Page 30 - 理化检验-物理分册2023年第九期

张子富, 等: 闪光法测量粉末冶金铍材热物理参数的结果不确定度评定

件下的热扩散系数、 比热容和导热系数, 取直径为 布, 取包含因子 k= 3 , 误差半宽为 5% , 可得到
10mm 、 厚度为2mm 的试样, 采用千分尺测量试样 u 2rel x ) 为1.63% , u 2 x ) 为0.7384mm / s 。

2
(
(

的直径和厚度。当环境温度为25℃时, 设置升温速 表1 试样的热扩散系数、 比热容、 导热系数的重复性试验测量结果

率为0.1K / min , 当环境温度超过 25 ℃ 时, 设置升 测量次 热扩散系数 / 比热容 / 导热系数 /

温速率为4K / min 。采用模型和脉冲联合修正进行 数 / 次 ( mm · s ) ( J · k g · K -1 ) ( W · m · K -1 )
-1
2
-1
-1
数学计算, 相同条件下重复测量10次, 每个温度点 1 45.6 1.97 165.5
测量3次, 取其平均值。测量结束后, 利用分析软件 2 45.5 1.96 164.3
3 44.9 2.05 169.5
对测量数据进行计算, 最终得到试样的热扩散系数、
4 44.9 2.10 173.7
导热系数和比热容。
5 45.7 2.06 173.4
2 不确定度评定的数学模型及其来源 6 45.5 2.05 171.8
7 45.4 2.01 168.1
试样的热扩散系数是直接从闪光导热仪的分析 8 45.1 1.98 164.5
软件读出的。比热容是通过选择合适的参比试样进 9 45.1 2.05 170.3
行测量, 并进行一定的修正得到的, 每次的测量参数 10 44.8 2.08 171.6
(
是固定的, 因此, 可以将比热容看成是从闪光导热仪 3.3 测量试样厚度的不确定度分量u 3 x )
的分析软件读出的。热扩散系数和比热容测量结果 由 校 准 证 书 可 知, 千 分 尺 的 不 确 定 度 为

的数学模型如式( 1 ) 和式( 2 ) 所示。 1.3 μ m , 包 含 因 子 k = 2 ,测 量 试 样 厚 度 为

α= x ( 1 ) 1.998mm , 得到其相对标准不确定度为 0.033% 。
C p= y ( 2 ) 由闪光法测量热扩散系数的测量原理可知, 试样厚
式中: α 为热扩散系数的测定值; x 为热扩散系数的 度是以平方的形式影响热扩散系数的测量结果的,
为比热容的测定值; 为比热容的 因此, 试样厚度引入的相对标准不确定度u 3rel x )
(
仪器测量值; C p y

2
(
仪器测量值。 为0.05% , 标准不确定度u 3 x ) 为0.0227mm / s 。
导热系数的数学模型如式( 3 ) 所示。 3.4 不确定度评定
λ= x×y× ρ ( 3 ) 各分量互不相关, 用平方和法的平方根计算合
(
式中: λ 为导热系数的测定值; 为密度的测定值。 成标 准 不 确 定 度 u c α ) 和 相 对 标 准 不 确 定 度
ρ
(),
由数学模型和测量原理可知, 影响热扩散系数、 u crelα 计算结果如式( 4 ) 和式( 5 ) 所示。
比热容、 导热系数的不确定度来源主要有: 测量结果 u cα = u 1 x ) u 2 x ) u 3 x ) = 0.7411

2
2
2
+
(
(
()
(
+
的重复性分量、 仪器测量精度引入的不确定度分量、 ( 4 )
测量试样厚度和密度引入的不确定度分量 [ 5-8 ] 。
2
2
2
()
(
+
+
u crelα = u 1rel x ) u 2rel x ) u 3rel x ) =
(
(
3 热扩散系数测量不确定度评定 1.64% ( 5 )
取包含因子k=2 , 计算可得热扩散系数的扩展
(
3.1 测量结果的重复性分量评定u 1 x ) 不确定度U ( α ) 为1.48mm / s , 相对扩展不确定度

2
在相同条件下, 对同一试样测量10次, 试样的 U relα 为3.3% 。
()
热扩散系数、 比热容、 导热系数的重复性试验测量结
果如表1所示。由表1可知: 试样热扩散系数的平 4 比热容测量不确定度评定
()

2
均值为 45.3mm / s , 测量的标准偏差为 0.3274 。 4.1 测量结果的重复性分量评定u 1 y
热扩散系数测量重复性所引起的不确定度分量 试样比热容测量结果的平均值为2.03J /( k gK ),

·

u 1 x ) 为 0.0584 mm / s , 相 对 标 准 不 确 定 度 测量的标准偏差为0.0482 。重复性引入的标准不
2

(
( ) 为0.0086J /( k g K ), 相对标准
u 1rel x ) 为0.13% 。 确定度分量u 1 y ·
(
()
3.2 仪器测量精度引入的标准不确定度分量u 2 x 不确定度u 1rely
( ) 为0.42% 。
()

采用 B 类 评 定 方 法 进 行 评 定, 依 据 GB / T 4.2 仪器测量精度引入的标准不确定度分量u 2y
22588 — 2008 《 闪光 法 测 量 热 扩 散 系 数 或 导 热 系 采用 B 类 评 定 方 法 进 行 评 定, 依 据 GB / T

数》, 热扩散系数的检测精度可达±5% , 服从均匀分 22588 — 2008 , 比热容的检测精度可达±5% , 服从均
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