Úvod
Metoda měřiče tepelného toku (NETZSCH HFM 436 Lambda na obrázku 1) se nejčastěji používá pro měření tepelné vodivosti izolačních materiálů, jako jsou skleněná vlákna, minerální vlákna a polymerní pěny v přibližném rozsahu 0,002 až 0,1 W/(m-K) a tloušťce 20 až 100 mm. Se zvláštními opatřeními týkajícími se přípravy vzorku, měření teploty a nastavení přístroje lze rozsah metody HFM rozšířit na měření stavebních materiálů, jako je beton, zdivo a dřevo, a také plastů, kompozitů a skla s tepelnou vodivostí až 2 W/(m-K) a tepelným odporem až 0,02 (m2-K)/W (viz příklad v tabulce 1).
Tabulka 1: Měření tepelné vodivosti cementu pomocí přístroje HFM 436/3 se sadou přístrojů (pryžové desky a termočlánky pro vzorky)
| Vzorek | Tloušťka vzorku (mm) | Tlak v zásobníku | Průměrná teplota (°C) | Teplota Δ | HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. Hustota vzorku (kg/m3) | Teplotní odpor (m²-(K/W)) | Tepelná vodivost (W/(m-K)) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (PSI) | k(PA) | desky | vzorky | ||||||
| Cement | 76.25 | 2.0 | 13.8 | 26.1 | 19.2 | 14.3 | 1959 | 0.0617 | 1.24 |
Při typických měřeních HFM izolačních materiálů lze pro výpočet tepelné vodivosti použít teplotní rozdíl napříč vzorkem (ΔT) měřený termočlánky zabudovanými v povrchu horké a studené desky. Ačkoli na rozhraní desky a vzorku je vždy přítomen tepelný odpor small a teplotní spád, lze je zanedbat ve srovnání s mnohem větším tepelným odporem vzorku a ΔT. U stlačitelných izolačních materiálů je dobrý tepelný kontakt zajištěn, pokud je vzorek deskami mírně stlačen. U pevnějších materiálů, jako je plastová pěna, lze tyto kontaktní odpory stále zanedbat, pokud jsou povrchy vzorku rovné a rovnoběžné a desky HFM vyvíjejí dostatečný tlak. U materiálů s vyšší tepelnou vodivostí, obecně s tepelnou vodivostí > 0,5 W/(m-K) a tepelným odporem < 0,1 (m2-K)/W, již nelze kontaktní odpory mezi deskami a vzorkem zanedbat. Jelikož jsou tyto materiály obecně tuhé a nestlačitelné a mohou mít drsný povrch, může být tepelný kontakt s deskami HFM ještě více omezen mezerami a vzduchovými filmy. K překonání těchto vlivů se používají termočlánky namontované na povrchu vzorku a pryžové styčné desky, jak je popsáno.
Příprava vzorku
Pro zajištění dostatečného tepelného odporu vzorku a ΔT se doporučuje minimální tloušťka vzorku 50 mm. Maximální tloušťka je přibližně 90 mm, aby byl prostor pro podložky rozhraní a pro instalaci a vyjmutí vzorku.
Připravte povrchy vzorku, které jsou v kontaktu s deskami, tak, aby byly co nejhladší a rovné a rovnoběžné v rozmezí přibližně 0,3 mm. I když to může být u mnoha stavebních materiálů, jako je beton, náročné, je to nezbytné pro dobrý tepelný kontakt s deskami HFM i při dodržení těchto speciálních postupů.
Před instalací do desek HFM je třeba pečlivě změřit tloušťku vzorku na několika místech v blízkosti centrální měřicí oblasti a vypočítat průměr.
Kalibrace HFM
Postačí běžná kalibrace pomocí dodaného standardu ze skelných vláken. Není nutné provádět kalibraci pomocí termočlánků a desek rozhraní nebo pomocí standardního vzorku s vyšší tepelnou vodivostí. Zkoušky ukázaly, že kalibrace snímače tepelného toku pomocí etalonu desky ze skleněných vláken je platná v rozsahu tepelného odporu large.
Postupy - NETZSCH HFM 436/3 s volitelnou sadou přístrojů
- Dodávají se dva termočlánky a dvě silikonové pryžové desky (Obrázek 2). Označte středový bod každého povrchu vzorku, položte horní a dolní termočlánkové sondy tak, aby jejich konec byl umístěn v blízkosti středové značky, a zalepte je podle obrázku 3.
- Umístěte pryžové listy na každou stranu vzorku přes povrchové termočlánky a přilepte je na místo kolem okrajů vzorku, jak je znázorněno na obrázku 4. Páska zabrání posunutí nebo přehnutí plátů během nakládání vzorku.
- Vložte vzorek do komory HFM a spouštějte desku, dokud se automaticky nezastaví (maximální zatížení desky). Používáte-li volitelnou funkci vkládání stohů, doporučuje se tlak na desku přibližně 2 PSI (asi 4 kPa), aby se zlepšil tepelný kontakt.
- Zapojte konektor horního termočlánku vzorku do levé polohy (sada přístrojů) a konektor dolního termočlánku vzorku do pravé polohy.
- V softwaru Q-Lab
Pro definici vzorku je třeba zvolit možnost "User Thickness" (Uživatelská tloušťka) a do okna zadat tloušťku vzorku v cm. Tloušťka vzorku se použije pro výpočet tepelné vodivosti. Všimněte si, že tloušťka vzorku nyní zahrnuje tloušťku pryžových desek rozhraní. V závislosti na tepelném odporu vzorku bude obvykle nutné definovat menší teplotu Δ, aby nedošlo k nasycení údajů snímače tepelného toku, Q Upper a Q Lower. U vzorků, jako je beton (tloušťka 50 mm, Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.tepelná vodivost > 1 W/(m-K)), se obvykle vyžaduje Δ 10 K nebo méně (napříč vzorkem). Δ musí být zvoleno tak, aby hodnoty Q Upper a Q Lower byly v rovnováze přibližně 32 000 uV nebo nižší. To může při testování neznámých vzorků vyžadovat nastavení několika nastavených hodnot s různými Δ. Minimální doporučená hodnota Δ je přibližně 4 K.
