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固体材料导热率测量标准装置的研究

邓建兵  
【摘要】: 导热率是固体材料重要的热物性参数,它对科学研究和实际应用有着重要的作用。中国计量科学研究院在国家科技部的支持下,开展了建立保护热板法固体材料导热率测量装置的研究工作,为建立国内材料导热率测量标准装置作好准备。 本课题旨在对保护热板法(GHP)导热率测量装置进行较系统的实验研究。为了验证该测量装置的性能,实验采用德国PTB提供的参考物质(有机玻璃),对其在30~70℃温度范围内进行导热率测量,先前有十七个国家实验室和研究机构采用保护热板法装置、其它的稳态法装置和瞬态法装置测量了PTB参考物质的导热率,欧洲测量结果的最大相对偏差达到了24%。与欧洲的测量结果进行了对比,本文新建装置测量的结果位于这些数据的中间位置,与PTB测量的结果较为接近。并且进一步利用本文建立的保护热板法(GHP)导热率测量装置在80~530℃温度范围内测量了花岗岩和光学玻璃两种材料的导热率,装置具有高温下准确测量材料导热率的能力。本文还分析实验中热流流过样品的热流损失以及以本文装置为基础进行数值模拟分析。对PTB参考物质导热率测量的结果进行了曲线拟合,拟合标准偏差为1.1×10-3 W/(m·K),合成的相对标准不确定度(1σ)估计值为1.0×10-2,扩展不确定度(k=2)为2.0×10-2。测量对比和误差分析表明,新建装置测量的结果与国外发达国家装置的测量结果具有可比性和较好的可靠性。


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