GB T 10294-2008 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定.防护热板法.pdf

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1、ICS 9112010Q 25 a雪中华人民共和国国家标准GBT 1 0294-2008ISO 8302：1 99 1代替GBT 10294-1988绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法Thermal insulation-Determination of steady-state thermal resistance andrelated properties-Guarded hot plate apparatus2008-06-30发布(IS0 8302：1991，IDT)2009-04-0 1实施宰瞀鬻紫瓣警糌赞星发布中国国家标准化管理委员会仪19刖 罱GBT 10294-2008

2、IS0 8302：1991本标准等同采用ISO 8302：1991绝热 稳态热阻及有关特性的测定防护热板法(英文版)。本标准代替GBT 10294-1988绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法。本标准与GBT 10294-1988相比主要变化如下：增加了引言；增加了热均质材料、热各向同性体、试件的平均导热系数、试件的热传递系数、材料的表观导热系数、稳态传热性质、室内温度、操作者、数据使用者、装置设计者等定义；一增加了更为详细的符号和单位忙总表(见14)；增加了影响传热性质的因素(见151)；在原理中归纳了装置、构造和测试参数(见I6)；归纳了由于装置产生的限制(见17)；归纳了由于试件产

3、生的限制(见18)；增加了热电偶用于测量21 K170K的温度时，标准误差的限制(见21414)；增加了热电偶的连接形式及其产生的测量误差(见21412)；增加了厚度测量的详细方法(见2142)；增加了对热电偶的连接方式的说明(见21412)；增加了在设计流体冷却的金属板时应注意的问题(见212)；说明平整度测定的最小值为25 pm(见241)；增加了测定与温差的关系(见343)；测定报告有所细化，如“对于在试件和装置面板间插入薄片材料或者使用了水汽密封袋的试验，在测定报告中应标明的参数(见3614)”；增列了本标准阐述的装置性能和试验条件的极限数值(见附录A)；根据经验给出了对E型和T型热电

4、偶建议的(专用级)误差极限(见表B1)；增加了保护型热电偶的推荐使用温度上限(见表B2)；实验室环境的条件发生变化，722第二段中“293士1 K”改为“296 K土1 K”；增加了附录NA。本标准的附录A为规范性附录，附录B、附录c、附录D和附录NA为资料性附录。请注意本标准的某些内容有可能涉及专利，本标准的发布机构不应承担识别这些专利的责任。本标准由中国建筑材料工业联合会提出。本标准由全国绝热材料标准化技术委员会(sAcTc 191)归口。本标准负责起草单位：南京玻璃纤维研究设计院。本标准主要起草人：张游、曹声豁、王佳庆、王玉梅、葛敦世、曾乃全、成钢。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：

5、GBT 10294-1988。GBT 10294-20081S0 8302：199101标准结构引 言本标准分为三个章节，叙述了使用和设计防护热板装置所需要的所有信息：1概述2装置和误差分析；3试验过程。操作者若以试验为目的，可能仅注意第3章，但为了得到准确的结果，操作者还需要熟悉另外两章，他必须对概述有较深刻的认识。第2章直接针对装置的设计者，但为了制造出好的装置，他也要关注其他两章。这样，本标准方法将会较好地达到目的。02传热与测量的性质大部分传热性质的试验是针对低密度的多孔材料进行的。在这种情况下，材料内部的真实传热情况可能包含辐射、固相和气相热传导和(在某些情况的)对流传热三种方式的复

6、杂组合，以及它们的交互作用和传质(尤其是含湿材料)。对于这些材料，通过测量热流量、温度差及尺寸，利用公式计算得到的试件的传热性质(常误称为导热系数)，可能并不是材料自身的固有性质。根据ISO 9288，该性能应被称作“传递系数”，因为它可能取决于测试条件(传递系数在其他地方常被称为表观导热系数或有效导热系数)。在相同的测试平均温度下，传递系数可能在很大程度上取决于试件的厚度或温差。辐射传热是传递系数受试件厚度影响的首要因素。因此，不仅材料本身性质会影响试验结果，而且与试件接触的表面的热辐射特性亦会影响试验结果。辐射传热还导致传递系数与温度差有关。当温差超过限定的范围时，各种材料及各种测试平均温

7、度的这种影响可用实验检测。因此，当同时提供接触表面的辐射特性时，热阻就能较好地描述试件的热性能。当试件中存在有对流的可能性时(如低温下轻质的矿物棉材料)，装置的方向、试件的厚度、温差等都可影响传递系数和热阻。对于这种情况，虽然在第3章试验过程中未包括这些试验条件的细节，也至少要详尽描述试件的几何形状和边界条件。另外，评估测量结果时，尤其在实际应用测量结果时应有足够的相关知识。在测量过程中试件含湿量对传热的影响也是一个复杂的因素。因此，干燥试件仅需根据标准程序进行试验。对于含湿材料的试验，需有其他注意事项，本标准不包括这些内容。当按本标准方法确定的传热性质用于预测实际使用情况下的特定材料的热品质

8、时，尽管其他因素如施工工艺会产生影响，但对所提及的物理原理的知识也是极为重要的。O3所需背景为了得到正确的结果，防护热板装置的设计和正确的操作，以及试验结果的解释是一项复杂的工作，需要格外引起注意。建议防护热板装置的设计者、操作者、试验结果的使用者应对被评估的材料、产品和系统内的传热机理应有完整的知识，并有相关的电气和温度测量经验，特别是对弱电信号测量有一定的了解。也应具各良好的实验室实践技能。设计者，操作者和数据的使用者对上述各领域知识要求的深度可能不同。04设计、尺寸和国家标准世界各地存在着很多不同的符合各自国家标准的防护热板装置设计，并且不断研究、发展以提高设GBT 10294-2008

9、I$0 8302：1991备和测量技术。因此，要求一种特定设计或尺寸的装置是不实际的，尤其是总体要求可能相差很大时。05指南由于发现不同形式的装置得到可比较的结果，本标准给新装置的设计者提供的温度和几何尺寸的范围都足够大。建议新装置的设计者仔细阅读附录D中参考文献。在新装置完工后，建议采用现有的、热阻不同的一种或多种参考材料进行试验。为了获得准确结果，本标准仅对设计和操作防护热板装置提出必需的强制性要求。附录A列出了本标准阐述的装置性能和试验条件的极限数值。本标准还包含推荐的操作程序和实践知识，以及建议的试件尺寸，这些会提高一般测量水平，有助于改善实验室间对比和合作测量程序。1概述GBT 10

10、294-2008ISO 8302：1991绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法11范围本标准规定了使用防护热板装置测定板状试件稳态传热性质的方法以及传热性质的计算。本方法是测量传热性质的绝对法或仲裁法，只需要测量尺寸、温度和电功率。符合本标准试验方法的报告，试件的热阻不应小于01 m2Kw，且厚度不超过174的要求。试件的热阻下限可以低到002 mq KW，但不一定在全部范围内达到153所述的准确度。如果试件仅满足181的要求，试验结果表示试件的热导率和热阻或传递系数。如果试件满足182的要求，试验结果可表示被测试件的平均可测导热系数。如果试件满足183的要求，试验结果可表示被洳材料的导

11、热系数或表观导热系数。12规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。ISO 7345：1987绝热物理量和定义ISO 9229：1991绝热材料、产品和体系词汇Is0 9251：1987绝热传热条件和材料性能 词汇ISO 9288：1989绝热辐射传热物理量和定义ISO 9346：1987绝热传质物理量和定义13术语、定义、符号和单位ISO 7345或ISO 9251确立

12、的以及下列术语和定义适用于本标准物理量 符 号 单 位热流量 圣 W热流密度 q W|嵇热阻” R m2KW热导率 A W(m2K)导热系数” X W(mK)热阻系数 7 mKW孔隙率 e局部孔照率 1)某些情况下，可能需要考虑温差被热流量髂，没有特殊韵符号来表示此物理量，有时也被称为阻值。2)在大多数情况下，i和gradT的方向不同(A不是由单一常数x确定，而是由常数矩阵确定)。此外，试件内部位置变化、温度变化以及时间变化都会引起导热系数的变化。多孔体porous medium均质体homogeneous medium均质多孔体homogeneous porous mediumGBT 102

13、94-2008$0 8302：1991非均质体 heterogeneous medium各向同性体isotropic medium各向异性体anisotropic medium稳定体stable medium131热均质体thermally homogeneous medium导热系数(A)不是物体内部位置的函数，但可以是方向、时间和温度的函数。132热的各向同性体thermally isotropic medium导热系数(A)不是方向的函数，但可以是物体内部位置、时间和温度的函数，每一点的(A)由单一的值确定。133热稳定体thermally stable medium导热系数x或(A)不

14、是时间的函数，但可以是物体内的坐标、温度和方向的函数。134试件的平均导热系数mean thermal conductivity of a specimen由热均质和各向同性(或具有垂直于表面的对称轴的各向异性)的、在测量的精度和测量时间内是热稳定的、且导热系数x或()为常数(或与温度成线性函数关系)的材料制成由两个平行的等温表面和与表面垂直的边缘形成的板状物体，在边缘绝热的边界条件下，在稳定状态下确定的传热性质。135试件的传递系数transfer factor of a specimen传递系数T一番一鲁，单位为W(mK)。它取决于试验条件，表征试件与传导和辐射复合传热的关系。也常称为试件

15、的测量、等效、表观或有效导热系数。136材料的表观导热系数thermal transmissivity of a material表观导热系数。一篾，单位为W(mK)。这里dR与厚度d无关。它与试验条件无关，表征绝热材料与传导和辐射复合传热的关系。表观导热系数可看作是在传导和辐射复合传热情况下，传递系数在厚试件中达到的极限值，也常称为材料的等效或有效导热系数。137稳态传热性质steady-state heat transfer property与下列性能之一有关的通用术语：热阻、传递系数、导热系数、热阻系数、表观导热系数、热导率和平均导热系数。138室温room temperature通用术

16、语，指人在该环境的温度下感到舒适的测量平均试验温度。139环境温度 ambient temperature通用术语，指试件边缘或整个装置周边的温度。对于封闭装置为箱内温度，不封闭的装置则为实验室温度。2GBT 10294-2008IS0 8302：19911310操作者operator负责试验操作和出具试验结果报告的人。1311数据使用者data user应用和解释测量结果以判定材料或系统性能的人。1312设计者designer为满足装置在指定试验条件下要求的预定性能，研究装置的构造细节和为验证装置的预期准确度而确定试验程序的人。14符号和单位(见表1)表1符号和单位符 号 描 述 单 位A

17、在选定的等温面上测得的计量面积 In2Ag 隔缝面积 In2A。 计量区域面积 m26 从隔缝中心线算起的防护宽度不平衡系数CP 热板的比热容 J(kgK)试件的比热容 J(kg-K)d 试件的平均厚度dd，ds 指定试件SSS S，S5的厚度dp 金属板的厚度边缘数量鼠 计量面积的误差Ed 厚度误差Et 边缘热损失误差EE 电功率值的误差E 不平衡误差E 不对称误差Ea- 温度差的误差 热流量的误差g 隔齄宽度ht 单位温度差下的热流密度 W(m2K)2 隔缝中心到隔缝中心的计量部分边长状态调节后的相对质量变化干燥后状态调节产生的相对质量变化干燥后相对质量变化3GBT 10294-2008I

18、S0 8302：1991表1(续)符 号 描 述 单 位试验后相对质量变化M 来样时试件质量 kgM2 干燥后试件质量 kgM3 状态调节后试件质量 kgM。 试验后试件质量 kgMs 试验前试件质量 kgP 周长q 热流密度 |d吼 边缘热流密度 飞|稿7 热阻系数 mKWR 热阻 m2KWR。 边缘绝热热阻 m2Kw时间T 传递系数 W(m-K)T1 试件热面温度 K孔 试件冷面温度 Kt 环境温度(试件周边的温度) Kt 试件的边缘温度 KT 平均温度，通常为(丁1+L)2 KV 体积 n，y 加热单元厚度Z1 边缘结构的误差参数Z2 周围温度的误差参数己 不平衡的误差参数d 厚度的增量

19、R 热阻的增量 m2KWT 温差，通常为(T。一T2) Kt 隔缝的温差 KAt 时间间隔T 传递系数的增量 W(mK)辐射率A 导热系数 W(mK)_ 隔缝材料的导热系数 W(mK)。 表观导热系数 W(mK)A 热导率 W(m2K)4表1(续)GBT 10294-2008IS0 8302：1991符 号 描 述 单 位 孔隙率毛 局部孔晾率西 热流量 W晚 边缘热损失的热流量 w晚l 边缘热流量 Wo_ 不平衡热流量 w西 试验时流经试件的热流量 W 各种导线引超的热流量 W丸 单位温度不平衡引起的隔缝热流量 WKpd 干试件的密度 kgm3Pp 装置的热板或冷板的密度 kgm3风 经状态

20、调节后的试件的密度 Wm2斯蒂芬一渡尔兹曼常数 S67W(m2K4)15意义151影响传热性质的因素试件的传热性质可能：由于材料或其样品成分的改变而改变；受含湿量和其他因素的影响；随时间而改变；随平均温度而改变；取决于热经历。因此必须认识到，在特定应用下选用代表材料传热性质的典型数值时，应考虑以上影响因素，不应未作任何变化而应用到所有使用情况。例如，使用本试验方法得到的是经干燥处理试件的热性能，然而实际使用时可能是不现实的。更基本的是材料的传热性质与许多因素如平均温度和温度差有关。这些关系应在典型的使用条件下测量或者试验。152取样确定材料传热性质需有足够数量的试验信息。只有样品能代表材料，且

21、试件能代表样本时，才能以单次试验结果确定材料的传热性质。选择样品的步骤一般应在材料规范中规定。试样的选择也可在材料规范中做部分规定。因为取样超出本标准方法的范围，当材料规范不包含取样时，应参考有关的文件。153准确度和重复性评价本方法的准确度是复杂的，它与装置的设计、相关的测量仪器和被测试件的类型有关。然而按照本标准方法建立装置和操作，当试验平均温度接近室温时，测量传热性质的准确度能达到土2。装置设计时足够的注意，经过广泛的检查并与别的类似装置相互参照测量后，在装置的整个工作范围内，应能达到大约士5的准确度。用单独的装置，在工作范围的极端值，通常较易得到这个准确度。试件保留在装置内，不改变试验

22、条件，随后测量的重现性通常远优于1。对同一参考试件，取出后经过较长一段时间重新安装，试验的重复性通常优于士1。数值增大是由于试验条件的微小变化，例如5GBT 10294-2008IS0 8302：1991热和冷板对试件的压力(影响接触热阻)、试件周围空气的相对湿度(影响试件的含湿量)等。这些重现性水平是确定方法误差所要求的和质量控制所希望的。16原理161装置原理防护热板装置的原理是：在稳态条件下，在具有平行表面的均匀板状试件内，建立类似于以两个平行的温度均匀的平面为界的无限大平板中存在的一维的均匀热流密度。162装置类型根据原理可建造两种型式的防护热板装置：a)双试件式(和一个中间加热单元)

23、；b)单试件式。1621双试件装置双试件式装置中，由两个几乎相同的试件中夹一个加热单元，加热单元由一个圆或方形的中间加热器和两块金属面板组成。热流量由加热单元分别经两侧试件传给两侧冷却单元(圆或方形的、均温的平板组件)(图1a)。1622单试件装置单试件装置中，加热单元的一侧用绝热材料和背防护单元代替试件和冷却单元(图lb)。绝热材料的两表面应控制温差为零。只要满足本标准中其他所有适用的要求，用单试件装置可以实现准确的测量和按本标准方法出报告，但报告中应详细说明与通常双试件装置的热板的变化。163加热和冷却单元加热单元由分离的计量部分和围绕计量部分的防护部分组成，它们之间有一隔缝，在计量部分形

24、成一维均匀的稳态热流密度。冷却单元可以是连续的平板，但最好与加热单元类似。164边缘绝热和辅助防护单元边缘绝热和(或)辅助防护单元的引入是必要的，尤其是当试验温度低于或高于室温时。165防护热板装置的定义“防护热板”术语应用于整个已装配的装置，因此，又叫做“防护热板装置”。装有试件的装置的总体特征见图1。166热流密度的测量当在计量单元达到稳定传热状态后，测量热流量中以及此热流量流过的计量面的面积A，即可确定热流密度q。167温度差的测量试件两侧的温度差T，由固定于金属板表面和(或)在试件表面适当位置的温度传感器测量。168热阻或传递系数的测量当满足181的条件，热阻R可由g、A和T计算得出，

25、若已测定试件厚度d，还可计算出传递系数T。169导热系数的计算当满足182的条件，已测定试件的厚度d，可计算出试件的平均导热系数A。1610装置的适用范围本方法的应用范围，受装置在试件中维持一维稳态均匀热流密度的能力和以要求的准确度测量功率、温度和尺寸的能力所限制。1611试件的范围本方法的应用亦受试件的形状、厚度和结构的均匀一致(当使用双试件装置时)、试件表面平整和平行度的限制。6GF FG HE E；I D C D I E。EA计量加热器；B计量面板；c防护加热器；D防护面板；E冷却单元；E。冷却单元面板F温差热电偶；a)双试件装置加热单元防护部分加热单元计量部分加热单元防护部分GBT 1

26、0294-2008ISO 8302：1991H GF ND C D M Lb)单试件装置G加热单元表面热电偶；H冷却单元表面热电偶；I试件；L背防护加热器；M背防护绝热层；N背防护单元温差热电偶。图1 双试件和单试件防护热板装置的一般特点17 由于装置产生的限制171接触热阻的限制当试验硬质(材料非常硬，以至于在热板和冷板的压力下也不可改变形状)高热导率的试件时，即使试件和装置表面有很小的不均匀性(表面不完全平整)就可导致试件与热板、冷板之间的接触热阻分布不均。这将造成试件内部热流分布不均匀和热场变形，且难于精确测量表面温度。当试件热阻低于01 m2KW时，表面温度的测量需要使用特殊的方法。金

27、属板的表面应机械加工或切削平整、平行且不能有应力。172热阻的上限可测热阻的上限受供给加热单元的功率的稳定性、测量功率仪表的精确度以及试件和加热单元的GBT 10294-2008ISO 8302：1991计量部分和防护部分之间由于温度不平衡误差引起的热量损失(或吸热)程度的限制(见后面的分析)。173温差的限制如果热板和冷板表面温度的均匀性和稳定性、仪表的噪声、分辨率和精确度以及温度测量中的限制均能维持在本标准的第2章和第3章给出的限度内，只要满足214i221414的要求，采用温差法测量时，温差可低到5 K。更低的温差应作为不满足本标准予以申明。当使用独立参考点的热电偶测量每个金属板的温度时

28、，每支热电偶标定的准确度可能是限制温差测量准确度的因素。此时，为使温差的测量误差最小，建议温差最少为i0 K20 K。更高的温差仅受装置在维持所需的温度均匀性情况下能够提供的功率的限制。174试件最大厚度本标准第2章(或321)所叙述的任何一种构造形式的装置，由于受边缘绝热、辅助防护加热单元和环境温度的影响，试件边缘的边界条件将制约试件的最大厚度。对于非均质的、复合的或层状试件，每层的平均导热系数应小于其他任何层的两倍。这个要求是粗略的经验，只要求操作者进行评估，不一定要测量每一层的导热系数。这种情况下，其准确度预期与均质试件的接近。当不满足这个要求时，没有评估测量准确度的指南。175试件最小

29、厚度试件的最小厚度受171中指出的接触热阻的限制。当要求测量导热系数、表观导热系数、热阻系数或传递系数时，还受到测厚仪表准确度的限制。176计量面积的定义理论研究表明，计量面积(由中心计量单元供给热流量的试件面积)与试件厚度和隔缝宽度有关。当厚度趋近零时，计量面积趋近于中心计量部分面积。厚试件的计量面积则为隔缝中心线包围的面积(见2113)。当试件的厚度至少为隔缝宽度的十倍时，为避免复杂的修正，可采用隔缝中心线包围的面积。特殊应用情况见31c)。177最高操作温度加热和冷却单元的最高运行温度受表面氧化、热应力及其他能降低板面平整度和均质性的因素的限制，还受电绝缘材料的电阻率变化限制。绝缘材料的

30、电阻率的变化影响所有电气测量的精确度。178真空状态在真空状态下使用防护热板装置时应格外注意。如在高真空条件下运行，应仔细选择装置使用的材料，避免材料过量释放气体。在安装加热器和温度传感器的引线时应非常细心，使附加的热流量和测温误差最小。否则，在真空条件下，尤其是较低温度时会产生严重误差。179装置尺寸防护热板装置的总尺寸受试件尺寸控制。试件的尺寸(或直径)通常为02 m1 m。小于03 m的试件可能不代表整个材料的性质。当试件大于05 m时，要维持试件和金属板的表面平整度、温度均匀性、平衡时间以及装置的总造价在可接受的限度内都将发生困难。为便于实验室之间比较和总体上改进合作测量，推荐的标准尺

31、寸系列如下：a)直径(或边长)为03 m；b)直径(或边长)为05 m；c)直径(或边长)为02 m(仅用于测定均质材料)；d) 直径(或边长)为10 m(用于测定厚度超过05 m装置允许厚度的试件)。18试件的限制181 热阻、热导率或传递系数1811试件均匀性测量非均质试件热阻或热导率时，试件内部和计量区域表面的热流密度可能既非单向又不均匀。试件中会存在热场变形，导致严重误差。试样靠近计量区域的部位，尤其靠近计量区域边缘时影响最8GBT 10294-2008IS0 8302：1991大。在这种情况下很难给出本方法适用性的指南。主要问题是边缘热损失误差和不平衡误差等不能预测的误差，随着试件中

32、不均匀性位置的变化以不能预料的方式变化，因而使34中提出的所有检查可能受到系统误差的影响，系统误差会掩盖不同试验的真实差别。在某些试件中，在微小距离上可能会出现结构变化。这对于许多绝热材料是真实的。另一些试件，在与热板和冷板接触的试样两个表面之间可能存在直接的热短路。当与试件两表面接触的导热较快的材料被热阻低的通道连接时，影响最大。1812温差的影响热阻或热导率经常是试件两侧温差的函数。在报告中必须说明报告值适用的温差范围或者清楚地注明报告值用单一温差测定的。182试件的平均导热系数为测定试件的平均导热系数(或表观导热系数)(见134)，应满足1_81的要求。试件应是ISO 9251中定义的均

33、质或均质多孔体。均质多孔体试件内任何非均质性的尺寸应小于试件厚度的十分之一。此外，在任意平均温度，其热阻应与试件两侧的温差无关。材料的热阻取决于所有相关的热传递过程。热传导、辐射和对流是主要机理，然而这三者之间相互作用会产生非线性影响。因此，尽管对这些机理研究得十分透彻，但实际分析或测量时仍很困难。所有传热过程的程度与试件两侧的温差有关。许多材料、制品和系统在典型的使用温度差时，可能呈现复杂的关系。在这种情况下，使用一个典型的使用温度差进行测定，然后在一定温差范围内测定近似关系是合适的。在较宽的温差范围内可能是线性关系。某些试件虽然符合均质性的要求，但却是各向异性。如试件内平行于试件表面方向测

34、定的导热系数分量与垂直于表面的方向测定的导热系数分量不同。对于这种试件，可能造成较大的不平衡误差和边缘热损失误差。如两个测定值的比值小于2，并在装置内对各向异性试件分别测定不平衡误差和边缘热损失误差，则可以按本标准方法出试验报告。183材料的导热系数、表观导热系数或热阻系数1831总则为测定材料的导热系数或热阻系数，必须满足182的要求。此外，为保证材料是均质或均质多孔，且测量结果能代表整个材料、产品或系统，必须有足够的抽样。试件的厚度应大于当厚度进一步增加时材料、产品或系统的传递系数变化不大于2时的厚度。1832与试件厚度的关系所有的传热过程中，只有传导产生的热阻与试件厚度成正比。其他传热过

35、程具有较复杂的关系。试件越薄、密度越小，热阻与传导以外的传热过程越有关系。由于传递系数与试件厚度有关，所以不满足导热系数和热阻系数(两者都是材料的固有特性)定义的要求。对于这些材料，可能希望测定应用条件下的热阻。可以相信所有材料都有一个热传递系数与厚度有关的厚度下限。低于此厚度时，试件可能有独特的传热性质，但不是材料的性质。因此，需通过测量确定这个最小厚度。1833可确定材料传热性质的最小厚度的确立如果不知道此最小厚度，则需要估计此最小厚度。无确定的方法时，342中指出的粗略过程可用于确定最小厚度和观察材料在可能使用的厚度范围内是否出现最小厚度。重要的是要区别测量时在面板下放置测温传感器引起的

36、附加热阻、不良的试件表面引起的附加热阻和由试件内部传导与辐射传热模式结合引起的附加热阻。三者都能以同样方式影响测量结果，并且三者经常是叠加的。184翘曲对于热膨胀系数大的材料要特别注意，有温度梯度时将会过度翘曲。这将损坏装置和引起附加的9GBT 10294-2008IS0 8302：1991接触热阻。后者造成严重的测量误差。测量这种材料，可能需要专门设计的装置。2装置和误差评估21 装置的描述和设计要求本章叙述的主要是双试件装置的要求。用于单试件装置的设计要求能容易地确定。211加热单元2111概述加热单元包括计量单元和防护单元两部分。计量单元由一个计量加热器和计量面板组成。防护单元由一个(或

37、多个)防护加热器及相应数量的防护面板组成。面板通常由高导热系数的金属制成。加热单元和冷却单元面板的工作面不应与试件及环境发生化学反应。工作表面应加工成平面，表面平整度应定期检查。在任何操作条件下，工作面的平整度均应优于0025。例如在图2中，假定一个理想平面与板的表面在P点接触，表面上任何其他点B与理想平面的距离AB与A点到参考接触点P的距离AP之比应小于0025i00。图2表面偏离真实平面2112材料选择加热单元的材料时应考虑其在最高工作温度时的性能。设计加热单元时应保证提供预期使用所需的热流密度和适宜的特性。加热单元的结构应使加热单元工作时每个表面的温度不均匀性不大于试件两侧温差的2。对于

38、双试件装置，计量单元和防护单元的两个表面的平均温度之间的差值应小于02 K，至少在试件的热阻大于01 m。KW，并且试验平均温度接近室温时应满足以上要求。加热单元的结构应保证工作表面在工作温度下不会翘曲或变形。在工作温度下，所有面板的工作表面的总半球辐射率应大于08。2113隔缝和计量面积加热单元的计量单元与防护单元之间应有隔缝。隔缝在面板平面上所占的面积不应超过计量单元面积的5。加热器加热丝的间距和分割计量单元与相邻的防护单元的隔缝的设计应满足2112中板面温度均匀性的要求。除非其他计算或试验方法确定的计量面积更精确，计量面积应为隔缝中心线包围的面积。某些特殊情况见31c)。2114隔缝两侧

39、的温度不平衡应采用适当的方法，如多接点的热电堆，来检测计量面板和防护面板间的平均温度不平衡。当计量单元与防护单元之问存在温度不平衡时，一些热量会在二者之间流过，部分经过试件(热流量与温度不平衡和试件的导热系数有关)，部分经过隔缝本身(热流量只取决于温度不平衡)。在测量高热阻试件时，这种热不平衡引起的穿越隔缝的热流量必须严格的限制。虽然对此问题可提供的定量资料很少，但已知在方形防护热板装置里，沿整个隔缝的温度不平衡是不很均匀的。当仅用有限的温差热电偶时，建议检测平均温度不平衡的最有代表的位置是沿隔缝距计量单元角的距离等于计量单元边长四分之一的地方，应避开角部和轴线位置(见图3和参考文献5)。10

40、GBT 10294-2008IS0 8302：1991图3推荐的不平衡传感器位置2115不平衡传感器如果温度不平衡传感器装在金属板和试件间的支承片上(见图4a)或在金属面板与试件接触的面的沟槽里，那么传感器与金属面板以及试件表面之间，装在计量面上的传感器和装在防护单元的传感器之间都会存在热阻(图4a)。所有类似情况均是这个原理。装置工作时，传感器的温度是计量单元与防护单元金属面板之间热平衡和从金属面板到试件的热流密度的复合结果。只有在金属面板与传感器之间的热阻与其他指出的热阻相比可以忽略或从热板流到试件的热流量不流过传感器(图4b)或图4c)时，才能得到正确的平衡。当传感器装在金属面板和电加热

41、器之间时，亦应同样考虑。因此，当在金属面板的沟槽里装设传感器时，无论面对试件还是面对加热器，除非在所有的使用条件下对所述的热阻进行细致的实验和分析校核，否则应避免用薄片或类似的方法固定不平衡传感器。加热单元面板上的隔缝和穿过隔缝的机械连接的存在，使与试件接触的金属面板内产生小的温度梯度。因此传感器应置于能记录沿隔缝边上存在的温度不平衡，而不是在计量单元和防护单元金属面板上某些任意点间存在的不平衡。建议隔缝边缘到传感器的距离应小于计量单元边长(或直径)的5。实际上温度平衡具有一定的不确定性，因此隔缝的热阻应该尽量高。一般规则是计量单元和防护单元间的机械连接应尽量少，尽可能避免金属的或连续的连接。

42、所有电线应斜地穿过隔缝，并且应该尽量用细的、低导热系数的导线，尽量避免用铜导线。212冷却单元冷却单元表面尺寸至少应与包括防护单元的加热单元的尺寸相同。它应维持在恒定的低于加热单元的温度。板面的温度不均匀性应小于试件两侧温差的2。根据冷却单元要求的温度，可采用恒温的流体、电加热器、在冷面的加热单元的最外表面与辅助冷却器之间插入具有均匀热阻的绝热材料，或者这些方法结合起来使用。为得到温度均匀性，在设计流体冷却的金属板时应特别注意(见文献5和E24)。需在最大热载荷与使用给定的冷却液体流量情况下，对进、出口处流体的温度差进行评估。大多数流体通道，在进出口处流体的温度差比面板的温度不均匀性大。逆流式

43、螺旋通道能得到最好的结果，但在此情况下流体与金属板之间的热阻应足够高(见文献E5Z和24)，否则面板的温度不均匀性甚至比流体在进出口处的温差还要大。GBT 10294-2008IS0 8302：1991a)心燃S 腻渊钐黝MH 黝M心燃 蠢腻腻黼 一M 心渊缀8 黝蕊阏、H 蕊测、MI由于支撑片产生的隔热层H加热器；M加热单元金属面板；s不平衡传感器。12c)图4传感器和有关热阻示意图GBT 10294-2008IS0 8302：1991b)7 c)1热板计量单兀；2热板防护单元；3试件；4冷却单元；5边缘绝热(点是温度传感器)；6外部匀温防护套或外部温度梯度防护套；7外防护单元；8外部防护绝

44、热；9外部T形防护套。图5可限制边缘热损失的结构型式213边缘绝热和边缘热损失由于加热单元和试件的边缘绝热不良，导致试件中的热流偏离一维热流。而且加热单元和试件边缘的热损失会在防护单元的面板内引起侧向温度梯度，因而造成更加背离所求的理想一维传热模式。由试件边缘的热损失引起的边缘热损失误差，只有在简化的边界条件下，才能对均质的、各向同性的不透明试件进行计算。如果环境温度与试件平均温度相同，这些误差将为最小。关于这类误差的计算，见221和参考文献4、5、103、E11、19、E28和37。其他的边缘热损失误差几乎没有分析资料。因此，应限制防护部分及试件外边缘的热损失。可以通过采用边缘绝热、控制环境

45、温度、增加外防护套或线性温度梯度的防护套，或者这些方法结合使用来限制边缘热损失。图5列出四种可能的构造。加热单元边缘热损失的一个很重要途径是沿加热器和温度传感器的导线散热。因此需要在加热单】3GBT 10294-2008IS0 8302：1991元附近提供一个温度相同的等温表面，所有导线应牢固地固定在这个表面上，这个等温面可以是辅助防护单元或其他合适的表面。热不平衡的程度应受限制，使流经导线的热流量不超过理想一维条件下穿过试件热流量的10。214测量装置2141温度测量21411温度不平衡检测测量温度不平衡的传感器可以单独读数，计算温度差，或用差动连接，直接显示温度差，效果更好。常采用直径小于

46、03 mm的热电偶组成的热电堆。检测系统的灵敏度应保证，由实验或计算确定的、隔缝温度不平衡引起的热性质测定误差不大于土05。随着温度的降低，许多温度传感器的灵敏度急剧降低，因此，在低温条件下使用的装置，对热电堆测量和控制系统的设计应特别注意。21412装置内的温度差任何能够保证测量加热和冷却单元面板间温度差的准确度达1的方法都可以测量装置内测点的温度。表面温度常用永久性埋设在面板沟槽内或放在与试件接触的表面下的温度传感器如热电偶来测量。采用其他方法(如将热电偶埋人薄片中)要特别注意减少测量表面温度的误差，尤其是当试验低热阻的试件时。图6中示出了热电偶的一些连接形式。由于热电偶线不是很均匀，沿线

47、材的温度梯度会产生小的热电势，常导致热电偶测量产生系统误差。这种现象在合金中比纯金属中大。图6a)中每支热电偶在水浴R中都有参考接点，能够分别读数。当要求高准确度测量温度差，而不是加热和冷却单元的绝对温度时，可按图6b)或图6c)的温差连接法。当图6b)或图6c)中热电偶线1。，2。，1n，2n由纯金属制成，且连接H，到C，或Hz到C：的热电偶线处于温度接近加热和冷却单元的温度的箱子A内时，可得到最好效果。这种情况下，沿着导线的温度差最小。相反，如果将图6a)中导线1和1夹在一起以实现温差连接，则就失去温差连接的大多数优势。图6b)的接法容许平均各温差测点的系统误差。而图6c)中的连接方法则把加热单元和冷却单元问的金属连接减至最小。温度传感器可以与金属面板完全电绝缘或整个回路仅有一点与金属面板接地(因此，在温差连接法中，只有一个热电偶接点可以接地)。所需的绝缘电阻值取决于温度传感器是由加热单元或冷却单元的接地的金属面板屏蔽，还是只是与其他电路绝缘。后者的绝缘电阻常要求大于100 MQ，应计算和实验证明其他线路不会影响传热性质测量的准确度。在计量单元面板每侧设置的温度传感器的数量应不少于N扭或2(取大者)。此处N一10m，A为计量单元一个表面的面积，以平方米计。推荐将一个传感器设置在计量面的中心。冷却单元面板上设