非稳态法测定不良导体的热导率

广西民族学院学报(自然科学版)

第8卷第3期　　　　　　　　JOURNA L OF GUANGXI UNIVERSIT Y FOR NATIONA L ITIES V ol. 8N o. 32002年8月(N atural Science Edition) 　　　　　　　　　　　　　　　　　Aug. 2002

文章编号:1007-0311(2002) 03-0019-03

非稳态法测定不良导体的热导率

王昆林

(楚雄师范学院, 云南楚雄　675000)

Ξ

摘　要:介绍了一种非稳态测量方法的运用, 进.

关键词:; 文献标识码:A

0　引言

热导率是物体材料的热物性参数之一, 不良导体

的热导率一般采用稳态法进行测量. 随着测量技术的进步, 非稳态法因其测量时间短, 测量精度高,

而得到大力发展. 采用非稳态法测量不良导体的热导率在国外已经得到广泛运用, 在国内近些年来也逐渐开始使用.

1　测量原理

非稳态闪光法测定不良导体热导率, 是非稳态法中的一种, 其基本思想是依据非稳态导热方程, 在一面积比厚度大得多的薄圆片不良导体材料上, 辐照垂直于圆片正面的均匀脉冲光, 测出一维热流条件下受照样品背面的温升响应曲线, 由曲线可得到最大温升一半所对应的时间, 就可以求出薄圆片材料的热扩散率, 再根据材料的密度和比热容得到热导率.

其原理示意图, 见图1.

图1　原理示意图

一束能量为Q 的脉冲光, 在t =0时辐照在样

品表面, 且被均匀吸收, 可列方程如下:

2

(1) =α2

t x

T (x , 0) =δ(x ) .

　　(0

　　式中Q 为单位面积吸收的能量ρ, 为样品密度,c 为样品比热容,L 为样品厚度. 解此方程得:

Ξ

收稿日期:2002201217.

作者简介:王昆林, 楚雄师范学院副教授1

19

广西民族学院学报(自然科学版) 　　　　　　　2002年8月　第8卷

π

c os . ex p (-. t ) 2L L n =1

∞

1+2T (x , t ) =

c. ρ. L

∑

∞

n =1

22

(2) (3)

1+2T (L , t ) =

c. ρ. L

∑

(-1) ex p (-

n

. t ) 2αL

22

当t =∞时T 达到最大, 有:

T M

=

c. ρ. L

分钟, 开启计算机, 在Windows95/98下进入介面, 设

置AD/DA 卡参数. 选中“开始采集”则系统在指令发出后延时2秒钟, 自动触发氙灯闪光辐照待测样品, 窗口中显示出实时采集的图线, 这就是样品瞬间受热后的温升响应曲线. 用光标在曲线上读取样品初始相

) 和最大相对温升T m (℃) . 由确定的对温度T 0(℃

(T m -T 0) /2+T 0值, 可在温升曲线上读取相对应的时间t 1/2值, 代入(6) 式, 得到侍测样品材料的热导率λ.

测试样品:

人工合成瓷砖材料圆形薄片. 样品尺寸:直径D =(14. 00±0. 02) mm , 厚度L =(2. 94±0. 02)

3

mm , 已知参数:密度ρ=(982±0. 001) ×10kg/33m C =) ×10J /kg. k 按上, , 见图3. 从温1.

表1　数据表

T 0T m t o

0. 25210. 49400. 6218

(T m -T 0) /2

0. 1209

(T m -T 0) /2+T 0

) t (℃

0. 37302. 842

t 1/2=t -t o

2. 220

定义V (L ,t ) =

22

ω, =πα. . t/L , 则:T M

∞

n =1

V =1+2

∑(-

221) . exp (-n ω)

(4)

, 求得ω=1. 38, 将对应的时间记为t 1/2, 2

可得热扩散率:

令V =

α=1. 38. L 2/π2. t 1/2

22

进而有热导率

λ:=1. 38. ρ. C. L /π. t 1/2

(5)

(6)

2　系统组成

系统主要由高压电源, 温放大电路、AD/、侍测样品等组成. 见图2.

图　2测量系统示意图

其工作过程如下:高压电源产生高压生脉冲点燃氙灯闪光, 准确辐照样品正面, 使其获得热量而产生温升. 通过粘贴于样品背面的B TS202PN 结温度传感器, 将信号传给测温放大电路放大后, 由AD/DA 转换卡A/D 功能将模拟信号转换为数字信号, 使计算机能识别. D/A 功能用于输出5V 电压去触发高压脉冲电源使氙灯闪光. 计算机处理系统采集温升信号, 进行处理在屏幕上显示温升响应曲线. 专用软件开发平台Borland C ++BuiLer4professional 操作系统Windows95/98.

E u λ=001(s ) E u λ=

图3　闪耀辐照温升响应曲线

将t 1/2=2. 220(s ) 　　代入式(6) 得:

3

λ=1. 38. ρ. C. L 2/π2. t 1/2=1. 38×2. 982×10×3-322

0. 876×10×(2. 94×10) /π×2. 220=1. 422

(w/m. k )

相对不确定度:

u ρρ

2

+

u c

2

+2

u L

2

+

u t 1/; 取u t1/2=0.

2

3　实验过程

连接并调节好整个系统, 打开高压电源预热10

212

+

012

+22. 2

+

2. 2

=

λ=1. 4%×0. 014=1. 4%; u 1. λ=E u λ. λ=1. 4%×

20

2002年第3期　　　　　　　　　●王昆林/非稳态法测定不良导体的热导率

422=0. 020(w/m. k ) 所测人工合成瓷砖材料热导

率λ:λ=1. 422(1±1. 4%) =(1. 422±0. 020) w/m. k 讨论:用非稳态闪光法测定不良导体热导率, 待测样品尺寸可以做得很小, (直径2. 0厘米) ; 测量时间短(约十至几十秒) ; 待测温度为相对测量量, 故测温仪器不需做绝对定标; 测温元件灵敏度高, 响应时间短; 使用计算机采集处理数据方便快捷. 这些特点都是传统的用稳态法测定不良导体热导率所不可比拟的.

[参　考　文　献]

[1]龚镇雄1普通物理实验力热部分[M ].北京:北京大学出版社出

版,1985.

[2]刘子臣1大学基础物理实验[M ].天津:南开大学出版社出版, 2001.

[责任编辑　黄祖宾][责任校对　苏　琴]

The w ay of unsteady state is used in the of therm at conductivity of 2(A N Chuxiong 675000,Chi na )

Abstract :an exertion way of mensurate unsteady state , much improvement have be

mading in the mensuration of the thermal conductivity for conductor of undesirability with the counter system.

K ey Words :unsteady state ; thermal conductivity ; surveying system ; counter system

(上接第10页)

A Study on the Inform ation T echnology’s V alue of Business

M EN G Xiao 2lian

(M athem atics &Com puter Science Depart ment , Guangxi U niversity

f or N ationalities , N anni ng 530006,Chi na )

Abstract :In the west countries , the business value of information technology (IT ) has been debated for a

number of years. While some authors have attributed large productivity improvements and substantial consumer benefits to IT , others report that IT has not had any bottom line impact on business profitability. In our home , there are the same debates on the business value of IT but the conflict is not as furious as it in abroad. In this pa 2per , we focus on the fact that while productivity , consumer value and business profitability is related , they are ulti 2mately separate questions. Using the Econometrics approach , we make analysis of the issues about it by viewing a lot of literatures abroad.

K ey Words :IT Productivity , Business profitability , Consumer Surplus

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