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稳态热阻及有关特性的测定(圆管法）—装置
时间：2019-10-12来源：泰鼎恒业浏览次数：
装置
（1）一般要求 装置由加热的测试管与控制和测量仪器组成，这些仪器控制和测量测试管和环境空气的温度以及消耗于计量段加热器的平均功率。除非只需要测定传热率，还应包含测量绝热材料外表面温度的仪器。测试管应由内部电加热器被均匀加热，例如电阻丝缠绕在一个内部单独的管上。在大型装置中，需要提供内部循环风扇或在管内填充传热液体来获得均匀的温度。可以用独立的防护加热部件[见(3)与图24-2-10]，使测试部件端头的轴向热流减少到最 小，或用一个绝热端帽，并对所测热量加以修正 [见(4)和图24-2-11]。还应提供有控制周围空气温度的装置的密封箱或房间。
（2）尺寸 装置的管径并没有限制，但是计量段的长度应足够长，以保证测试的总热流量相对于端头损失和功率测试的准确度来说足够大，以达到要求的测试准确度。
注：对于外径88.9mm的防护端头型装置[见(3)]，测试部件长度0.6m、试件总长度接近1m就可满足。相同直径的标定或计算端头型装置[见(4)]，试件长度一般要2m或更长。也许某些装置和某些测试条件不能满足这些长度要求，需做适当的误差分析估计要求的长度。
为了方便，装置长度应为绝热材料标准长度的整倍数。
（3）防护端头型装置 防护端头型装置（见图24-2-10)使用独立的称为“防护段”的加热管部件，位于计量测试段的两端，且保持在计量段的温度，使装置轴向热流最小化，并且帮助达到均匀的温度，使试件在计量段的所有热流都为径向。除非已知预期的温度不均匀不会对测试结果造成不可接受的误差，计量段与防护段的加热器都应设计成在长度方向达到均匀的温度。如果需要的话，在单一防护段的外端使用辅助加热器或在每端设置第二防护段。每个防护段（或双防护段的总长度）应足够长，使计量段的每一端，在装置及试件内的综合轴向热流都限制在可以接受的小的数量（相对计量段的传热量）。
注：1.还没有预测防护段准确长度或温度不均勻程度，以达到要求的测试准确度的分析。希望这种分析即将出现的同时，装置应设计成与现有的已经被证实的装置一样的近似几何比例，并尝试使整个防护长度达到温度均匀。
2.在测试试件为基本均质、只有适度的各向异性、厚度不大于管子直径时，对于88.9mm外径的装置，已发现防护段长度约200mm是满足的。当测试更厚的试件或试件轴向热导率较高时，可能会需要更长的防护段。
在加热管以及测试管的防护段与计量段之间以及双防护中每个防护段之间，都应该设有隔缝 (除了结构支持需要的小的连接桥），通常宽度不大于4mm，这些隔缝可用热导率远低于管子的材料填塞。每个隔缝应装有内部隔板，使各段间的对流和辐射传热最小化。应该在测试管隔缝两边安装热电偶，它们距离隔缝不得超过25mm，且连接成温差热电堆。也应在加热管或计量段到防护段提供高导热路径的所有支撑元件上安装热电偶。
（4）标定或计算端头型装置 标定或计算端头型装置（见图24-2-11)，在计量段的每个端头上使用绝热帽来使轴向热流最小化。端头绝热帽热损失的修正，应由在测试条件下的直接标定（标定端头型装置）或使用材料性能计算 (计算端头型装置）决定。内部电加热器应该设计成长度方向对计量段进行均匀的加热。如果在计量段长度内使用了附加的端头加热器，这个加热器的功率应该包括在计量段功率的测量结果中。
①标定端帽与标定管。对于标定端头型装置，端帽应该与测试的试件有相同的横截面积和相似的传热特性。每个端帽应有一个空腔，其深度最少为测试管的半径，尺寸可以容纳测试管的端头。标定管由一个长度为两个端帽空腔深度之和的同样的短管组成。它应配有同测试管内相似的内部加热器，包括任何补充端头加热器。最少四个热电偶呈90°分布安装在标定管的表面来测量它的温度。这些热电偶的线径应与实际使用的一样，但任何情况下直径都不得大于0.64mm。
②计算型端帽。对于计算端头型装置，端帽外径应与测试的试件同样大或更大一些（见图 24-2-11)。端帽应由低热导率的均质绝热材料制成，且可以选择有一个用来放测试管端头的空腔 [但要注意稳态热阻及有关特性的测定(圆管法）之端帽的修正(2)③a(d)的限制]。在预期使用温度范围内，端帽材料的热导率应由防护热板法或热流计法测定。如果材料不是各向同性，应按计算过程中要求，测定不同方向上的热导率。
（5）管表面温度的测量 计量管计量段的表面温度应该由至少四支热电偶测量，或者在管子长度上每150mm—支热电偶，以大者为准。这些热电偶应纵向分布在计量段等长度的中心，且在圆周上以等间距角成螺旋状分布。
（6）温度传感器 通常采用由绝缘的热电偶线制成的裸珠状热电偶，本标准贯穿全文指定其为温度传感器。这样的热电偶应该单独标定或由同一卷已标定的优质金属丝制成。通常，金属丝的直径越小越好，在任何情况下，在测量金属表面时不得大于0.63mm，测量非金属表面时不得大于0.4mm。在显示的温度等于裸珠热电偶所显示的时候，也可以使用矿物绝缘的金属铠装热电偶、电阻温度计或其他温度传感器。平均温度可由几支热电偶的单独读数值平均而得，或者将热电偶热结点电气绝缘，且在总电阻相同的情况下，将热电偶并联连接，直接读出平均值。为了测量计量段和防护段间的隔缝温差，将热电偶串联成温差热电偶。
（7）温度测量系统 通常是一个直流电位计或数字微伏计的温度测量系统，应有足够的准确度以限制测定温差产生的误差在一个可接收的数量。
注：温差测量的百分比误差会导致按标准第3章公式计算得出的传热特性产生同等的百分比误差。因此，对于规定的温差和选择的可接收的误差限，可使 用标准误差分析[见稳态热阻及有关特性的测定(圆管法）之测试精密度与准确度(1)]来确定温度测量的要求。举一个极端的例子，对于一个温差低到20K的测试，如果温差测量引起的误差为1%是可接受的，那么测量温差必须准确到0.2K之内。如果温度是单个测量且误差是随机的，单独的温度测量必须准确到0.14K以内（单个测量中的固定偏移误差会在温差测定中消除）。很明显，对于大温差的绝对测量准确度的要求明显较低。
（8）电源供给 计量段加热器的电源应精密稳压，可以是交流的或直流的。如果使用防护加热器，除非使用自动控制器，其电源应该是调节的。
（9）功率测试系统 测量计量段加热器的平均功率的功率测试系统，准确度应该达到±0.5%。如果功率输入稳定，可以由已校准的瓦特计或测量电压和电流（使用标准电阻）的电压测量系统组成。如果功率输入为变量的或脉动，应该使用积分式（电能）仪器如焦耳（瓦•小时）表。
在所有情况下，应注意测量的功率仅仅是消耗在计量段的。应对导线、降压电阻器或无补偿的瓦特表所消耗的功率进行修正。
（10）环境控制与测量 应提供能够控制温度的密封箱或房间；在测试管与环境空气之间的温差等于或少于200K时，应可以维持环境空气温度在±1K之间，温差大于200K时，在±2K之间。密封箱或房间应设计为可以将环境空气维持在任何要求的高于或低于正常温度。装置应位于在空气基本静止的区域，且不应靠近其他可能改变被加热的试件的周围的自然对流方式的其他物品。可能与试件进行辐射换热的所有表面或物体的半球发射率最小为0.85,且温度应与环境空气相近。为使用其他气体而不是空气，以及按要求的方向和大小建立强制的空气速度来模拟风的影响，可配备附加设备。
设计和安装空气温度传感器时，不应使其受被测管和其他热源直接影响。通过试验确定合适的位置，必要时应使用辐射防护罩。不应直接布置在装置的上方。
外套或附加绝热层用附加可以控制温度的外套来改变试件的外表面温度，使其达到所希望的不同于环境的温度。另一个提高试件外表面温度的方法是用附加的绝热材料层覆盖试件。不管使用哪一种，按稳态热阻及有关特性的测定(圆管法）之试件(6)中规定用来测量试件外表面温度的热电偶，应先于外套或附加绝热层安装。为了不减少试件内部的辐射换热，外套或附加绝热层的内表面（面对试件）的发射率应大于0.8。这种情况下，不能测定传热率。
