一、前言
建筑及保溫材料越來越廣泛的應(yīng)用于各種工程中，而這些材料是具有一系列的熱物理特性，在進(jìn)行熱工計(jì)算時(shí)，往往涉及到這些熱特性，為使計(jì)算準(zhǔn)確可靠，就必須正確地選擇材料熱物理指標(biāo)，使其與材料實(shí)際使用情況相符，否則，計(jì)算公式無論怎樣準(zhǔn)確，所得到的結(jié)果與實(shí)際情況仍然會(huì)有很大的差異。材料的熱物理特性受許多因素的影響，例如：材料的化學(xué)成份、密度、溫度、濕度等，其中濕度對(duì)材料的影響很大，而在實(shí)際使用中，由于受氣候、施工水份，生產(chǎn)和使用狀況等各方面的影響，材料往往會(huì)含有一定水份，這樣，將會(huì)導(dǎo)致材料的保溫性能下降。所以，在熱工計(jì)算中必須考慮這個(gè)問題。為此，準(zhǔn)確測(cè)定含濕狀態(tài)下材料的熱物理特性是十分必要的。
我公司生產(chǎn)的TDJG283-2型蓄熱系數(shù)測(cè)試儀計(jì)算機(jī)采集、控制和數(shù)據(jù)處理功能。這臺(tái)儀器的特點(diǎn)是：裝置簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高、試驗(yàn)速度快（一次試驗(yàn)十分鐘左右），在一次試驗(yàn)中可同時(shí)測(cè)出材料的蓄熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)溫系數(shù)和比熱，并且能測(cè)量不同含濕狀態(tài)下的熱物理性能。參考標(biāo)準(zhǔn)：JGJT12-2019（代替JGJ51-2002)輕骨料混凝土應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，JG158-2013《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)》以及JG/T283-2010《膨脹?；⒅檩p質(zhì)砂漿》附錄B對(duì)蓄熱系數(shù)的測(cè)定.
二、主要技術(shù)性能
1、應(yīng)用范圍：
本儀器適用于測(cè)定干燥或不同含濕狀況下勻質(zhì)板狀、粉未狀材料的蓄熱系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)和比熱。被測(cè)材料導(dǎo)熱系數(shù)范圍在0.035～1.7w/m.k（或0.03～1.5kcal/m.h.℃），蓄熱系數(shù)范圍0.1-30W/M2K。
2、電源～220V，50HZ
3、試樣大?。罕≡嚰粔K20×20×（1.5～3）cm
厚試件兩塊20×20×（4～10）cm
4、外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：400×400×520（mm）
5、工作條件①環(huán)境溫度10～35℃
②相對(duì)濕度≤80%
③室溫要求穩(wěn)定≤±1.5℃
6、測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度優(yōu)于±5%
7、連接上位機(jī),實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)打印輸出。
三、基本原理
該儀器是以非穩(wěn)定導(dǎo)熱原理為基礎(chǔ)，在實(shí)驗(yàn)材料中短時(shí)間加熱，使實(shí)驗(yàn)材料的溫度發(fā)生變化，根據(jù)其變化的特點(diǎn)，通過導(dǎo)熱微分方程的解，便可計(jì)算出試驗(yàn)材料的蓄熱系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)和比熱。
四、儀器裝置
根據(jù)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱原理建立的熱工性能試驗(yàn)裝置是由電源、測(cè)溫儀表及一個(gè)面加熱器和放置在加熱器兩側(cè)相同材料的三塊試件及測(cè)溫?zé)犭娕冀M成。儀器裝置共分三部分：
1、試件部份：包括試件，試件臺(tái)及夾具。
為便于放置熱電偶及加熱器，試件分成三塊(二塊厚、一塊薄),試件之間夾以熱電偶與加熱器，并用夾具固緊。
2、加熱系統(tǒng)：
包括加熱器，4650數(shù)顯可編程電源。
加熱器是用直徑為0.25毫米的康銅絲繞成三段并聯(lián)的形式，并用薄的絕緣綢布固定。
4650數(shù)顯可編程電源可精確顯示通過加熱電器的電流值、電壓值、功率。
3、溫度測(cè)量系統(tǒng)：
溫度測(cè)量采用直徑為0.2mm的銅一康銅熱電偶。測(cè)量溫度的儀表是AL716高精度數(shù)顯溫度表。
五、使用方法
1、對(duì)試件的要求：
（1）試件三塊為一組，其中兩塊厚，一塊薄。試件的長(zhǎng)和寬一般等于或大于薄試件厚度的8倍，厚試件和薄試件厚度比應(yīng)為3：1，通常試件尺寸為：薄試件一塊20×20×（1.5～3）cm
厚試件兩塊20×20×（6～10）cm
若知材料導(dǎo)溫系數(shù)時(shí),薄試件厚度可按下列數(shù)值選用：
材料的導(dǎo)溫系數(shù)：薄試件的厚度：
a（m2/h）δ（mm）
≤1×10-315～20
≥1×10-320～30
（2）一組試件必須為同一配比，其容重差應(yīng)小于5%；
（3）試件兩表面應(yīng)平行，且厚度應(yīng)均勻。薄試件平面度應(yīng)小于試件厚度的1%。各試件的接觸面應(yīng)平整且結(jié)合緊密；
（4）粉狀材料用圍框的辦法按上述要求處理；
（5）考慮材料的不均勻性，每種材料應(yīng)取樣3～5組。
2、試件的預(yù)處理：
（1）測(cè)量干燥條件下導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，試件應(yīng)根據(jù)材料本身的技術(shù)規(guī)定在不同溫度條件下進(jìn)行干燥處理至恒重；
（2）測(cè)量不同含濕狀況下的熱特性時(shí)，應(yīng)將干燥試件培養(yǎng)至所需濕度后，放在密閉容器兩天以上，再進(jìn)行測(cè)試，要求一組試件的濕度差小于或等于1%。
3、測(cè)試前的準(zhǔn)備工作：
（1）將冰瓶裝入冰水混合物，熱電偶冷端放入冰水混合物中。
（2）開啟電源開關(guān)。
（3）稱三塊試件的重量、測(cè)量其尺寸，計(jì)算出密度；
（4）將試件放在試件臺(tái)上，放入熱電偶及加熱器，熱電偶的結(jié)點(diǎn)放在試件的中心，然后夾具將試件夾緊。對(duì)于受壓易變形的試件，應(yīng)采取措施，防止試件變形；
（5）試件的初始溫度在10分鐘內(nèi)變化小于±0.05℃，并且薄試件上，下表面溫度差小于0.1℃時(shí)，可開始試驗(yàn)。
4、手動(dòng)測(cè)量步驟：
（1）記錄上表面溫度E′0，下表面溫度E0。
（2）根據(jù)加熱器、試樣厚度、試樣密度選取合適電壓（參看后面注意事項(xiàng)5），調(diào)節(jié)電源上的旋鈕，到合適電壓，按OUTON/OFF開關(guān)，輸出電壓，并同時(shí)開啟計(jì)時(shí)開關(guān)。
（3）記錄加熱器的功率值為W（電源顯示屏上讀數(shù)據(jù)）。
（4）當(dāng)加熱時(shí)間為4～5分，并且θ（0，t1）≥10℃時(shí)，記錄時(shí)間為t1及下加熱面熱電偶溫度值為E1。
（5）當(dāng)上表面熱電偶溫度比E0高出相當(dāng)于1～2℃時(shí),記錄計(jì)時(shí)器讀數(shù)，即時(shí)間t′,而熱電偶溫度值為E′，此時(shí)，要求：t′與t1的間隔時(shí)間小于或等于1分鐘；
（6）按OUTON/OFF開關(guān)，并同時(shí)記錄計(jì)時(shí)器讀數(shù)，即時(shí)間為t2，時(shí)間t2可以等于t′也可大于t′。當(dāng)t2＞t′時(shí)，要求t2與t′之間的時(shí)間間隔不超過30秒；
（9）由于加熱停止，熱源面上的溫度逐漸下降，待t3比t2長(zhǎng)3～5分鐘后，記錄計(jì)時(shí)器的讀數(shù)即時(shí)間t3，而加熱面熱電偶溫度值為E2。
一次試驗(yàn)結(jié)束，拆卸試件，并裝入密閉容器中，待四小時(shí)后，按上述試驗(yàn)步驟再進(jìn)行第二次試驗(yàn)。
4、計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量步驟：
（1）啟動(dòng)測(cè)試儀軟件，進(jìn)入測(cè)試界面。
（2）輸入試樣重量、試樣長(zhǎng)、寬、高，然后“確認(rèn)”。
（3）按“自動(dòng)測(cè)試”鍵，進(jìn)入自動(dòng)測(cè)試狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)步驟欄中顯示自動(dòng)測(cè)試過程。完成后，自動(dòng)顯示導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)、比熱。
（4）按“打印報(bào)告”鍵，可另存和打印報(bào)告。
六、測(cè)量結(jié)果的計(jì)算
1、試件容重按下式計(jì)算：
p=g/v（kg/m3）
式中：g—試件重量（kg）
v—試件體積（m3）
2、試件的重量含水率：
g2－g1
W2=————（％）
g1
式中：g1—干試件重量（kg）
g2—濕試件重量（kg）
3、材料的導(dǎo)溫系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)及比熱分別按下列幾式計(jì)算：
（1）函數(shù)B（y）值：
θ′（x，t′）
B（y）=————————
θ（0，t1）
（2）導(dǎo)溫系數(shù)：
d2
根據(jù)B（y）查表得y2值，則：a=——（m2/h）
4t′y2
（3）導(dǎo)熱系數(shù)：
Q√a（-）
入=———————————（w/m.k）
θ（0,t3）
（4）比熱：
3.6入
C=————（kJ/kg.k）
a.p
式中：θ′（x,t′）t′—薄試件上表面過余溫度℃，及相對(duì)應(yīng)的時(shí)間h；
θ（0,t1）t1—升溫過程中熱源面上的過余溫度℃，及相對(duì)應(yīng)的時(shí)間h；
θ（0,t3）t3—降溫過程中熱源面上的過余溫度℃，及相對(duì)應(yīng)的時(shí)間h；
t2—關(guān)閉熱源的時(shí)間h；
P—三塊試件的平均容量kg/m3；
d—薄試件的厚度m。
Q—加熱器的功率W/m2，按下式計(jì)算；
W
Q=——
S
式中W—加熱器的功率W（電源顯示屏上讀數(shù)據(jù)）。S—加熱器的面積m2
蓄熱系數(shù)計(jì)算公式已經(jīng)編入軟件程序。
七、計(jì)算舉例
1、材料名稱：保溫復(fù)合涂料
2、測(cè)量薄試件厚度四次，取其平均值為厚度計(jì)算值，d=0.0151m。
3、加熱器面積為0.039m2。
4、測(cè)試記錄（表一）
測(cè)試 時(shí)間 08年10月18日 | 暖瓶中水溫℃ | E′0 | E0 | E1 | t1 | E′ |
0 | 15.75℃ | 15.76℃ | 33.88℃ | 4′ | 17.6℃ | |
t′ | t2 | E3 | t3 | W | ||
4′26″ | 4′26″ | 25.05℃ | 8′02″ | 3.505w |
5、溫度計(jì)算
（1）暖瓶中裝入冰水混合物水溫為0℃。
（2）薄試件上表面溫度值
①初始溫度：
E′0=15.75℃
②加熱時(shí)間為t′時(shí)的溫度
E′=17.6℃
（3）薄試件下表面（即熱源面上）的溫度
①初始溫度
E0=15.76℃
②加熱時(shí)間為t1的溫度
E1=33.88℃
③時(shí)間為t3時(shí)的溫度
E3=25.05℃
（4）材料熱物理性能計(jì)算（見表二）
表二：
Q=A.t2 （w/m2） | θ′（x,t′）=t′-t′0 （℃） | θ（0,t1）=t1-t0 （℃） | θ（0,t3）=t3-t0 （℃） | t1 （小時(shí)） | t′ （小時(shí)） |
232.12 | 1.85 | 18.12 | 9.29 | 0.0666 | 0.0738 |
t2（小時(shí)） | t3（小時(shí)） |
|
|
| √t3-t2 |
0.0738 | 0.1339 | 0.2581 | 0.2717 | 0.3659 | 0.2452 |
√t3-√t3-t2
| θ′（x，,t′） B（y）=————— θ（0，,t1） | y2 | d2 a=——— 4t′y2 （m2/h） |
| θ√a（√t3-√t3-t2） 入=————— θ（0,t3）√π （w/m.k） |
0.1207 | 0.09699 | 0.946 | 0.0008165 | 0.02857 | 0.0565 |
加熱器電壓選用參考表
加熱器電阻近似值R（Ω） | 薄試件厚度 d（m） | 密度 P（kg/m3） | 選用電壓 V（V） |
～40 | 0.015 | 100以下 300～400 500～600 700～800 900以上 | 15以下 15～20 25～30 30～40 40～45 |
～40 | 0.0200 | 300以下 400～500 600～700 800～900 1000以上 | 25以下 30～35 35～40 40～45 45以上 |
八、注意事項(xiàng)
1、熟悉儀器各附件設(shè)備的使用說明；
2、試驗(yàn)必須在試件的初始溫度穩(wěn)定的情況下進(jìn)行，不能將一組試件連續(xù)測(cè)量，間隔時(shí)間至少4小時(shí)以上；
3、當(dāng)外電源波動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行二次穩(wěn)壓；
4、經(jīng)常測(cè)量加熱器的電阻值，檢查加熱器是否有斷線或碰線；
5、加熱電壓的大小可以根據(jù)試件的容量和薄試件的厚度來控制，下表可作選
九、儀器成套性
序號(hào) | 品名及規(guī)格 | 單位 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 主機(jī) | 臺(tái) | 1 | |
2 | 軟件 | 套 | 1 | 光盤 |
3 | 計(jì)算機(jī)打印機(jī) | 套 | 1 | 按合同配置 |
4 | 加熱器 | 個(gè) | 1 | |
5 | 熱電偶 | 付 | 2 | |
6 | 使用說明書 | 本 | 1 | |
7 | 說明書 | 本 | 1 | |
8 | 產(chǎn)品合格證 | 份 | 1 |
