Introduction
La méthode du fluxmètre thermique (NETZSCH HFM 436 Lambda dans la figure 1) est le plus souvent appliquée aux mesures de Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique des matériaux isolants tels que la fibre de verre, la fibre minérale et les mousses polymères dans la plage approximative de 0,002 à 0,1 W/(m-K) et d'une épaisseur de 20 à 100 mm. Avec des précautions particulières concernant la préparation de l'échantillon, la mesure de la température et les réglages de l'instrument, la gamme de la méthode HFM peut être étendue aux mesures de matériaux de construction tels que le béton, la maçonnerie et le bois, ainsi que les plastiques, les composites et le verre avec une Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique aussi élevée que 2 W/(m-K) et une résistance thermique aussi faible que 0,02 (m2-K)/W (voir l'exemple dans le tableau 1).
Tableau 1 : Mesure de la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique du ciment à l'aide du HFM 436/3 et du kit d'instrumentation (feuilles de caoutchouc et thermocouples d'échantillonnage)
| Échantillon | Epaisseur de l'échantillon (mm) | Pression de la pile | Temp. moyenne (°C) | Temp. Δ | Densité de l'échantillon (kg/m3) | Résistance thermique (m²-(K/W)) | Conductivité (W/(m-K)) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (PSI) | k(PA) | plaques | échantillons | ||||||
| Ciment | 76.25 | 2.0 | 13.8 | 26.1 | 19.2 | 14.3 | 1959 | 0.0617 | 1.24 |
Avec les mesures HFM typiques de matériaux isolants, la différence de température à travers l'échantillon (ΔT) mesurée par les thermocouples intégrés dans les surfaces de la plaque chaude et de la plaque froide peut être utilisée pour le calcul de la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique. Bien qu'il y ait toujours une résistance thermique small et une chute de température présentes aux interfaces entre la plaque et l'échantillon, elles peuvent être négligées par rapport à la résistance thermique de l'échantillon et à la différence de température ΔT qui sont beaucoup plus importantes. Pour les matériaux isolants compressibles, un bon contact thermique est assuré si l'échantillon est légèrement comprimé par les plaques. Pour les matériaux plus rigides tels que la mousse plastique, ces résistances de contact peuvent encore être négligées tant que les surfaces de l'échantillon sont planes et parallèles et qu'une pression suffisante est appliquée par les plaques HFM. Pour les matériaux à Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique plus élevée, généralement avec une Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique > 0,5 W/(m-K) et une résistance thermique < 0,1 (m2-K)/W, les résistances de contact entre la plaque et l'échantillon ne peuvent plus être négligées. De plus, comme ces matériaux sont généralement rigides et incompressibles et peuvent avoir des surfaces rugueuses, le contact thermique avec les plaques HFM peut être encore plus réduit par des espaces et des films d'air. Pour surmonter ces effets, des thermocouples montés sur la surface de l'échantillon et des feuilles d'interface en caoutchouc sont utilisés comme décrit.
Préparation de l'échantillon
Pour que la résistance thermique et le ΔT de l'échantillon soient suffisants, il est recommandé d'utiliser un échantillon d'une épaisseur minimale de 50 mm. L'épaisseur maximale est d'environ 90 mm pour laisser de l'espace pour les tampons d'interface et pour l'installation et l'enlèvement de l'échantillon.
Préparer les surfaces de l'échantillon en contact avec les plaques de manière à ce qu'elles soient aussi lisses que possible et qu'elles soient planes et parallèles à environ 0,3 mm près. Bien que cela puisse s'avérer difficile pour de nombreux matériaux de construction tels que le béton, cela est nécessaire pour assurer un bon contact thermique avec les plaques HFM, même si ces procédures spéciales sont suivies.
Avant l'installation dans le HFM, l'épaisseur de l'échantillon doit être soigneusement mesurée à plusieurs endroits près de la zone centrale de mesure et la moyenne doit être calculée.
Étalonnage HFM
Un étalonnage normal à l'aide de l'étalon en fibre de verre fourni est suffisant. Il n'est pas nécessaire d'effectuer un étalonnage à l'aide des thermocouples et des feuilles d'interface de l'échantillon ou d'un échantillon standard à Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique plus élevée. Les essais ont montré que l'étalonnage du capteur de flux thermique à l'aide de l'étalon en fibre de verre est valable sur une plage de résistance thermique ( large ).
Procédures - NETZSCH HFM 436/3 avec le kit d'instrumentation optionnel
- Deux thermocouples et deux feuilles d'interface en caoutchouc de silicone sont fournis (figure 2). Marquez le point central de chaque surface de l'échantillon, posez les sondes thermocouple supérieure et inférieure avec l'extrémité placée près de la marque centrale et fixez-les avec du ruban adhésif comme indiqué dans la figure 3.
- Placez les feuilles de caoutchouc de chaque côté de l'échantillon sur les thermocouples de surface et fixez-les avec du ruban adhésif sur les bords de l'échantillon, comme le montre la figure 4. Le ruban adhésif empêchera les feuilles de se déplacer ou de se plier pendant le chargement de l'échantillon.
- Chargez l'échantillon dans la chambre HFM et abaissez la plaque jusqu'à ce qu'elle s'arrête automatiquement (charge maximale appliquée à la plaque). Si vous utilisez la fonction optionnelle de chargement de piles, une pression de plaque d'environ 2 PSI (environ 4 kPa) est recommandée pour améliorer le contact thermique.
- Brancher le connecteur supérieur du thermocouple de l'échantillon dans la position gauche (kit d'instrumentation) et le connecteur inférieur du thermocouple de l'échantillon dans la position droite.
- Dans le logiciel Q-Lab
Pour la définition de l'échantillon, il faut sélectionner "User Thickness" et entrer l'épaisseur de l'échantillon en cm dans la fenêtre. L'épaisseur de l'échantillon sera utilisée pour calculer la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique. Notez que l'épaisseur de la jauge inclut maintenant l'épaisseur des feuilles d'interface en caoutchouc. En fonction de la résistance thermique de l'échantillon, il faudra normalement définir une température Δ plus petite pour éviter la saturation des lectures des transducteurs de flux de chaleur, Q Upper et Q Lower. Pour des échantillons tels que le béton (épaisseur de 50 mm, Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique > 1 W/(m-K)), un Δ de 10 K ou moins (à travers l'échantillon) est généralement requis. Le Δ doit être sélectionné de manière à maintenir les lectures Q Upper et Q Lower à l'équilibre, à une valeur égale ou inférieure à environ 32 000 uV. Cela peut nécessiter le réglage de plusieurs points de consigne avec différents Δ lors de l'essai d'échantillons inconnus. Le Δ minimum recommandé est d'environ 4 K.
