[科普中国]-平板导热仪

平板导热仪是按照国标GB/T10294-2008，并借鉴了欧洲相关标准和国际标准新开发出来的新型建筑材料的导热系数测定仪器。平板导热仪具有测试试件面积大﹑测试材料种类多（单一材料或复合材料）﹑温控精度高﹑性能稳定可靠﹑智能化自动控制﹑计算机出具检测报告﹑操作简便等诸多优点。

总体结构及改进针对基于稳态法研制的设备通常存在的电气控制和调节线路比较复杂，冰水混合物的制取不方便，手工计导热系数比较繁琐且易出错等问题，对平板式稳态导热仪进行了开发改进，采用数字温度仪表和热电偶采集温度数据，省略了冰桶，只要输入加热电路电压、加热板电阻、试件面积、厚度等数据并且四路热电偶的温度数据采集完毕后，即可直接获得试件的导热系数并显示，省却了手工计算，节省了时间，提高结果的准确性。

试样装置底部增加了一个副加热板，有利于减少热量损失，通过电位器调节提供给副加热板的电压，使主加热器下表面的温度与副加热器上表面的温度保持相同，抵消试样向下方向的热量损失，降低试验误差。绝热层材料采用导热系数很小的玻璃丝棉毡 （0.1~0.3）W/m·℃，可减少试验过程中热散失。

平板式稳态导热仪（符合GB3398-1980）的组成及各部分的名称，如图所示，热电偶采用4幅0.2mm的差分K级热电偶测量。循环水箱压紧填充的保温材料并且与最上面的热电偶良好接触。1

工作原理数据采控系统的电路原理图的主要部分，如图所示。由1台调压器输出端采用并联方式提供两路输出电压，电位器对每路输出电压进行调整，分别为主加热板和副加热板提供电压。4路热电偶的热端分别测量主加热板和副加热板的上表面温度、上均热片的上表面温度、中均热片的下表面温度，4路热电偶的冷端与数据控制系统的4个输入端相连（图中的“热电偶1”到“热电偶4”），单片机控制3个继电器对热电偶进行4选1，由发光二极管指示选中的热电偶，被选中的热电偶通过数据控制系统中继电器与输出端导通，输出端与数字温度表的输入端相连，由数字温度表进行温度数据采集。数据控制系统与数字温度表通过RS232串口进行数据通讯，读取温度数据。控制板上的4个发光二极管（图中的“LED1”至“LED4”）分别对应4路热电偶，发光二极管发光表示对应的热电偶接通。

为简化按键数量，键盘共有6个按键组成，包括为“5”、“1”、“0.1”3个数据键，“±”正负号转换键，“RST”复位键，“ON/OFF”开关键。数据键：根据不同的功能对相应的数据进行加减，与后面的“±”正负号转换键和“shift”功能键配合使用，例如，如果通过“shift”功能键选择的是“电压输入”，“±”正负号转换键为选择为“+”，则对电压加按下的数据按键所对应的数据。“±”正负号转换键：当“±”正负号转换键为“+”时，在原数据基础加相应的数值；为“-”时，减相应的数值。“shift”功能键：上电复位后默认显示热电偶路数，如果按下“shift”功能键的时间小于4s，可依次实现热电偶电路选择、电压输入、电阻输入、试样面积输入、厚度输入、导热系数显示等功能的转换，4位“LED”显示不同功能时的当前相应数据；如果按下“shift”功能键的时间大于4s，则退出选择功能，此时4位“LED”显示当前选中的热电偶路数。计算导热系数用到的试样面积、厚度、主加热板电阻、主加热板输入电压等相关参数通过数据键输入，数据输入并且4路热电偶的温度数据采集完毕后，将“shift”功能键转换到“导热系数显示”功能，即可由试样面积、厚度、主加热板的电阻、电压、上表面温度及上均热片的上表面温度获得试样的导热系数，并通过4位“LED”显示。1

测试方法导热系数的测试方法一般分为两种：稳态法和非稳态法。这些方法的基本原理是通过提供一个恒定的受控热流对物体进行加热，在物体内部建立稳态或非稳态温度场，以此推算物体的导热系数。由于稳态法可以利用简单且可靠的方程计算，对于几何形状简单的物体，导热系数的表达式常常可以用显函数表示，因而得到广泛的应用。

稳态法的缺点是试验装置的电气控制和调节线路比较复杂，要得到可靠的试样表面平均温度，需要使用较多的热电偶，需要利用冰点法将热电偶的冷端放在冰水混合物中以保持在零度，冷端保持在零度导致使用时既不方便又比较困难，准备时间长。2

加热功率测量的方式平板导热仪是一种基于傅立叶导热定律而进行材料导热系数测量的仪器。设计的基本原理相同，但对于加热功率测量单元，不同品牌的产品会有较大的差别。目前了解到的功率测量方式可以分为3种。第一种，对加热产生的电压、电流通过功率传感器进行测量，然后将传感器输出的电压信号反馈至计算机中，根据传感器的转换关系，利用软件编程显示功率测量值。第二种，采用带有通信功能的数字功率表替代功率传感器，计算机通过与数字功率表通信采集功率数值。第三种，直接对加热电压、电流进行测量和数据采集，功率的计算过程由软件编程来完成。2

校准方法1、标准功率源法

适用对象：第一种和第二种测量方式。

校准依据：JJG780-1994《交流数字功率表检定规程》、JJG126-1995《交流电量变换为直流电量电工测量变送器检定规程》。

校准方法：采用标准功率源对功率传感器或功率表进行直接测量，以系统界面中的功率测量值作为被测表示值，进行整体校准。具体接线端子通常会标注在传感器或功率表的明显位置，按照数字功率表或功率传感器的信号输入范围，均匀选取测量点，覆盖功率测量全部量程。加热功率有直流和交流两种。直流功率的校准可以参照交流功率的测量方法，除上述规程外，还可参照JJG124-2005《电流表、电压表、功率表及电阻表检定规程》中关于直流功率部分的测量方法。

调试：校准人员可以通过智能功率表面板或软件，进行零位或线性关系的调整，以满足指标要求。

2、标准表法

适用对象：第三种测量方式。

校准依据：除了前文提到的3个规程，还可以参照JJG315-1983《直流数字电压表试行检定规程》和JJG598-1989《直流数字电流表试行检定规程》。

校准方法：询问厂家工程师找到电压及电流测量线路，将电压表或数字功率计电压端并联在电压测量回路两端，将电流表或数字功率计电流端串联接入电流测量回路。测量点只能根据实际加热中的功率进行选取，加热过程中功率值始终变化，通常记录刚刚加热时的功率值和稳定后的功率值。

调试：如果出现数值不准的情况，只能由厂家工程师对功率算法进行修正，校准人员无法自行进行数据修正。32

校准中出现的问题及建议1、在使用功率传感器的测量模块中，一般会使用两个功率传感器，用来测量加热过程中大小不同的功率数值。在计量时，应注意软件中关于大小功率传感器的切换，如果选择错误则没有数值显示。

2、关于证书的确认。在GB/T10294-2008之2.1.4.3中要求电功率测量所需的准确度为0.1%。但在实际计量时发现，用于采集功率数值的传感器或功率表的准确度通常都在0.2级或0.5级，按照量值传递的原则，使用0.04%的功率源可以对其进行量值传递。但是，校准时如果示值误差满足0.2级要求但不满足0.1级，使用者会要求进行数据调试，使数值达到0.1%的要求。3

测试范围1、单一材料：XPS板、EPS板、膨胀珍珠岩板、匀质改性防火保温板，聚氨酯板，酚醛板，岩棉板、玻璃棉板等保温板材。

2、复合板材：真空板、玻璃增强复合板，水泥聚苯板，夹心混凝土，玻璃钢面板复合板材，纸蜂窝板。

平板导热仪的技术参数：

3. 最大可测试件尺寸：长300X宽300X厚（0-40） mm

4. 平板导热仪的温度控制精度： 热板(±0.1℃)冷板(±0.1℃)

5. 平板导热仪的热板最大设定温度：根据厂家具体情况而定

6. 平板导热仪的风冷设备冷板最低温度：根据厂家具体情况而定

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所