Pendahuluan
Bahan referensi baru untuk Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal, ERM-FC440, adalah penerus bahan referensi IRMM- 440 yang sudah tidak tersedia lagi. ERM-FC440 disertifikasi oleh Institute of European Reference Materials, ERM®, yang berlokasi di Belgia [1]. Bahan ini ditujukan untuk kontrol kualitas dan penilaian kinerja metode pengukuran pelat panas terlindung (GHP) serta untuk kalibrasi instrumen pengukur aliran panas (HFM) [2].
Properti ERM-FC440
Papan serat kaca berikat resin ERM-FC440 tersedia dalam tiga ukuran berbeda:
- 30 cm x 30 cm (ERM-FC440a)
- 50 cm x 50 cm (ERM-FC440b)
- 60 cm x 60 cm (ERM-FC440c)
Ketebalan rata-rata ERM-FC440 adalah (28,65 ± 0,15) mm di bawah beban 0,25 kPa dan (28,27 ± 0,19) mm di bawah beban 1,5 kPa. KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. Kepadatan semua sampel ERM-FC440 berada pada kisaran 130 dan 148 kg/m3 [2]. Ketebalan dan KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan masing-masing pelat sampel pada 0,25 kPa dinyatakan pada setiap sertifikat bahan referensi. ERM-FC440 disertifikasi untuk konduktivitas termalnya pada kisaran suhu dari -10°C hingga 70°C [2]. Selain itu, nilai Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal indikatif diberikan dalam kisaran dari -150 ° C hingga -10 ° C. Konduktivitas termal yang bergantung pada suhu λ dari ERM-FC440, seperti yang dinyatakan dalam sertifikat, dinyatakan sebagai
λ [W/(m-K)] = 0,03104 + 1,1 - 10-4 - T [°C] (1)
untuk seluruh rentang suhu dari -150°C hingga 70°C.
Ketidakpastian yang diperluas adalah 1,1% pada kisaran -10°C hingga 70°C dan 1,9% hingga 1,1% pada kisaran -150°C hingga -10°C. Gambar 2 menampilkan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal nominal λ dari ERM-FC440 menurut persamaan 1 serta anggaran ketidakpastian.
Hasil Konduktivitas Termal
1. Hasil yang Diperoleh dengan GHP 456
Teknik pelat panas terlindung (GHP) adalah metode absolut tanpa kalibrasi Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal. Dalam mode dua pelat, Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal λ dihitung dari daya Q yang mengalir ke pelat panas dengan area pengukuran A, gradien suhu pada kedua sampel ΔT serta ketebalan sampel rata-rata d sebagai berikut:
Pengukuran GHP pada sampel ERM-FC440 dilakukan dengan menggunakan NETZSCH GHP 456 HT Titan® yang dilengkapi dengan pendingin nitrogen cair. Spesimen ERM-FC440a dengan nomor seri 001, 002, 003, dan 005 digunakan untuk pengujian GHP. Pasangan spesimen 001+002 dan pasangan 003+005 masing-masing diukur secara bersamaan dalam mode dua pelat. Gradien suhu di seluruh sampel adalah 30 K pada suhu di bawah -10 ° C, dan 20 K pada suhu 10 ° C dan suhu yang lebih tinggi. Spesimen memiliki spacer yang kaku di sudut-sudutnya dengan panjang yang identik dengan ketebalan sampel nominal untuk memastikan ketebalan sampel yang ditentukan.
Gambar 3 menggambarkan hasil pengukuran GHP: Pada rentang suhu antara -150°C dan 70°C, deviasi relatif dari nilai konduktivitas termal nominal yang dihitung dari persamaan 1 kurang dari ± 1,3% untuk semua data pengukuran kecuali satu titik pada suhu -150°C yang menyimpang -2,2%. Hasil ini sesuai dengan akurasi yang diharapkan dari GHP 456.
2. Hasil yang Diperoleh dengan HFM 446
Teknik pengukur aliran panas (HFM) adalah metode relatif berdasarkan kalibrasi sensor fluks panas menggunakan bahan referensi dengan konduktivitas termal yang diketahui. Konduktivitas termal λ yang tidak diketahui dari suatu sampel dihitung dari fluks panas per area Q/A dan gradien suhu ΔT melintasi sampel dengan ketebalan rata-rata d menurut persamaan Fourier untuk aliran panas satu dimensi sebagai berikut:
Pengukuran HFM pada sampel ERM-FC440 dilakukan dengan menggunakan instrumen NETZSCH HFM 446 Lambda Eco-Line Small, Medium dan Large. Dua perangkat HFM 446 Large dengan nomor seri 0009 dan 0010 di lokasi yang berbeda digunakan untuk menguji spesimen ERM-FC440c dengan nomor seri 004 dan 005. Dua perangkat HFM 446 Medium dengan nomor seri 0007 dan 0009 digunakan untuk menguji spesimen ERM-FC440a dengan nomor seri 001, 002, 003, dan 005. Tiga perangkat HFM 446 Small dengan nomor seri 0086, 0087 dan SOA-002 digunakan untuk menguji spesimen ERM-FC440 dengan ukuran 20 cm x 20 cm yang dipotong dari papan ERM-FC440c dengan nomor seri 005 setelah pengukuran di HFM 446 Large selesai. Untuk tujuan dokumentasi, setiap papan berukuran 20 cm diberi nomor identifikasi dengan lima angka, yang dilaser pada bagian depan (lihat juga gambar 1 di sebelah kanan). Semua perangkat dikalibrasi dengan NIST SRM 1450d atau IRMM440. Pengukuran dilakukan pada suhu rata-rata antara -10°C dan 70°C dengan gradien suhu di seluruh sampel sebesar 20 K dan tekanan kontak maksimum 2 kPa.
Gambar 4 hingga 6 menggambarkan hasil pengukuran dari semua instrumen HFM. Di seluruh rentang suhu, deviasi relatif dari nilai konduktivitas termal nominal yang dihitung menggunakan persamaan 1 berada dalam ± 1,5% untuk sebagian besar hasil pengukuran, kecuali untuk beberapa titik pengukuran pada suhu tertinggi 70°C. Semua hasil sesuai dengan akurasi yang diharapkan yaitu ± 2% untuk pengukur aliran panas HFM 446.
Ringkasan
Konduktivitas termal dari bahan referensi baru untuk konduktivitas termal, ERM-FC440, diselidiki pada kisaran suhu antara -150°C dan 70°C dengan menggunakan satu perangkat GHP 456 dan beberapa perangkat HFM 446. Hampir semua hasil sesuai dengan ± 1,5% dengan nilai nominal, yang mencerminkan keakuratan instrumen GHP 456 Titan® dan HFM 446 Lambda dari NETZSCH.