Introduktion
Varmestrømningsmåleren (NETZSCH HFM 436 Lambda i figur 1) anvendes oftest til måling af Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne i isoleringsmaterialer som glasfiber, mineralfiber og polymerskum i det omtrentlige område 0,002 til 0,1 W/(m-K) og 20 til 100 mm tykkelse. Med særlige forholdsregler vedrørende prøveforberedelse, temperaturmåling og instrumentindstillinger kan HFM-metoden udvides til at omfatte målinger af byggematerialer som beton, murværk og træ samt plast, kompositmaterialer og glas med Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne helt op til 2 W/(m-K) og termisk modstand helt ned til 0,02 (m2-K)/W (se eksempel i tabel 1).
Tabel 1: Måling af cements Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne ved hjælp af HFM 436/3 med instrumenteringssæt (gummiplader og prøvetermoelementer)
| Prøve | Prøvens tykkelse (mm) | Tryk i stak | Temp. gennemsnit (°C) | Temp. Δ | Prøvens densitet (kg/m3) | Termisk modstand (m²-(K/W)) | Termisk ledningsevne (W/(m-K)) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (PSI) | k(PA) | plader | prøver | ||||||
| Cement | 76.25 | 2.0 | 13.8 | 26.1 | 19.2 | 14.3 | 1959 | 0.0617 | 1.24 |
Ved typiske HFM-målinger af isolerende materialer kan temperaturforskellen over prøven (ΔT), som måles af termoelementerne i den varme og den kolde plades overflader, bruges til beregning af varmeledningsevnen. Selvom der altid er en small termisk modstand og et temperaturfald ved grænsefladerne mellem plade og prøve, kan de ignoreres sammenlignet med den meget større termiske modstand og ΔT i prøven. For komprimerbare isoleringsmaterialer sikres en god termisk kontakt, hvis prøven komprimeres en smule af pladerne. For mere stive materialer som f.eks. skumplast kan disse kontaktmodstande stadig ignoreres, så længe prøveoverfladerne er flade og parallelle, og HFM-pladerne udøver et tilstrækkeligt tryk. For materialer med højere Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne, generelt med Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne > 0,5 W/(m-K) og varmemodstand < 0,1 (m2-K)/W, kan kontaktmodstanden mellem plade og prøve ikke længere ignoreres. Og da disse materialer generelt er stive og inkompressible og kan have ru overflader, kan den termiske kontakt med HFM-pladerne blive yderligere reduceret af mellemrum og luftfilm. For at overvinde disse effekter anvendes overflademonterede termoelementer og grænsefladeark af gummi som beskrevet.
Forberedelse af prøver
For at opnå tilstrækkelig termisk modstand og ΔT anbefales en prøvetykkelse på mindst 50 mm. Den maksimale tykkelse er ca. 90 mm for at give plads til grænsefladepuderne og installation og fjernelse af prøven.
Forbered prøveoverfladerne, der er i kontakt med pladerne, så de er så glatte som muligt og flade og parallelle inden for ca. 0,3 mm. Selv om dette kan være en udfordring for mange byggematerialer som f.eks. beton, er det nødvendigt for at opnå god termisk kontakt med HFM-pladerne, selv når disse særlige procedurer følges.
Før installation i HFM'en skal prøvetykkelsen måles omhyggeligt flere steder i nærheden af det centrale måleområde, og gennemsnittet beregnes.
HFM-kalibrering
En normal kalibrering med den medfølgende standard af glasfiberplade er tilstrækkelig. Det er ikke nødvendigt at kalibrere med prøvetermoelementerne og grænsefladepladerne eller med en standardprøve med højere Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne. Test har vist, at kalibreringen af varmefluxtransduceren ved hjælp af glasfiberplade-standarden er gyldig over et large område af termisk modstand.
Procedurer - NETZSCH HFM 436/3 med valgfri instrumenteringKit
- Der medfølger to termoelementer og to grænsefladeark af silikonegummi (figur 2). Marker midterpunktet på hver prøveoverflade, læg de øverste og nederste termoelementprober med enden placeret nær midtermærket, og tape dem på plads som vist i figur 3.
- Placer gummipladerne på hver side af prøven over overfladetermoelementerne, og tape dem fast rundt om prøvens kanter som vist i figur 4. Tapen forhindrer, at pladerne forskydes eller foldes under ilægning af prøven.
- Læg prøven i HFM-kammeret, og sænk pladen, indtil den stopper automatisk (maksimal pladebelastning). Hvis du bruger den valgfrie stabelindlæsningsfunktion, anbefales et pladetryk på ca. 4 kPa (2 PSI) for at forbedre den termiske kontakt.
- Sæt det øverste termoelementstik til prøven i venstre position (Instrumentation Kit) og det nederste termoelementstik til prøven i højre position.
- I Q-Lab-software
Til prøvendefinition skal "User Thickness" vælges, og prøvetykkelsen i cm skal indtastes i vinduet. Prøvetykkelsen vil blive brugt til at beregne varmeledningsevnen. Bemærk, at gauge-tykkelsen nu inkluderer tykkelsen af gummigrænsefladen. Afhængigt af prøvens termiske modstand skal der normalt defineres en mindre temperatur Δ for at undgå mætning af varmefluxtransducerens aflæsninger, Q Upper og Q Lower. For prøver som beton (tykkelse på 50 mm, Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne > 1 W/(m-K)) kræves der typisk et Δ på 10 K eller mindre (på tværs af prøven). Δ skal vælges for at holde Q Upper- og Q Lower-aflæsningerne i ligevægt ved eller under ca. 32000 uV. Dette kan kræve indstilling af flere sætpunkter med forskellige Δ, når man tester ukendte prøver. Den mindste anbefalede Δ er ca. 4 K.
