Johdanto
Lämpövirtamittaria (NETZSCH HFM 436 Lambda kuvassa 1) käytetään yleisimmin eristysmateriaalien, kuten lasikuidun, mineraalikuitujen ja polymeerivaahtojen lämmönjohtavuuden mittaamiseen likimääräisesti välillä 0,002-0,1 W/(m-K) ja 20-100 mm:n paksuudella. Näytteen valmistelua, lämpötilan mittausta ja laiteasetuksia koskevin erityisin varotoimin HFM-menetelmän käyttöaluetta voidaan laajentaa rakennusmateriaalien, kuten betonin, muurausmateriaalin ja puun, sekä muovien, komposiittien ja lasin mittauksiin, kun LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus on jopa 2 W/(m-K) ja lämpöresistanssi on vain 0,02 (m2-K)/W (ks. esimerkki taulukossa 1).
Taulukko 1: Sementin lämmönjohtavuuden mittaus HFM 436/3:lla ja mittalaitesarjalla (kumilevyt ja näytelämpöparit)
| Näyte | Näytteen paksuus (mm) | Pinoamispaine | Keskilämpötila (°C) | Lämpötila Δ | Näytteen TiheysMassatiheys määritellään massan ja tilavuuden suhteena. tiheys (kg/m3) | Lämpötila vastus (m²-(K/W)) | Lämpötila johtavuus (W/(m-K)) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (PSI) | k(PA) | levyt | näytteet | ||||||
| Sementti | 76.25 | 2.0 | 13.8 | 26.1 | 19.2 | 14.3 | 1959 | 0.0617 | 1.24 |
Eristävien materiaalien tyypillisissä HFM-mittauksissa näytteen lämpötilaeroa (ΔT), joka mitataan lämpölevyn ja kylmän levyn pintoihin upotetuilla termopareilla, voidaan käyttää lämmönjohtavuuden laskemiseen. Vaikka levyn ja näytteen rajapinnoilla on aina small lämpöresistanssi ja lämpötilahäviö, ne voidaan jättää huomiotta verrattuna paljon suurempaan näytteen lämpöresistanssiin ja ΔT:hen. Puristettavissa eristävissä materiaaleissa hyvä lämpökontakti varmistetaan, jos näytettä puristetaan hieman levyjen avulla. Jäykemmissä materiaaleissa, kuten vaahtomuovissa, nämä kosketusresistanssit voidaan silti jättää huomiotta, kunhan näytteen pinnat ovat tasaisia ja yhdensuuntaisia ja HFM-levyt kohdistavat riittävästi painetta. Korkeamman lämmönjohtavuuden omaavilla materiaaleilla, joiden LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus on yleensä > 0,5 W/(m-K) ja lämpövastus < 0,1 (m2-K)/W, levyjen ja näytteen välisiä kosketusvastuksia ei voida enää jättää huomiotta. Koska nämä materiaalit ovat yleensä jäykkiä ja kokoonpuristumattomia ja niillä voi olla karheat pinnat, rakojen ja ilmakalvojen aiheuttama lämpökontakti HFM-levyjen kanssa voi entisestään heikentyä. Näiden vaikutusten voittamiseksi käytetään näytteen pintaan asennettuja lämpöpareja ja kumisia rajapintalevyjä kuvatulla tavalla.
Näytteen valmistelu
Jotta näytteen lämpöresistanssi ja ΔT olisivat riittävät, suositellaan vähintään 50 mm:n näytteen paksuutta. Enimmäispaksuus on noin 90 mm, jotta liitäntätyynyille ja näytteen asentamiselle ja poistamiselle jää tilaa.
Levyjen kanssa kosketuksissa olevat näytteen pinnat valmistellaan mahdollisimman sileiksi, tasaisiksi ja yhdensuuntaisiksi noin 0,3 mm:n tarkkuudella. Vaikka tämä voi olla haastavaa monille rakennusmateriaaleille, kuten betonille, se on välttämätöntä hyvän lämpökontaktin varmistamiseksi HFM-levyjen kanssa, vaikka näitä erityismenettelyjä noudatettaisiinkin.
Ennen asennusta HFM-laitteeseen näytteen paksuus on mitattava huolellisesti useista kohdista lähellä keskimmäistä mittausaluetta ja laskettava keskiarvo.
HFM-kalibrointi
Normaali kalibrointi mukana toimitetulla lasikuitulevystandardilla on riittävä. Kalibrointia ei tarvitse tehdä näytteen lämpöparien ja liitäntälevyjen avulla tai korkeamman lämmönjohtavuuden standardinäytteellä. Testit ovat osoittaneet, että lämpövirta-anturin kalibrointi lasikuitulevystandardia käyttäen on pätevä large lämmönvastuksen alueella.
Menettelyt - NETZSCH HFM 436/3 ja valinnainen mittalaitesarjaKit
- Mukana toimitetaan kaksi lämpöparia ja kaksi silikonikumista valmistettua liitäntälevyä (kuva 2). Merkitse kunkin näytepinnan keskipiste, aseta ylempi ja alempi termoparianturi siten, että pää on lähellä keskipistemerkkiä, ja kiinnitä teipillä paikalleen kuvan 3 mukaisesti.
- Aseta kumilevyt näytteen kummallekin puolelle pintalämpöparien päälle ja teippaa ne paikoilleen näytteen reunojen ympärille kuvan 4 mukaisesti. Teippi estää kumilevyjä siirtymästä tai taittumasta näytettä ladattaessa.
- Lataa näyte HFM-kammioon ja laske levyä, kunnes se pysähtyy automaattisesti (levyn maksimikuorma). Jos käytetään valinnaista pinoamisominaisuutta, suositellaan noin 2 PSI:n (noin 4 kPa) levypaineita lämpökontaktin parantamiseksi.
- Kytke ylemmän näytteen termoparin liitin vasempaan asentoon (Instrumentation Kit) ja alemman näytteen termoparin liitin oikeaan asentoon.
- Q-Lab-ohjelmistossa
Näytteen määrittelyä varten on valittava "User Thickness" ja syötettävä näytteen paksuus cm:nä ikkunaan. Näytteen paksuutta käytetään lämmönjohtavuuden laskemiseen. Huomaa, että Gauge Thickness sisältää nyt kumisten rajapintalevyjen paksuuden. Näytteen lämpöresistanssista riippuen on yleensä määritettävä pienempi lämpötila Δ, jotta vältetään lämpövirta-anturin lukemien Q Upper ja Q Lower kyllästyminen. Betonin kaltaisille näytteille (paksuus 50 mm, LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus > 1 W/(m-K)) vaaditaan yleensä Δ 10 K tai vähemmän (näytteen poikki). Δ on valittava siten, että Q Upper- ja Q Lower -lukemat pysyvät tasapainossa noin 32000 uV:n tasolla tai sen alapuolella. Tämä voi vaatia useiden eri Δ:n asetusarvojen asettamista, kun testataan tuntemattomia näytteitä. Pienin suositeltava Δ on noin 4 K.
