平板導熱儀

平板導熱儀是按照國標GB/T10294-2008，並借鑑了歐洲相關標準和國際標準新開發出來的新型建築材料的導熱係數測定儀器。平板導熱儀具有測試試件面積大﹑測試材料種類多（單一材料或複合材料）﹑溫控精度高﹑性能穩定可靠﹑智慧型化自動控制﹑計算機出具檢測報告﹑操作簡便等諸多優點。

基本介紹

• 中文名：平板導熱儀
• 外文名：plane table thermo-conductivity meter

結構及改進

針對基於穩態法研製的設備通常存在的電氣控制和調節線路比較複雜，冰水混合物的製取不方便，手工計導熱係數比較繁瑣且易出錯等問題，對平板式穩態導熱儀進行了開發改進，採用數字溫度儀表和熱電偶採集溫度數據，省略了冰桶，只要輸入加熱電路電壓、加熱板電阻、試件面積、厚度等數據並且四路熱電偶的溫度數據採集完畢後，即可直接獲得試件的導熱係數並顯示，省卻了手工計算，節省了時間，提高結果的準確性。

試樣裝置底部增加了一個副加熱板，有利於減少熱量損失，通過電位器調節提供給副加熱板的電壓，使主加熱器下表面的溫度與副加熱器上表面的溫度保持相同，抵消試樣向下方向的熱量損失，降低試驗誤差。絕熱層材料採用導熱係數很小的玻璃絲棉氈 （0.1~0.3）W/m·℃，可減少試驗過程中熱散失。

平板式穩態導熱儀（符合GB3398-1980）的組成及各部分的名稱，如圖所示，熱電偶採用4幅0.2mm的差分K級熱電偶測量。循環水箱壓緊填充的保溫材料並且與最上面的熱電偶良好接觸。

工作原理

數據采控系統的電路原理圖的主要部分，如圖所示。由1台調壓器輸出端採用並聯方式提供兩路輸出電壓，電位器對每路輸出電壓進行調整，分別為主加熱板和副加熱板提供電壓。4路熱電偶的熱端分別測量主加熱板和副加熱板的上表面溫度、上均熱片的上表面溫度、中均熱片的下表面溫度，4路熱電偶的冷端與數據控制系統的4個輸入端相連（圖中的“熱電偶1”到“熱電偶4”），單片機控制3個繼電器對熱電偶進行4選1，由發光二極體指示選中的熱電偶，被選中的熱電偶通過數據控制系統中繼電器與輸出端導通，輸出端與數字溫度表的輸入端相連，由數字溫度表進行溫度數據採集。數據控制系統與數字溫度表通過RS232串口進行數據通訊，讀取溫度數據。控制板上的4個發光二極體（圖中的“LED1”至“LED4”）分別對應4路熱電偶，發光二極體發光表示對應的熱電偶接通。

為簡化按鍵數量，鍵盤共有6個按鍵組成，包括為“5”、“1”、“0.1”3個數據鍵，“±”正負號轉換鍵，“RST”復位鍵，“ON/OFF”開關鍵。數據鍵：根據不同的功能對相應的數據進行加減，與後面的“±”正負號轉換鍵和“shift”功能鍵配合使用，例如，如果通過“shift”功能鍵選擇的是“電壓輸入”，“±”正負號轉換鍵為選擇為“+”，則對電壓加按下的數據按鍵所對應的數據。“±”正負號轉換鍵：當“±”正負號轉換鍵為“+”時，在原數據基礎加相應的數值；為“-”時，減相應的數值。“shift”功能鍵：上電復位後默認顯示熱電偶路數，如果按下“shift”功能鍵的時間小於4s，可依次實現熱電偶電路選擇、電壓輸入、電阻輸入、試樣面積輸入、厚度輸入、導熱係數顯示等功能的轉換，4位“LED”顯示不同功能時的當前相應數據；如果按下“shift”功能鍵的時間大於4s，則退出選擇功能，此時4位“LED”顯示當前選中的熱電偶路數。計算導熱係數用到的試樣面積、厚度、主加熱板電阻、主加熱板輸入電壓等相關參數通過數據鍵輸入，數據輸入並且4路熱電偶的溫度數據採集完畢後，將“shift”功能鍵轉換到“導熱係數顯示”功能，即可由試樣面積、厚度、主加熱板的電阻、電壓、上表面溫度及上均熱片的上表面溫度獲得試樣的導熱係數，並通過4位“LED”顯示。

測試方法

導熱係數的測試方法一般分為兩種：穩態法和非穩態法。這些方法的基本原理是通過提供一個恆定的受控熱流對物體進行加熱，在物體內部建立穩態或非穩態溫度場，以此推算物體的導熱係數。由於穩態法可以利用簡單且可靠的方程計算，對於幾何形狀簡單的物體，導熱係數的表達式常常可以用顯函式表示，因而得到廣泛的套用。

穩態法的缺點是試驗裝置的電氣控制和調節線路比較複雜，要得到可靠的試樣表面平均溫度，需要使用較多的熱電偶，需要利用冰點法將熱電偶的冷端放在冰水混合物中以保持在零度，冷端保持在零度導致使用時既不方便又比較困難，準備時間長。

加熱功率測量

方式：平板導熱儀是一種基於傅立葉導熱定律而進行材料導熱係數測量的儀器。設計的基本原理相同，但對於加熱功率測量單元，不同品牌的產品會有較大的差別。目前了解到的功率測量方式可以分為3種。第一種，對加熱產生的電壓、電流通過功率感測器進行測量，然後將感測器輸出的電壓信號反饋至計算機中，根據感測器的轉換關係，利用軟體編程顯示功率測量值。第二種，採用帶有通信功能的數字功率表替代功率感測器，計算機通過與數字功率表通信採集功率數值。第三種，直接對加熱電壓、電流進行測量和數據採集，功率的計算過程由軟體編程來完成。

校準方法

1、標準功率源法

適用對象：第一種和第二種測量方式。

校準依據：JJG780-1994《交流數字功率表檢定規程》、JJG126-1995《交流電量變換為直流電量電工測量變送器檢定規程》。

校準方法：採用標準功率源對功率感測器或功率表進行直接測量，以系統界面中的功率測量值作為被測表示值，進行整體校準。具體接線端子通常會標註在感測器或功率表的明顯位置，按照數字功率表或功率感測器的信號輸入範圍，均勻選取測量點，覆蓋功率測量全部量程。加熱功率有直流和交流兩種。直流功率的校準可以參照交流功率的測量方法，除上述規程外，還可參照JJG124-2005《電流表、電壓表、功率表及電阻表檢定規程》中關於直流功率部分的測量方法。

調試：校準人員可以通過智慧型功率表面板或軟體，進行零位或線性關係的調整，以滿足指標要求。

2、標準表法

適用對象：第三種測量方式。

校準依據：除了前文提到的3個規程，還可以參照JJG315-1983《直流數字電壓表試行檢定規程》和JJG598-1989《直流數字電流表試行檢定規程》。

校準方法：詢問廠家工程師找到電壓及電流測量線路，將電壓表或數字功率計電壓端並聯在電壓測量迴路兩端，將電流表或數字功率計電流端串聯接入電流測量迴路。測量點只能根據實際加熱中的功率進行選取，加熱過程中功率值始終變化，通常記錄剛剛加熱時的功率值和穩定後的功率值。

調試：如果出現數值不準的情況，只能由廠家工程師對功率算法進行修正，校準人員無法自行進行數據修正。

校準問題

校準中出現的問題及建議

1、在使用功率感測器的測量模組中，一般會使用兩個功率感測器，用來測量加熱過程中大小不同的功率數值。在計量時，應注意軟體中關於大小功率感測器的切換，如果選擇錯誤則沒有數值顯示。

2、關於證書的確認。在GB/T10294-2008之2.1.4.3中要求電功率測量所需的準確度為0.1%。但在實際計量時發現，用於採集功率數值的感測器或功率表的準確度通常都在0.2級或0.5級，按照量值傳遞的原則，使用0.04%的功率源可以對其進行量值傳遞。但是，校準時如果示值誤差滿足0.2級要求但不滿足0.1級，使用者會要求進行數據調試，使數值達到0.1%的要求。

測試範圍

1、單一材料：XPS板、EPS板、膨脹珍珠岩板、勻質改性防火保溫板，聚氨酯板，酚醛板，岩棉板、玻璃棉板等保溫板材。

2、複合板材：真空板、玻璃增強複合板，水泥聚苯板，夾心混凝土，玻璃鋼面板複合板材，紙蜂窩板。

平板導熱儀的技術參數：

3. 最大可測試件尺寸：長300X寬300X厚（0-40） mm

4. 平板導熱儀的溫度控制精度： 熱板(±0.1℃)冷板(±0.1℃)

5. 平板導熱儀的熱板最大設定溫度：根據廠家具體情況而定

6. 平板導熱儀的風冷設備冷板最低溫度：根據廠家具體情況而定