Introduction
Le nouveau matériau de référence pour 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, ERM-FC440, succède au célèbre matériau de référence IRMM-440, qui n'est plus disponible. ERM-FC440 a été certifié par l'Institut des matériaux de référence européens, ERM®, situé en Belgique [1]. Ce matériau est destiné au contrôle de la qualité et à l'évaluation des performances des méthodes de mesure des plaques chauffantes protégées (GHP) ainsi qu'à l'étalonnage des instruments de mesure des flux de chaleur (HFM) [2].
Propriétés de ERM-FC440
Les panneaux de fibre de verre liés à la résine ERM-FC440 sont disponibles en trois tailles différentes :
- 30 cm x 30 cm (ERM-FC440a)
- 50 cm x 50 cm (ERM-FC440b)
- 60 cm x 60 cm (ERM-FC440c)
L'épaisseur moyenne de l'ERM-FC440 est de (28,65 ± 0,15) mm sous une charge de 0,25 kPa et de (28,27 ± 0,19) mm sous une charge de 1,5 kPa. Les DensitéLa densité de masse est définie comme le rapport entre la masse et le volume. densités de tous les échantillons ERM-FC440 sont comprises entre 130 et 148 kg/m3 [2]. L'épaisseur et la densité de chaque plaque d'échantillon individuelle à 0,25 kPa sont indiquées sur chaque certificat de matériau de référence. ERM-FC440 est certifié pour sa 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 dans la plage de température de -10°C à 70°C [2]. En outre, des valeurs indicatives 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 sont données dans la plage de -150°C à -10°C. 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 λ de ERM-FC440 en fonction de la température, telle qu'indiquée dans le certificat, est exprimée comme suit
λ [W/(m-K)] = 0,03104 + 1,1 - 10-4 - T [°C] (1)
pour toute la gamme de températures allant de -150°C à 70°C.
L'incertitude élargie est de 1,1 % dans la plage de -10°C à 70°C et de 1,9 % à 1,1 % dans la plage de -150°C à -10°C. La figure 2 montre 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 nominale λ de ERM-FC440 selon l'équation 1 ainsi que le budget d'incertitude.
Résultats de la conductivité thermique
1. Résultats obtenus avec la BPE 456
La technique de la plaque chauffante gardée (GHP) est une méthode absolue sans étalonnage 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. Dans le mode à deux plaques, 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 λ est calculée à partir de la puissance Q entrant dans la plaque chauffante avec la surface de mesure A, le gradient de température à travers les deux échantillons ΔT ainsi que l'épaisseur moyenne de l'échantillon d comme suit :
Les mesures de BPE sur les échantillons ERM-FC440 ont été effectuées à l'aide d'une machine NETZSCH GHP 456 HT Titan® équipée d'un système de refroidissement à l'azote liquide. Les échantillons ERM-FC440a portant les numéros de série 001, 002, 003 et 005 ont été utilisés pour les essais GHP. La paire d'échantillons 001+002 et la paire 003+005 ont été mesurées simultanément en mode deux plaques. Le gradient de température à travers les échantillons était de 30 K à des températures inférieures à -10°C, et de 20 K à 10°C et plus. Les échantillons avaient des entretoises rigides dans leurs coins avec une longueur identique à l'épaisseur nominale de l'échantillon afin d'assurer une épaisseur définie de l'échantillon.
La figure 3 illustre les résultats des mesures du BPE : Dans la plage de température comprise entre -150°C et 70°C, l'écart relatif par rapport aux valeurs nominales 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 calculées à partir de l'équation 1 est inférieur à ± 1,3 % pour toutes les données de mesure, à l'exception d'un point à -150°C qui s'écarte de -2,2 %. Ces résultats sont conformes à la précision attendue du GHP 456.
2. Résultats obtenus avec le HFM 446
La technique du fluxmètre thermique (HFM) est une méthode relative basée sur l'étalonnage des capteurs de flux thermique à l'aide d'un matériau de référence dont 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 est connue. La conductivité thermique inconnue λ d'un échantillon est calculée à partir du flux de chaleur par surface Q/A et du gradient de température ΔT à travers l'échantillon d'épaisseur moyenne d selon l'équation de Fourier pour le flux de chaleur unidimensionnel comme suit :
Les mesures HFM sur les échantillons ERM-FC440 ont été effectuées à l'aide des instruments NETZSCH HFM 446 Lambda Eco-Line Small, Medium et Large. Deux appareils HFM 446 Large portant les numéros de série 0009 et 0010 à des emplacements différents ont été utilisés pour tester les échantillons ERM-FC440c portant les numéros de série 004 et 005. Deux dispositifs HFM 446 Medium portant les numéros de série 0007 et 0009 ont été utilisés pour tester les échantillons ERM-FC440a portant les numéros de série 001, 002, 003 et 005. Trois appareils HFM 446 Small portant les numéros de série 0086, 0087 et SOA-002 ont été utilisés pour tester les échantillons ERM-FC440 de 20 cm x 20 cm découpés dans la carte ERM-FC440c portant le numéro de série 005 après que les mesures dans l'appareil HFM 446 Large ont été effectuées. À des fins de documentation, chaque carte de 20 cm s'est vu attribuer un numéro d'identification à cinq chiffres, qui a été gravé au laser sur la face avant (voir également la figure 1 à droite). Tous les appareils ont été étalonnés avec le NIST SRM 1450d ou IRMM440. Les mesures ont été effectuées à des températures moyennes comprises entre -10°C et 70°C, avec un gradient de température de 20 K à travers les échantillons et une pression de contact maximale de 2 kPa.
Les figures 4 à 6 illustrent les résultats des mesures effectuées par tous les instruments HFM. Sur l'ensemble de la plage de température, l'écart relatif par rapport aux valeurs nominales de conductivité thermique calculées à l'aide de l'équation 1 se situe à ± 1,5 % pour la plupart des résultats de mesure, à l'exception de certains points de mesure à la température la plus élevée de 70°C. Tous les résultats sont conformes à la précision attendue de ± 2 % pour les débitmètres thermiques HFM 446.
Résumé
La conductivité thermique du nouveau matériau de référence pour la conductivité thermique, ERM-FC440, a été étudiée dans la plage de température comprise entre -150°C et 70°C en utilisant un appareil GHP 456 et plusieurs appareils HFM 446. Presque tous les résultats étaient en accord à ± 1,5 % avec les valeurs nominales, ce qui reflète la précision des instruments GHP 456 Titan® et HFM 446 Lambda par NETZSCH.