21.01.2026 by Aileen Sammler
Metoda „Guarded-Hot-Plate“: Jak typ plynu a tlak mohou ovlivnit tepelnou vodivost vašich izolačních materiálů
Zjistěte, jak mohou druh plynu a jeho tlak významně ovlivnit tepelnou vodivost izolačních materiálů – a jak přístroj GHP 456 Titan® umožňuje provádět přesná měření v prostředí inertního plynu a ve vakuu. Společnost NETZSCH vám pomůže najít správné řešení pro vaši aplikaci.
Pokud pracujete s izolačními materiály - ať už při vývoji výrobků, zajišťování kvality nebo tepelném navrhování - potřebujete údaje o tepelné vodivosti, které jsou přesné a reprezentativní pro reálné podmínky použití. Standardní měření prováděná v laboratorních podmínkách je často nezachycují.
Proč? Protože typ a tlak plynu mají zásadní vliv na efektivní tepelnou vodivost materiálů s otevřenými póry. V závislosti na aplikaci to může rozhodnout o tom, zda systém zůstane tepelně stabilní, nebo se přehřeje.
Naše aplikační laboratoř NETZSCH pro vás provedla různé analýzy. V tomto článku se dozvíte:
- proč izolační materiály s otevřenými póry reagují tak citlivě,
- jak významný je vliv plynu a tlaku,
- a co je třeba vzít v úvahu při provádění přesných měření.
Proč jsou izolační materiály s otevřenými póry tak citlivé na plyn a tlak?
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 vláknitých izolačních materiálů, jako je skelná vata, se projevuje třemi mechanismy:
- přenosem tepla přes pevnou látku,
- sálavým přenosem tepla,
- přenos tepla plynnou fází.
Plynná fáze je obzvláště kritická. U materiálů s otevřenými póry proplachovací nebo okolní plyn účinně nahrazuje "buněčný plyn" a přímo ovlivňuje tepelnou vodivost materiálu.
Tlak plynu navíc určuje, kolik částic je k dispozici pro přenos tepla.
Výsledek: Dokonce i small změny typu nebo tlaku plynu mohou vést k large posunům v naměřené tepelné vodivosti.
Co ukazují měření - a co to pro vás znamená?
1. Různé plyny způsobují výrazné odchylky
Skelná vata (NIST SRM 1450D) byla měřena v dusíku, argonu a heliu.
Výsledky:
- v dusíku ≈ vzduch → prakticky shodné hodnoty
- v argonu: přibližně o 28 % nižší efektivní 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
- v héliu: přibližně 4× vyšší efektivní 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
Proč je to pro vás důležité:
- Argon simuluje scénáře s velmi nízkou tepelnou vodivostí plynu.
- Helium představuje druhý extrém a je typické pro plyny s vysokou tepelnou vodivostí.
- Pokud měříte pouze ve vzduchu, nemusíte získat hodnoty, které odrážejí skutečné provozní podmínky.
2. Závislost na tlaku: charakteristická S-křivka
Pod dusíkem byly zkoumány tlaky v rozmezí přibližně od 0,01 mbar do 1000 mbar.
Výsledkem je, že Efektivní 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 zůstává zpočátku konstantní - a poté prudce klesá pod cca 300 mbar.
Praktické důsledky:
- Při mírně snížených tlacích se zpočátku mění jen málo.
- Jakmile se střední volná dráha molekul plynu přiblíží průměru pórů, chování se změní.
- Pod touto hranicí závisí přenos tepla pouze na hustotě částic - 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 rychle klesá.
To je důležité zejména v případě, že:
- navrhujete součásti pro vakuové aplikace,
- pracujete v leteckém průmyslu, kryogenice nebo v oblasti vysoce výkonných izolací,
- vyžadujete realistické okrajové podmínky pro simulaci,
- potřebujete charakterizovat nízkotlaké scénáře.
Co to znamená pro vaši strategii měření
Pokud požadujete spolehlivé údaje o tepelné vodivosti izolačních materiálů s otevřenými póry v náročných podmínkách, musí váš měřicí systém:
- řízeně zavádět různé proplachovací plyny,
- podporovat podmínky skutečného vakua,
- umožňovat přesnou regulaci tlaku,
- poskytovat stabilní výsledky měření v ustáleném stavu.
Na adrese NETZSCH Analytický přístroj GHP 456 Titan® splňuje všechny tyto požadavky díky intuitivnímu softwaru a plně automatické regulaci tlaku.
Co to pro vás znamená v praxi
Chcete-li získat přesné a aplikačně relevantní hodnoty tepelné vodivosti, můžete :
- měřit nejen ve vzduchu, ale také v příslušném plynu v buňce,
- vyhodnotit závislost na tlaku, pokud je váš materiál používán za sníženého tlaku,
- vždy interpretovat literární hodnoty v kontextu podmínek měření,
- používat měřicí systém, který podporuje reprodukovatelné změny atmosféry.
To vám pomůže vyhnout se běžným úskalím:
- příliš optimistickým odhadům tepelné vodivosti,
- nesprávný výběr materiálu,
- nespolehlivé výsledky simulace,
- tepelným problémům během provozu.
Získejte úplnou zprávu!
Navštivte stránku GHP jako klíčová technologie: Přesná charakterizace tepelné vodivosti izolačních materiálů v atmosféře inertního plynu a vakua - NETZSCH Analyzing & Testing nebo si stáhněte celou aplikační poznámku ve formátu pdf zde:
NETZSCH podporuje vás při výběru správné metody měření!
Izolační materiály s otevřenými póry jsou velmi citlivé na typ a tlak plynu. Pokud je váš materiál používán za těchto podmínek, musí být za stejných podmínek testována i jeho 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. V opačném případě získáte nepřesnou efektivní tepelnou vodivost.
Pouze při kontrole typu a tlaku plynu, které odrážejí skutečné podmínky, získáte hodnoty tepelné vodivosti, které spolehlivě odpovídají skutečnému provoznímu výkonu. GHP 456 Titan® je ideálním měřicím přístrojem pro stanovení efektivní tepelné vodivosti v takových náročných podmínkách.
Jako dodavatel řešení vás NETZSCH podporuje v celém tomto procesu, od výběru vhodné metody měření, přes definování správných podmínek atmosféry a tlaku až po určení systému, který nejlépe vyhovuje vaší aplikaci. Přístroj GHP 456 Titan® je speciálně navržen tak, aby zvládl taková náročná měření v inertních plynech a vakuu.
Pokud chcete zjistit, které řešení je pro vaši konkrétní aplikaci nejvhodnější, obraťte se na svého místního obchodního zástupce NETZSCH . Společně najdeme konfiguraci, která vám poskytne spolehlivá data potřebná pro vývoj, zajištění kvality a simulace.
Místní kontakt
Staňte se odborníkem s našimi bezplatnými e-learningovými kurzy
Všechny základní e-learningové kurzy na NETZSCH jsou zdarma! Obsah vytvářejí naši odborníci na laboratorní metody, kteří se s vámi podělí o své osobní zkušenosti. Využijte flexibilní online vzdělávání, které se plně přizpůsobí vašim vzdělávacím potřebám!