1、ICS 9112010Q 25 圆亘中华人民共和国国家标准GBT 1 0295-2008IS0 830 1：1 99 1(E)代替GBT 10295 1988绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法Thermal insulation-Determination of steady-state thermal resistance andrelated properties-Heat flow meter apparatus2008-06-30发布 2009-04-0 1实施宰瞀髁紫瓣警糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会“1”刖 菁GBT 10295-20081S0 8301：1991(E)本
2、标准等同采用ISO 8301：1991(E)绝热稳态热阻及有关特性的测定热流计法。本标准代替GBT 10295 1988绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法。本标准与GBT 10295 1988相比主要变化如下：将国际标准中的引言列为本标准的引言；第i章概述中增加了部分术语定义，增加了符号、物理量和单位说明，增加了影响热性能的因素、取样、精确度和重现性、校验步骤、仪器和试件的限制等内容；规范性引用文件是ISO 8301：1991(E)中所引用的国际标准；删除了原标准“第5章装置的技术要求”中对热流计装置的标准尺寸的建议；修改部分仪器和试验参数，主要有：a) 原标准525规定“热电偶的直径应
3、小于02 mm”改为“热电偶的直径不大于02 mm”；b) 原标准621规定“不平度小于30 pm”改为“不平度小于25 pm”；c) 原标准722建议的调湿环境温度“2931 K”改为“296 K土1 K”；按照IsO 8301：1991(E)重新编写了附录；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、附录E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：
4、张剑红、戴自祝、曹声豁、曾乃全。本标准所替代标准的历次版本发布情况为：GBT 10295 1988。GBT 10295-200811S0 8301：1991(E)引 言01标准结构本标准分为三个章节，叙述了使用和设计热流计装置所需要的所有信息：1概述；2装置与标定；3试验过程。使用本方法时，如果只是以测试为目的，使用者可能只关注第3章。但为了获得准确的结果，还需要熟悉其他两章内容。使用者必须对概述的要求有较深刻的认识。第2章直接针对装置的设计者，但为了制造出好的装置，使用者同样必须熟悉其他章的内容。02热传递和测试性能大量测试是对低密度多孔材料进行的。这种情况下材料内部的实际传热包括以下不同方
5、式的复杂组合：一一辐射；固相和气相内的传导；对流(在某些操作条件下)；以及三者之间的相互作用和传质，尤其是在含湿材料的情况。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，不仅试件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。因此如果提供
6、了表面的相关信息，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、试件的厚度和温差都可能影响传递系数和热阻。对于这种情况，虽然试验步骤中提供的内容不会提供详细的测试条件，但至少应详细说明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，干燥试件仅需根据本标准程序进行试验。对于含湿材料的试验，需要其他注意事项，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时，尽管其他因素如施工工艺会产生影响，但掌握
7、物理原理也是十分重要的。03所需背景为了得到正确的结果，热流计装置的设计和正确操作，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。建议热流计装置的设计者、操作者、试验结果的使用者应对被评估的材料、制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。也应具备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符合各自国家标准的很多不同的热流计装置设计，并且不断研究、发展以提高设备GBT 10295-2008IS0 8301：1991(E)和测量技术。因此，要求一种特定
8、设计或尺寸的装置是不切实际的，尤其是当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、全面地阅读附录E中的参考文献。在新装置完工后，建议采用一个或几个不同可测热阻范围的参考材料进行试验以检验装置。为了获得正确的结果，本标准仅对设计和操作热流计装置提出必要的强制性要求。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 10295-20081S0 8301：
9、1991(E)绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法11范围111本标准规定了使用热流计装置测定板状试件稳态传热性质的方法和传热性质的计算。本方法是根据被测试件与标准试件热阻相比较而得出的一种间接或相对的方法。符合本标准试验方法的报告，试件的热阻应大于01 m2KW，且厚度满足172的要求。112如果试件满足181的要求，结果应表述成试件的热导率和热阻。113如果试件满足182的要求，结果应表述成试件的平均导热系数。114如果试件满足183的要求，结果可表述成材料的导热系数或表观导热系数。12规范性引用文件下列标准包含条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注目期的引用文件，其随后所有的
10、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Is0 8302：1991 绝热稳态热阻及有关特性的测定防护热板法Is0 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术语和定义ISO 7345或ISO 9251确立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 中 W热流密
11、度 q Wm2热阻” R m2KW热导率 A W(m2K)导热系数2 W(mK)热阻系数 y m-KW孔晾率 局部孔隙率 毛1)某些情况下，可能需要考虑温差被热流量除，没有特殊的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，热流彳和温度梯度grad T的方向不同(不是由单一常数确定，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 mediumGBT 10295-2008IS0 8301：1991(E)均质多孔体homogeneous porous medium非均质体 heter
12、ogeneous medium各向同性体isotropic medium各向异性体anisotropie medium稳定体stable medium131热均质体thermally homogeneous medium导热系数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o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A值确定。133热稳定体thermally stable medium导热系数A或A不是时间的函数，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
13、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、且导热系数或A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-番一罟，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。也常被称为试件的测量等效、表观或有效导热系数。136材料的表观导热系数thermal tr
14、ansmissivity of a material表观导热系数A。一篾，单位为W(mK)。这里AdAR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，也常被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loom temperature通用术语，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am
15、bient 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 10295-2008S0 8301：1991(E)1310操作者operator指负责热流计装置试验操作并且出具结果报告的人。1311数据使用者data a$er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 物理量 单 位A 在选定的等温面上测量面积或计量区域面积 nfC5 比热容 J(kgK
16、)d 被测试件垂直于等温面的厚度dj。0 双试件装置中每一块试件的厚度双试件的平均厚度dl，d2，d5 指定试件的厚度D。 测试中冷热板问允许的最大距离热流计输出 mVf 热流计的标定系数 W(mVm2)L 热流计的边长L。 热流计计量区域的边长优c 状态调节后相对质量变化md 干燥后状态调节产生的相对质量变化m。 干燥后相对质量变化一m。 试验后试件的相对质量变化Ml 来样时试件质量 kg舰 干燥后的试件质量 kg 状态调节后的试件质量 kgM 试验后的试件质量 kgM5 试验前。试件经干燥或状态调节后的质量 kgg 热流密度 Wf十qq 双试件装置中通过每一个试件的热流密度 Wm27 热阻
17、系数 ri3KWL。 双试件装置中的平均热阻系数 rnKWR 热阻 rn2KwR。 标准试件的热阻 nfKW3GBT 10295-2008ISO 8301：1991(E)表1(续)符 号 物理量 单 位R。 未知试件的热阻 m2KWR 双试件装置中的总热阻 m2KW515z，S5 一套厚度不同的试件T 试件的传递系数 W(mK)丁二一(71+T2)2 平均温度 KT71，r1 双试件装置中试件的热板温度 KT72，r。 双试件装置中试件的冷扳温度 KT。 双试件装置中试件()的平均温度 Kr。 双试件装置中试件(”)的平均温度 KV 体积 m3d 厚度的增量8d一(dZ1f2 双试件装置中试件
18、()和试件(”)的平均厚度差甜 试件()和试件(”)在Tm温度下导热系数的差值 w(mK)汀。一(AT。一r。)2 试件()和试件(”)在平均温度T时温度的差值 K盯一(T，一Ar)12 试件()和试件(”)冷热板温差的差值 KR 热阻的增量 m2KWTT1T2 温差 Kr，r 双试件装置中试件()和试件(”)各自的冷热板温差 Ke 热流计的灵敏度系数 mV(Wm2)Aq垂 热流量 W哦 未知试件的热流量 W甄 标准样或参考样的热流量 W 导热系数 W(m-K)r 双试件装置中试件()和试件(”)的导热系数 W(Ill-K)(T) (T)对温度的一阶导数 w(mK2)-(T) (T)对温度的二
19、阶导数 w(mK5)川 双试件装置中的平均导热系数 W(mK)。 试件平均导热系数或在平均温度丁0的导热系数 W(mK)M 防护热板法中试件()和试件(”)的平均导热系数 W(mK)。 材料的表观导热系数 W(mK)A 热导率 w(m2K)Pd 被测干燥材料密度 kgm3Pl 状态调节后的密度 kgm3Pc。 试件密度与比热容乘积 J(m3K) 孔隙率乞 局部孔隙率()，(”) 双试件装置中第块和第二块试件的标记4GBT 10295-2008Ls0 8301：1991(E)15意义151 影响传热性质的因素试件的传热性质可能会：由于材料或样品成分的改变而改变；受含湿量和其他因素影响；随时间而改
20、变；随平均温度而改变；取决于以前的热经历。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。这些关系应在典型使用条件下，测量或者试验。152取样确定材料的传热性质需要有足够的信息。只有样品能代表材料，且试件又能代表样品时，才能用单次测量来确定材料的传热性质。选择样品的步骤一般应该在材料规范中规定。试件的选择也可在材料规范中做部分规定。由于取样超出本方法范围，所以当材料规范没有涉及到该问题
21、时，应参考适合的文件。153准确度和重复性评价本方法的准确度是十分复杂的，因为它不仅与装置的设计、相关仪表有关，还与被测试件的类型有关。准确度和标定是参考材料的函数。1531保持在装置中的试件，不改变测试条件，随后进行测定的重复性一般远优于1。同一参考试件重新安装后测试的重复性一般优于1。前后数据差距主要是测试条件的微小变化造成的，如试件和热流计之间的压力(会影响接触热阻)、试件周围空气的相对湿度(会影响试件的湿度)。该重复性水平是鉴定测定方法误差所必须的，同时也是在质量控制应用中所期望的。1532当试验平均温度接近室温时，热流计装置的标定准确度一般在2以内。当测定参考材料热性质时，标定准确度
22、主要取决于防护热板法的准确度。1533因此，当试验平均温度接近室温时，本方法的测定准确度在土3以内。154标定步骤应遵循下列方法之一：1541 试验装置应该在试验前后24 h内用公认的标准实验室所发行的校验标准进行标定。校验标准的稳定性取决于材料的类型。虽然一些校验标准已成功运用了二十多年，但仍建议每五年检查一次。出具数据的试验和装置标定试验应在官方校正标准时使用的冷、热面温度近似的温度下进行。1542在热流计的长期和短期稳定性证明优于土1时，标定的时间间隔可以更长些，如15 d30 d。只有在标定完成后且该标定结果与前面的测试结果变化小于1时，该测试结果才可报出。以两次标定的平均作为标定系数
23、，用此值测定试件。当标定的变化大于土1时，这段时间内的测试结果应视为无效，然后按步骤1541重新测试。16原理161 当热板和冷板在恒定温度和恒定温差的稳定状态下，热流计装置在热流计中心测量区域和试件中心区域建立一个单向稳定热流密度，该热流穿过一个(或两个)热流计的测量区域及一个(或两个接近相同)的试件的中间区域。162本方法是间接或相对的方法，由测试试件的热阻和标准试件热阻比值而得。标准试件的热阻必须用Is0 8302防护热板法测定。5GBT 10295-2008IS0 8301：1991(E)163在试件和热流计的整个区域内无法获得理想的单向热流密度。因此，必须给出下列注意事项：a)试件和
24、热流计边缘热损失问题；b) 标准试件和被测试件的热性能和几何尺寸(厚度)的差别；c) 防护热板法测定标准试件热阻和用标准试件标定热流计装置之间(如果有)温度边界条件的差异。164假定测量区域具有稳定的热流密度，并有稳定的温差T和平均温度T。用标准试件测得的热流量为垂，、被测试件测得的热流量为垂。，则标准试件热阻R。和被测试件热阻风的比值为：鱼一垒R，一哦从上式可计算出R。165如果满足确定导热系数的条件，且试件厚度d已知，可算出试件的导热系数。166本方法的应用受以下因素的限制：一、仪器产生单向稳定热流密度的能力；二、测量温度、厚度和热流计产生的电动势等数据的准确度。167此外，试件也限制了本
25、方法的使用，如试件的厚度不完全相同(在双试件装置中)或试件表面不够平坦、平行等。17装置的限制装置的使用受到许多有关标定和试件厚度因素的限制。171有关标定的限制装置不应在标定温度以外的其他温度使用。如果在某个温度范围内建立了标定曲线，就不允许使用外推法。在使用装置测量与标定时差不多的热流密度时要特别注意，它不仅与被测材料的类型有关，还与试件厚度和试验温差有关。172试件厚度的限制1721总则为了限制边缘热损失的影响，试件的组合厚度，即热流计和试件的厚度或冷热板间的距离应该受到限制。由于防护热板法的边缘热损失已经估算出，因此必须根据防护热板法中试件的几何尺寸选择本方法中试件的几何尺寸。边缘绝热
26、材料及试件周围环境温度对边缘热损失也有影响。1722冷热板间的最大间距热板和冷板间允许的最大间距为D。，该值与热流计一边的长度L、热流计测量区域的长度L。、非测量区域的宽度(LL。)、热流计的结构和被测试件的性能都有关。目前还没有合适的理论依据预测试件允许的最大厚度，因此用防护热板法的分析结果作指导是必要的。文献19和文献23关于防护热板法的分析以及附录C都可以为该值的估计提供一些参考。在单试件对称方案中(见21和图1)，试件厚度的最大值增加50，和双试件的对称方案一致。如果试件厚度超过装置极限，那么就应该用装有更大的板的装置或防护热箱法做试验。1723最小厚度试件的最小厚度由173中的接触热
27、阻决定。在要求导热系数或热阻系数时，试件最小厚度也受厚度测量仪器准确度的限制。173接触热阻的限制当测试硬质试件时，如试件的材料较硬，冷、热板间的压力不能使试件产生很好的形变而导致试件与冷热板不能很好地接触，甚至试件和装置面板(表面不是十分平)表面的微小不均匀都会造成试件和冷热板、热流计的工作表面之间的接触热阻不均匀分布。这将导致试件内的热流分布不均匀，从而产生热场变形；如果没有专业技术支持，将难以精确地测6GBT 10295-2008IS0 8301：1991(E)量表面温度。18试件的限制181 热阻、热导率或传递系数1811试件的均匀性测量非均质试件热阻或热导率时，试件内和测量区域表面的
28、热流密度可能既非单向又不均匀，试件中的热场扭曲会导致严重误差。试件中靠近计量区域的部分，尤其在这个区域边缘的不均匀性影响最大，因此很难给出在这种情况下本方法适用性的指南。最大的风险是由于热流计中温度分布不均产生的边缘热损失误差会随着试件中不均匀性的位置变化以不能预料的方式变化，从而导致34中提出的所有检查可能受到系统误差的影响，而这些系统误差掩盖了不同测定的真实差别。在某些试件中，在微小距离上可能会出现结构变化。许多绝热材料都是这样。在另一些试件中，试件与冷、热板接触的表面及试件与热流计接触的表面之间可能存在直接的热短路。当与试件表面接触的导热较快材料被低热阻通道连接时，影响最大。1812温差
29、的影响热阻或热导率可能是试件两面温差的函数。在报告中必须说明报告值可应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了测定试件的平均导热系数或热阻系数(或表观导热系数)(见134)，应满足181的要求。试件应是ISO 9251中定义的热均质体或均质多孔体。均质多孔体是指任何非均质部分的尺寸小于试件厚度的110，另外，在任意平均温度，热阻都与试件温差无关。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，尽管人们对最基本的机理研究理解得十分透彻，但实际分析或测量时仍很困难。热传递过程的程度取决于试件两
30、侧的温差。对于许多材料、产品和系统，在典型使用的温度差时会发生复杂的关系。此时，使用平均导热系数并且确定其在一定温差范围内的近似关系是比较合适的。还有一些试件虽然满足均质要求，但却是各向异性的，如平行于试件表面方向与垂直于试件表面方向两者测得的导热系数不同。这可能会导致较大的不平衡和边缘热损失。183材料的导热系数、热阻系数和表观导热系数1831总则为了测定材料的导热系数或热阻系数，应满足182的要求。另外，必须有足够的抽样以保证材料是均质或均质多孔的，这样测量才具有代表性。试件厚度必须大干某一厚度，该厚度是指当材料、产品或系统的厚度增加时，其传递系数增加不会超过2所对应的厚度。1832与试件
31、厚度的关系试件中包含的传热过程中，只有传导产生的热阻与试件的厚度成正比，其他传热过程的关系较复杂。试件越薄、密度越小，热阻越与传导以外的过程有关。因而测定结果与试件厚度有关，不能满足导热系数和热阻系数定义的要求。对于这类材料，测定应用条件下的热阻是合适的。可以认为所有材料都存在厚度的下限，低于该厚度时，试件有独特的热性能而不是材料的热性能。因此需要通过测量获得这个最小厚度值。1833测定材料传热性能定义的最小厚度如果不知道能够确定材料表观导热系数的试件最小厚度，就需要估计该厚度。可按342列举的粗略过程进行估计。要区别由于冷、热板面或热流计表面下放置热电偶所产生的附加热阻、试件表面不平所引起的
32、附加热阻和试件内由于传导和辐射两种传热模式所起作用而产生的热阻变化。它们以相同的方式影响测量结果，并且经常是叠加的。7GBT 10295-2008IS0 8301：1991(E)2装置和标定21总述本试验方法的使用者应全面地理解装置的结构指导方针。虽然在制造装置时，指导方针成为强制性条款，必须严格遵守，但使用者还应证明设备是符合本规范要求的。如果忽视了这点，就可能导致测量上的严重误差。图1为热流计与试件的典型布置图。可以看出装置由加热单元、一个(或两个)热流计、一块(或两块)试件和冷却单元组成。图la)为单试件不对称布置，热流计可以面对任一单元放置。图lb)为单试件双热流计对称布置。图lc)为
33、双试件对称布置，其中两块试件应该基本相同，由同一样品制备。如果满足本标准的要求，各种布置均将得到相同的结果。附录B简单讲述了热流计。需要用一个以上热流计装置时，可在加热单元的另一边增加一个热流计和冷却单元构成双向热流计装置。在文献27和文献16中有单、双热流计的例子；也可见图ld)和le)。形彩SS”钐殇：a)单试件不对称布置 b)单试件双热流传感器布置 c)双试件对称布置d)双向装置钐钐钐；形 US，r。vW HS”钐杉杉杉杉杉钐钐 U”HS。 V钐e)双向装置U，矿 冷却和加热单元；H，H，f，热流计。图1 热流计装置的典型布置图22装置加热单元、冷却单元及热流计的工作表面(即与试件接触的
34、表面)应该涂漆或进行其他处理，以满足在工作温度下其总半球辐射率大于08的要求。221加热和冷却单元2211总述加热和冷却单元的工作表面应是等温表面。这可通过在两块金属板中放置均匀比功率的电热丝或在板中通以恒温的流体来达到，也可二者结合使用或使用其他方法，见文献2。在设计时，液体加热金8GBT 10295-2008IS0 8301：1991(E)属板需要特别注意。首先确定最不利情况下的热载荷，然后暂定流体流量，通过估计板进口和出口处流体的温差来检查流量是否正确。对大多数流体布置来说，该温差比板的任何温度不均匀性大。最理想的是双螺旋的逆向流方式(见图2)。然而，这种情形流体和金属间的热阻必须足够大
35、，否则板温度不均匀性可能比板进口和出口间流体的温差还大。为了获得流体冷却或流体加热金属板的正确设计，可参见文献I-9或文献E14。热流计中加热或冷却单元工作表面温度的均匀性可能比防护热板法中更重要，因为一些热流计可能对主表面的温差更敏感(见2223)。加热和冷却单元的工作表面应该由导热系数高的金属组成，并且工作表面的平整度应在0025以内。冷却单元的工作表面应是等温面，其尺寸至少和加热单元的工作表面一样大，冷却单元可以和加热单元相同。图2在使用外加恒温流体时，加热单元设计示意图例2212温度要求加热和冷却单元的工作表面上温度不均匀性应小于试件温差的I。如果热流计直接与加热或冷却单元工作表面接触
36、，并且热流传感器对沿表面的温差敏感，则温度均匀性要求更高，应保证热流量测量误差小于05。测定时工作表面温度的波动或漂移应不超过试件温差的05。另外热流计与试件接触的表面，其温度波动应小于试件温差的05，见附录B。热流计由于表面温度波动引起的输出波动应不大于2，这些波动是由于自动控制系统质量较差加上热流计的热容而产生的，必要时可在热流计与加热或冷却单元的工作表面间插入薄层绝热材料作阻尼。222热流计2221目的热流计是利用穿过试件和热流计的热流而产生温差来测量通过试件的热流密度的装置。2226中描述了热流计的类型。热流计是由均质芯板、表面温差传感器和表面温度传感器组成。测量区域是芯板，温差传感器
37、就位于此处。在此可用盖板起保护及热阻尼作用。有时使用金属板(箔)做成的均温板来改善或简化测量，但是不应设置在使热流计的输出会受试件热性能影响的地方。2222芯板应由不吸湿、热均质、各向同性、长期稳定和硬质的(可压缩性较小的)材料制作。在使用的温、湿度条件下及正常的装卸后，芯板材料的性质不会发生有影响的变化。软木复合物、硬橡胶一塑料、陶瓷、酚醛层压板、环氧或硅酮填充的玻璃纤维布等可用于制作芯板。芯板的两个表面应平行，以保证热流均匀垂直于表面。2223热电堆应采用灵敏且稳定的温差检测器测量芯板上的微小温差(见附录B)。常用多接点的热电堆，其中一些类型如图3所示。接点位于热流计芯板表面，可测量通过芯
38、板的温差。9GBT 10295-2008IS0 8301：1991(E)热电堆的热电势。与流过芯板的热流密度g有关。g一，s，其中，称为标定常数。它与温度有关，在一定程度上还与热流密度有关。为了避免沿元件一面到另一面热传导的影响，热电堆导体的横截面宜小于02 mm直径导线的横截面。建议用产生热电势高、导热系数低的热电元件。经证明，带状和板状的热电偶在某些设计中表现出很多优势。经证明，镀金属和光刻技术也已成功运用，见参考文献16，24和25。假定热流计主表面是等温的，热流将垂直于主表面。如果主表面不是等温的，那将会有一部分热流分量平行于热流计主表面。对该热流分量的敏感性取决于热电堆接点分布。图3
39、b)和图3c)对沿热流计主表面的温差不敏感，而图3a)则对沿垂直和平行于热流计主表面的温差都很敏感，所以应尽量避免图3a)的设计。必须采取适当措施防止通过导线的热流对温差检测器的输出产生影响。V、b)厂厂厂c)一一金属A；金属B；接点。图3热电堆设计示意图当热流计输出小于200 pV时，必须采取特殊技术，消除导线、测量线路和热流计本体中附加热电势对测量的影响。用几个不同方向的热流，一半一个方向，另一半反方向，检查热流计输出与热流密度的关系，其连线应通过原点。为了确保热流计内均匀的热阻，温差检测器应：a)均匀分布在热流计测量区域，其面积为整个表面积的1040，或者b)集中布置在不小于10的整个区
40、域内，并且这个区域在热流计中心的40范围内。2224表面板为了防止温差检测器的损坏而影响标定，热流计的两个表面应予以覆盖。在满足防止温差检测器导线热分流的前提下，覆盖材料应尽量薄。正确设计的热流计，在试件的热导率大幅度变化时，其灵敏度应与试件的热导率无关。表面板亦可起阻尼作用减少温度波动。表面板应采用与芯板类似的材料，用胶膜或易熔材料等方法粘合到芯板上。热流计的测量区域应确保平整度在0025以内。2225表面温度传感器应采用适当装置来测量热流计靠试件一侧表面的平均温度。可用粘在表面板上的80 pm铜箔来平均热流计计量区域的表面温度，箔片应该超出该区域大约等于热流计的厚度。箔片可作为铜一康铜热电
41、偶电路的一部分或者配置一个铂电阻传感器。铜和康铜丝的直径应不大于02 mm，穿过表面板1 0，J。，一GBT 10295-2008S0 8301：1991(E)后附在芯板上。康铜丝焊在箔片中心，而铜线焊在靠近一边缘处。应清除热电偶丝焊接的焊锡球，保证表面平整。表面板应经打磨，去除隆起。为了确保表面光滑平整，对于没有覆盖金属箔的热流计，其表面应覆盖一层80 pm厚的非金属薄片。热电偶应满足22313的要求。2226热流计的类型有几种类型的热流计。本标准中所描述的为温度梯度型热流计。这种热流计由板材制成芯板，通过热电堆测量芯板上的温度梯度，它一般用于稳态或准稳态测量。通常热流计分高阻型和低阻型两种
42、。高阻型由软木等高热阻材料制作芯板，芯板上有适当绕制的热电堆以检测温度差。热流计的每个表面上设置表面材料，表面材料上装置一组(或一个)温度传感器及均温板，最外表罩上低渗透率的薄膜。这种热流计的特点是温降大、用较小接点的热电堆就有足够的灵敏度、制造容易、灵敏度与被测试件性质的关系小。低热阻型热流计是用较低热阻的材料(如环氧或有机硅树脂填充的玻璃纤维布)制作芯板，其上绕有非常灵敏的热电堆以测量温差，每个面也放置表面材料。许多情况下，表面材料就是绝缘膜和金属片。这种热流计的特点是温降小、足够的或高的灵敏度，但设计和制造需要特殊的技术，见文献24和25。223其他测量装置2231温度22311装置的温
43、度测量加热和冷却单元(或热流计)工作表面间的温度差应准确到1，对于热流计表面温度的测量见2225。加热和冷却单元工作表面的温度可用永久安装在槽内或直接装在工作表面之下的热电偶测量。当采用双试件对称布置时，置于加热和冷却单元的工作表面上的温度传感器可用差动连接。此时温度传感器必须与板电气绝缘，金属板应接地，建议绝缘电阻应大于1 Mn。每一表面上温度传感器的数量应不小于i0佩2(取大)个，其中A是测量区域面积(m2)。如热电偶经常更换或经常标定，对于面积小于004 m2的板，每个面上可只用一个热电偶。新建立的装置至少需要两支热电偶。对于某些类型的材料，由于传感器和试件表面的热阻，上述步骤可能会产生
44、测量上的误差，见文献10。如果出现这种情况，参考223i2。22312试件上的温差223121热阻大于05 iTl2KW，且表面能很好贴合到工作表面的软质试件，通常采用固定在加热、冷却单元或热流计的工作表面上的温度传感器进行测量。223122在某些情况下，试件和装置工作表面之间接触热阻可能产生影响。如某些硬质材料，冷、热板与试件间不能很好地接触，试件和装置面板(表面不是十分平)微小的不均匀性会产生接触热阻，它不能均匀地分布在试件和冷热板、热流计的工件表面。此时需要采用一些特殊方法。已证实对于硬质材料可在试件和工作表面间插入适当的均匀材料的薄片(薄片热阻不能大于试件热阻的十分之一)，然后用装在试
45、件表面上或埋人试件表面的热电偶来测定试件的温差。此法也可与试件和工作表面间插入低热阻材料的薄片结合使用。22313温度传礞器使用热电偶作温度传感器时，装在加热和冷却单元表面上的热电偶直径应不大于o6 mm，小尺寸装置宜不大于02 mm。其他方法如埋在薄片里的热电偶需要特别注意以减少低热阻试件表面温度的测量误差。装在试件表面或埋人试件表面的热电偶直径应不大于02 mm。对于低热阻试件，建议热电偶应尽可能地放在试件表面内，否则应使用直径较小的热电偶。用于测11GBT 10295-20081S0 8301：1991(E)量试件表面温度的热电偶应经过标定或能提供如表D1误差的证明。采用其他温度传感器如
46、铂热电阻，必须具有相当的或更好的准确度、灵敏度和稳定性。由于温度传感器周围的热流歪曲、温度传感器的漂移等引起的温差测量的总误差应小于1。2232电气测量系统22321总述测量系统的设计取决于温度传感器的类型和热电堆或温差传感回路的灵敏度。输出范围随装置的操作范围而不同。在各种可能的情况下，输出范围将变化几个数量级。高度线性、宽范围(多位数的)或低线性、多范围测量仪表成为必要。而这个选择将由用户总的要求来决定。热流计装置快速测量的能力在测量系统计算并显示热阻、热导或导热系数时能最好地得到运用。然而，测量系统应该提供监督每一单个的温度传感器的手段。计算线路可以是数字或模拟的。若是数字的，不需增加任
47、何明显的误差或限制，若是模拟的，就会降低长、短期的稳定性、线性和精确度，同时降低灵敏度。在鉴定测试中，必须把计算线路看作是测量系统的一部分，而且整个系统都应满足22322要求。在模拟计算线路中，长期稳定性始终是一个问题。在每一次报告中必须做特定的检测。如果要获得可靠的测量结果，222中所有的因素都应仔细考虑到。22322高水平性能及报告的测量系统要求当装置用于测量高水平性能及报告时，测量系统(包括计算电路)应满足下列要求：a)灵敏度、线性、准确度和输入阻抗应满足测量试件温差的误差小于士05，测量热电堆热电势的误差小于06。b)灵敏度高于温差检测器最小输出的015。c)在温差检测器预期输出范围内非线性误差小于o1。d) 由于输入阻抗引起的读数误差应不大于01。一般1 Mo足以满足要求。e)稳定性应满足在两次标定之间或30天内(取大者)读数变化小于02。f)在温差和热电堆输出中，噪声电压的有效值应小于01。2233厚度测量测量厚度的误差应小于土05。由于试件厚度随试验温度及冷、热板压力变化而变化，因此建议在测试的温度和压力条件
