Въведение
Методът на топломера (NETZSCH HFM 436 Lambda на фигура 1) най-често се прилага за измерване на топлопроводимостта на изолационни материали, като например стъклени влакна, минерални влакна и полимерни пяни, в приблизителния диапазон от 0,002 до 0,1 W/(m-K) и с дебелина от 20 до 100 mm. Със специални предпазни мерки по отношение на подготовката на пробата, измерването на температурата и настройките на уреда обхватът на метода HFM може да бъде разширен до измервания на строителни материали като бетон, зидария и дърво, както и пластмаси, композитни материали и стъкло с коефициент на топлопроводност до 2 W/(m-K) и термично съпротивление до 0,02 (m2-K)/W (вж. примера в таблица 1).
Таблица 1: Измерване на топлопроводимостта на цимента с помощта на HFM 436/3 с комплект уреди (гумени листове и термодвойки за проби)
| Проба | Дебелина на образеца (mm) | Налягане на стековете | Средна температура (°C) | Температура Δ | Плътност на образеца (kg/m3) | Термичен съпротивление (m²-(K/W)) | Топлинна проводимост (W/(m-K)) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (PSI) | k(PA) | плочи | проби | ||||||
| Цимент | 76.25 | 2.0 | 13.8 | 26.1 | 19.2 | 14.3 | 1959 | 0.0617 | 1.24 |
При типични HFM измервания на изолационни материали температурната разлика в пробата (ΔT), измерена от термодвойките, вградени в повърхностите на горещата и студената плоча, може да се използва за изчисляване на коефициента на топлопроводност. Въпреки че винаги има small термично съпротивление и температурен пад на интерфейсите между плочата и пробата, те могат да бъдат пренебрегнати в сравнение с много по-голямото термично съпротивление на пробата и ΔT. За компресируеми изолационни материали добрият топлинен контакт се осигурява, ако пробата се компресира леко от плочите. За по-твърди материали, като например пластмасова пяна, тези контактни съпротивления все още могат да бъдат пренебрегнати, стига повърхностите на пробата да са плоски и успоредни и да се прилага достатъчен натиск от HFM плочите. За материали с по-висока топлопроводимост, обикновено с топлопроводимост > 0,5 W/(m-K) и топлинно съпротивление < 0,1 (m2-K)/W, контактните съпротивления между плочите и пробата вече не могат да бъдат пренебрегвани. Освен това, тъй като тези материали обикновено са твърди и несвиваеми и могат да имат грапави повърхности, топлинният контакт с плочите на HFM може да бъде още повече намален от пролуки и въздушни филми. За да се преодолеят тези ефекти, се използват термодвойки, монтирани на повърхността на пробата, и гумени интерфейсни листове, както е описано.
Подготовка на пробата
За да се получи достатъчно термично съпротивление на образеца и ΔT, се препоръчва минимална дебелина на образеца от 50 mm. Максималната дебелина е приблизително 90 mm, за да се осигури място за интерфейсните подложки и за монтиране и демонтиране на образеца.
Подгответе повърхностите на образеца, които са в контакт с пластините, така че да бъдат възможно най-гладки, плоски и успоредни в рамките на около 0,3 mm. Въпреки че това може да е предизвикателство за много строителни материали, като например бетон, то е необходимо за добрия термичен контакт с HFM плочите, дори когато се спазват тези специални процедури.
Преди да се монтира в HFM, дебелината на пробата трябва да се измери внимателно на няколко места в близост до централната измервателна зона и да се изчисли средната стойност.
Калибриране на HFM
Достатъчно е нормално калибриране, като се използва доставеният стандарт от стъклопласт. Не е необходимо да се калибрира, като се използват термодвойки и интерфейсни листове или стандартен образец с по-висока топлопроводимост. Тестовете показват, че калибрирането на датчика за топлинен поток с помощта на стандартната плоскост от фибростъкло е валидно в large диапазон на термично съпротивление.
Процедури - NETZSCH HFM 436/3 с допълнителен комплект за инструменти
- Доставени са две термодвойки и два интерфейсни листа от силиконов каучук (Фигура 2). Отбележете централната точка на всяка повърхност на пробата, поставете горната и долната термодвойка с края, поставен близо до централната марка, и залепете лентата, както е показано на фигура 3.
- Поставете каучуковите листове от всяка страна на образеца върху термодвойките на повърхността и ги залепете с тиксо около ръбовете на образеца, както е показано на фигура 4. Лентата ще предпази листовете от разместване или сгъване по време на зареждането на пробата.
- Заредете пробата в камерата на HFM и спуснете плочата, докато тя спре автоматично (максималното приложено натоварване на плочата). Ако използвате опционалната функция за зареждане на стекове, се препоръчва натиск върху плочата от около 2 PSI (около 4 kPa), за да се подобри термичният контакт.
- Включете горния конектор за термодвойка на пробата в лявата позиция (комплект за инструменти) и долния конектор за термодвойка на пробата в дясната позиция.
- В софтуера Q-Lab
За дефиниране на пробата трябва да се избере "User Thickness" (Дебелина на потребителя) и в прозореца да се въведе дебелината на пробата в cm. Дебелината на пробата ще се използва за изчисляване на коефициента на топлопроводност. Обърнете внимание, че "Дебелина на пробата" сега включва дебелината на гумените интерфейсни листове. В зависимост от топлинното съпротивление на образеца обикновено е необходимо да се определи по-малка температура Δ, за да се избегне насищане на показанията на преобразувателя на топлинния поток, Q Upper и Q Lower. За образци като бетон (дебелина 50 mm, топлопроводимост > 1 W/(m-K)) обикновено се изисква Δ от 10 K или по-малко (за целия образец). Δ трябва да се избере така, че показанията на Q Upper и Q Lower да се поддържат в равновесие на или под приблизително 32 000 uV. Това може да наложи задаването на няколко зададени стойности с различни Δ, когато се тестват неизвестни проби. Минималната препоръчителна стойност на Δ е приблизително 4 K.
