且计算时间的末时刻数值应在测试总时间的50%100%之间。故各次试验导热系数结果重复性偏差约为1%2%。B.2.2在测试温度和相对湿度相同的条件下，重复试验并使用相同探头电阻率的温度系数进行计算时，两次测试温升之间的偏差可忽略不计。