مقدمة
المادة المرجعية الجديدة للتوصيل الحراري، ERM-FC440، هي المادة المرجعية الجديدة للموصلية الحرارية، ERM-FC440، وهي المادة المرجعية الخلف للمادة المرجعية المعروفة IRMM- 440، التي لم تعد متوفرة. وقد تم اعتماد ERM-FC440 من قبل معهد المواد المرجعية الأوروبية، ERM®، الموجود في بلجيكا [1].libraوتهدف هذه المادة إلى مراقبة الجودة وتقييم أداء طريقة قياسات الصفيحة الساخنة المحروسة (GHP) وكذلك لأجهزة قياس التدفق الحراري (HFM) [2].
خصائص ERM-FC440
تتوفر ألواح الألياف الزجاجية المربوطة بالراتنج ERM-FC440 بثلاثة أحجام مختلفة:
- 30 سم × 30 سم (ERM-FC440a)
- 50 سم × 50 سم (ERM-FC440b)
- 60 سم × 60 سم (ERM-FC440c)
يبلغ متوسط سُمك نموذج ERM-FC440 (28.65 ± 0.15) مم تحت حمولة 0.25 كيلو باسكال و(28.27 ± 0.19) مم تحت حمولة 1.5 كيلو باسكال. تتراوح كثافة جميع عينات ERM-FC440 في نطاق 130 و148 كجم/م3 [2]. يتم ذكر سُمك وكثافة كل صفيحة عينة فردية عند 0.25 كيلو باسكال على كل شهادة مادة مرجعية. تم اعتماد ERM-FC440 لتوصيلها الحراري في نطاق درجات الحرارة من -10 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية [2]. بالإضافة إلى ذلك، يتم إعطاء قيم الموصلية الحرارية الإرشادية في النطاق من -150 درجة مئوية إلى -10 درجة مئوية. يتم التعبير عن الموصلية الحرارية المعتمدة على درجة الحرارة λ من ERM-FC440، كما هو مذكور في الشهادة، على النحو التالي
λ [W/(m-K)] = 0.03104 + 1.1 - 10-4 - T [درجة مئوية] (1)
لنطاق درجة الحرارة بالكامل من -150 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية.
تبلغ نسبة عدم اليقين الموسع 1.1% في النطاق من -10 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية و1.9% إلى 1.1% في النطاق من -150 درجة مئوية إلى -10 درجة مئوية. ويعرض الشكل 2 الموصلية الحرارية الاسمية λ لـ ERM-FC440 وفقًا للمعادلة 1 بالإضافة إلى ميزانية عدم اليقين.
نتائج التوصيل الحراري
1. النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام GHP 456
تُعد تقنية الصفيحة الساخنة المحروسة (GHP) طريقة مطلقة بدون أيlibration للتوصيل الحراري. في وضع الصفيحتين، يتم حساب الموصلية الحرارية λ من الطاقة Q المتدفقة إلى الصفيحة الساخنة ذات مساحة القياس A، وتدرج درجة الحرارة عبر العينتين ΔT وكذلك متوسط سمك العينة d على النحو التالي:
أُجريت قياسات GHP على عينات ERM-FC440 باستخدام جهاز NETZSCH GHP 456 HT Titan® المجهز بتبريد النيتروجين السائل. استُخدمت عينات ERM-FC440a ذات الأرقام التسلسلية 001 و002 و003 و005 لاختبارات GHP. تم قياس كل من زوج العينات 001+002 وزوج العينات 003+005 في وقت واحد في وضع اللوحين. كان التدرج في درجة الحرارة عبر العينات 30 كلفن عند درجات حرارة أقل من -10 درجات مئوية، و20 كلفن عند 10 درجات مئوية ودرجات حرارة أعلى. كانت العينات مزودة بفواصل صلبة في زواياها بطول مماثل لسمك العينة الاسمي لضمان تحديد سمك العينة.
ويوضح الشكل 3 نتائج قياس التوصيل الحراري العام: في نطاق درجة الحرارة بين -150 درجة مئوية و70 درجة مئوية، يكون الانحراف النسبي عن قيم التوصيل الحراري الاسمية المحسوبة من المعادلة 1 أقل من ± 1.3% لجميع بيانات القياس باستثناء نقطة واحدة عند -150 درجة مئوية التي تنحرف بنسبة -2.2%. وتتوافق هذه النتائج مع الدقة المتوقعة لجهاز GHP 456.
2. النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام HFM 446
إن تقنية مقياس التدفق الحراري (HFM) هي طريقة نسبية تعتمد علىlibration لمستشعرات التدفق الحراري باستخدام مادة مرجعية ذات توصيل حراري معروف. يتم حساب الموصلية الحرارية المجهولة λ للعينة من التدفق الحراري لكل مساحة Q/A وتدرج درجة الحرارة ΔT عبر العينة مع متوسط السماكة d وفقًا لمعادلة فورييه للتدفق الحراري أحادي البعد على النحو التالي:
وأجريت قياسات الترددات العالية على عينات ERM-FC440 باستخدام أجهزة NETZSCH HFM 446 Lambda Eco-Line Small و Medium و Large. تم استخدام جهازي HFM 446 Large بأرقام تسلسلية 0009 و0010 في مواقع مختلفة لاختبار عينات ERM-FC440c بأرقام تسلسلية 004 و005. استُخدم جهازان HFM 446 Medium بالرقمين التسلسليين 0007 و0009 لاختبار عينات ERM-FC440a ذات الأرقام التسلسلية 001 و002 و003 و005. استُخدمت ثلاثة أجهزة HFM 446 Small ذات الأرقام التسلسلية 0086 و0087 وSOA-002 لاختبار عينات ERM-FC440 ذات الحجم 20 سم × 20 سم مقطوعة من لوحة ERM-FC440c ذات الرقم التسلسلي 005 بعد اكتمال القياسات في HFM 446 Large. لأغراض التوثيق، تم تخصيص رقم تعريفي لكل لوح مقاس 20 سم برقم تعريفي مكون من خمسة أرقام، تم لصقه على الوجه الأمامي (انظر أيضًا الشكل 1 على اليمين). تم قياس جميع الأجهزةlibrated إما بمعيار NIST SRM 1450d أو IRMM440. أُجريت القياسات عند درجات حرارة متوسطة تتراوح بين -10 درجات مئوية و70 درجة مئوية مع تدرج درجة حرارة عبر العينات بمقدار 20 كلفن وضغط تلامس بحد أقصى 2 كيلو باسكال.
توضح الأشكال من 4 إلى 6 نتائج القياس من جميع أجهزة HFM. عبر نطاق درجات الحرارة بالكامل، يكون الانحراف النسبي عن قيم التوصيل الحراري الاسمية المحسوبة باستخدام المعادلة 1 في حدود ± 1.5% لمعظم نتائج القياس، باستثناء بعض نقاط القياس عند أعلى درجة حرارة 70 درجة مئوية. تتوافق جميع النتائج مع الدقة المتوقعة البالغة ± 2% لمقاييس التدفق الحراري HFM 446.
الملخص
تم فحص الموصلية الحرارية للمادة المرجعية الجديدة للتوصيل الحراري، ERM-FC440، في نطاق درجة الحرارة بين -150 درجة مئوية و70 درجة مئوية باستخدام جهاز GHP 456 وعدة أجهزة HFM 446. وكانت جميع النتائج تقريبًا متفقة في حدود ± 1.5% مع القيم الاسمية، مما يعكس دقة أجهزة GHP 456 Titan® وHFM 446 Lambda NETZSCH .