نصائح وحيل
كيفية قياس العينات الصلبة ذات الموصلية الحرارية العالية عن طريق جهاز قياس الترددات العالية
يتم تطبيق طريقة مقياس التدفق الحراري (NETZSCH HFM 436 Lambda في الشكل 1) الأكثر شيوعًا على قياسات التوصيل الحراري للمواد العازلة مثل الألياف الزجاجية والألياف المعدنية ورغاوي البوليمر في النطاق التقريبي من 0.02 إلى 0.1 واط/(م-ك) وسمك 20 إلى 100 مم.
مع اتخاذ احتياطات خاصة فيما يتعلق بإعداد العينة وقياس درجة الحرارة وإعدادات الأجهزة، يمكن توسيع نطاق طريقة HFM لقياس مواد البناء مثل الخرسانة والبناء والخشب، وكذلك البلاستيك والمواد المركبة والزجاج مع توصيل حراري يصل إلى 2 وات/(م-ك) ومقاومة حرارية منخفضة تصل إلى 0.02 (م2-ك) / وات (انظر المثال في الجدول 1).
الجدول 1. قياس الموصلية الحرارية للأسمنت باستخدام HFM 436/3 مع مجموعة الأجهزة (صفائح مطاطية ومزدوجات حرارية للعينة)
| العينة | العينة السماكة (مم) | ضغط المكدس الضغط (PSI) ك (PA) | متوسط درجة الحرارة (درجة مئوية) | درجة الحرارة عينة العينة (كلفن) | العينة الكثافة (كجم/م³) | المقاومة الحرارية (م²-ك/ثانية) | الموصلية الحرارية (واط/م ك) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| الأسمنت | 76.25 | 2.0 13.8 | 26.1 | 19.2 14.3 | 1959 | 0.0617 | 1.24 |
مع قياسات HFM النموذجية للمواد العازلة، يمكن استخدام فرق درجة الحرارة عبر العينة (ΔT) كما تم قياسه بواسطة المزدوجات الحرارية المدمجة في اللوح الساخن وأسطح اللوح البارد لحساب التوصيل الحراري. على الرغم من وجود مقاومة حرارية صغيرة دائمًا وانخفاض في درجة الحرارة عند واجهات اللوحة إلى العينة، إلا أنه يمكن إهمالها مقارنةً بالمقاومة الحرارية الأكبر للعينة و ΔT. بالنسبة للمواد العازلة القابلة للانضغاط، يتم ضمان التلامس الحراري الجيد إذا كانت العينة مضغوطة قليلاً بواسطة الألواح. بالنسبة للمواد الأكثر صلابة مثل الرغوة البلاستيكية، يمكن إهمال مقاومات التلامس هذه طالما أن أسطح العينة مسطحة ومتوازية ويتم تطبيق ضغط كافٍ بواسطة ألواح HFM.
أما بالنسبة للمواد ذات الموصلية الحرارية الأعلى، بشكل عام ذات الموصلية الحرارية > 0.5 وات/(م-ك) والمقاومة الحرارية < 0.1 (م2-ك) / وات، لا يمكن إهمال مقاومات التلامس بين اللوح والعينة. وأيضًا، نظرًا لأن هذه المواد صلبة وغير قابلة للانضغاط بشكل عام وقد يكون لها أسطح خشنة، فقد يتم تقليل التلامس الحراري مع ألواح HFM بشكل أكبر بسبب الفجوات والأغشية الهوائية. وللتغلب على هذه التأثيرات، يتم استخدام المزدوجات الحرارية المركبة على سطح العينة والصفائح البينية المطاطية كما هو موضح أدناه.
تحضير العينة
لإعطاء عينة كافية لإعادة المقاومة الحرارية للعينة و Δ T، يوصى بأن يكون الحد الأدنى لسمك العينة 50 مم. السماكة القصوى 90 مم تقريبًا للسماح بمساحة للوسادات البينية وتركيب العينة وإزالتها.
جهز أسطح العينة الملامسة للألواح لتكون ناعمة قدر الإمكان ومسطحة ومتوازية في حدود 0.3 مم تقريبًا. على الرغم من أن هذا قد يكون صعبًا بالنسبة للعديد من مواد البناء مثل الخرسانة، إلا أنه ضروري للتلامس الحراري الجيد مع ألواح HFM حتى عند اتباع هذه الإجراءات الخاصة.
قبل التثبيت في HFM، يجب قياس سمك العينة بعناية في عدة مواقع بالقرب من منطقة القياس المركزية وحساب المتوسط.
معايرة HFM
تكفي المعايرة العادية باستخدام معيار لوح الألياف الزجاجية المزود. ليس من الضروري المعايرة باستخدام عينة المزدوجات الحرارية وألواح الواجهة أو باستخدام عينة قياسية أعلى للتوصيل الحراري. وقد أظهرت الاختبارات أن معايرة محول طاقة التدفق الحراري باستخدام معيار لوح الألياف الزجاجية صالحة على نطاق كبير من المقاومة الحرارية.
الإجراء - NETZSCH HFM 436/3 مع مجموعة أجهزة القياس الاختيارية
- يتم توفير اثنين من المزدوجات الحرارية واثنين من صفائح واجهة مطاط السيليكون (الشكل 2). ضع علامة على النقطة المركزية لكل سطح عينة، وضع مسابر المزدوجات الحرارية العلوية والسفلية مع وضع الطرف بالقرب من العلامة المركزية والشريط اللاصق في مكانه كما هو موضح في الشكل 3.
- ضع الألواح المطاطية على كل جانب من جوانب العينة فوق المزدوجات الحرارية السطحية وألصقها في موضعها حول حواف العينة كما هو موضح في الشكل 4. سيمنع الشريط اللاصق الألواح من التحول أو الطي أثناء تحميل العينة.
- قم بتحميل العينة في حجرة HFM وخفض اللوح حتى يتوقف تلقائيًا (أقصى حمل للوح مطبق). في حالة استخدام خاصية تحميل المكدس الاختيارية، يوصى بضغط اللوحة بحوالي 2 PSI (حوالي 14 كيلو باسكال) لتحسين التلامس الحراري.
- قم بتوصيل موصل المزدوجة الحرارية للعينة العلوية في الموضع الأيسر (مجموعة الأدوات) وموصل المزدوجة الحرارية للعينة السفلية في الموضع الأيمن. أغلق باب HFM.
- في برنامج Q-Lab:
لتعريف العينة يجب تحديد سُمك المستخدم وإدخال سُمك العينة بالسنتيمتر في النافذة. سيتم استخدام سُمك العينة لحساب التوصيل الحراري. لاحظ أن سُمك المقياس يتضمن الآن سُمك صفائح الواجهة المطاطية.
اعتمادًا على المقاومة الحرارية للعينة، يجب عادةً تحديد درجة حرارة أصغر Δ لتجنب تشبع قراءات محول طاقة التدفق الحراري، Q العلوي و Q السفلي. بالنسبة لعينات مثل الخرسانة (سمك 50 مم، الموصلية الحرارية > 1 وات/م-ك) عادةً ما تكون Δ من 10 كلفن أو أقل (عبر العينة) مطلوبة عادةً. يجب تحديد Δ للحفاظ على قراءات Q العلوية وQ السفلية عند التوازن عند أو أقل من 32000 وحدة فوق البنفسجية تقريبًا. قد يتطلب ذلك ضبط عدة نقاط ضبط مع Δ مختلفة عند اختبار عينات غير معروفة. الحد الأدنى الموصى به من دلتا هو 4 كلفن تقريبًا.