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一、系统设计
我们设计的低温热导率测试系统是基于傅里叶定律的最基本方法:长轴稳态热流法。在热导率测量中,我们改进了测量方法:只使用一支温度计测量加热热流造成的温差,从而减小了两支温度计测量带来的累加误差。如图1所示。传统的长轴稳态热流法在S1和S2处分别放置两支温度计,测量S3单加热器在给定加热功率(产生稳态热流)时产生的温度差△T=TS2-TS1,由此计算该物质的热导率。而本恒温器中在S1和S2处分别放置的是两支阻值相同并且温度特性一致的精密线绕电阻加热器,S3处放置的是测温温度计。由于低温下的良好高真空绝热,加热器在S1和S2处产生的热流在稳态时只能沿S2到S1的方向流向热沉,对于热导较好的样品,经过一段时间后,S3处的温度应该与加热器处相同。在等功率分别稳态加热S2和S1处的加热器时测得的S3处温度差就应该是相应热流下的S2与S1之间产生的温差:△T=TS32-TS31,由此可以计算该物质的热导率。我们称此方法为单温度计长轴稳态热流法。
二、系统组成
本装置由ENV-100杜瓦、一台TC201控温仪、一台高精度(0.01K)测温仪、一台定时恒流源(可定时输出恒定的加热电流)、恒温器真空套和一根不锈钢热导样品杆组成。实验时使恒温器真空套下半部分浸入液氮中。如果用液氮做低于80K的实验,则需要将杜瓦上盖板上插液面计及备用的10毫米与8毫米孔用实心堵头堵住,然后从杜瓦盖板上的出气口用机械真空泵对杜瓦中的液氮减压,获取80K以下的样品温度。为了提高量热的精度,用户应另找一台5位半或以上的数字电压表,测量加热器上的实际加热电压(即实际加热功率)。
三、系统特点
本装置是在对以往很多实验装置设计、制造与使用总结的基础上,重新设计出来的恒温器。其中恒温器的控制降温冷量方法为可调固体热接触,加热热量来源于沿杆从室温传下的热量与控温仪提供的电加热。恒温器内底装有低温吸气剂,可以明显提高低温下的真空度,改善绝热条件,降低对用户真空机组的要求。
五、主要技术指标
变温范围: 80~300K、65~300K(液氮减压)
控温精度: 可优于±0.2K/30分钟(最佳值,与实验人的技巧有关)
热沉加热器: 20欧姆 0.33毫米外径漆包锰铜线
样品加热器: 欧姆0.14 毫米外径漆包锰铜线
配装温度计: Pt100铂电阻
随机样品: Φ5× 不锈钢棒热导样品
样品温度计: Pt100铂电阻
使用方式: 垂直
定时恒流源
输出电流: 0~200mA
最高输出电压: 直流 8伏特
输出方式: 恒流或按4,16,64秒触发定时恒流
显示量程: 四位半
晶振: 32768Hz
定时输出时间: 0.00~99.00秒任意可调
时间控制精度: 优于20毫秒
环境条件: 15~30℃, 湿度小于85%

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