Verifica dell'accuratezza di GHP 456 e HFM 446 con il nuovo materiale di riferimento ERM-FC440

Introduzione

Il nuovo materiale di riferimento per la conducibilità termica, ERM-FC440, è il successore del noto materiale di riferimento IRMM- 440, non più disponibile. L'ERM-FC440 è stato certificato dall'Istituto dei materiali di riferimento europei, ERM®, con sede in Belgio [1].libraIl materiale è destinato al controllo di qualità e alla valutazione delle prestazioni del metodo per le misure su piastra riscaldata protetta (GHP) e per la valutazione degli strumenti di misurazione del flusso di calore (HFM) [2].

Proprietà di ERM-FC440

I pannelli in fibra di vetro resinata ERM-FC440 sono disponibili in tre diversi formati:

  • 30 cm x 30 cm (ERM-FC440a)
  • 50 cm x 50 cm (ERM-FC440b)
  • 60 cm x 60 cm (ERM-FC440c)

Lo spessore medio di ERM-FC440 è di (28,65 ± 0,15) mm con un carico di 0,25 kPa e di (28,27 ± 0,19) mm con un carico di 1,5 kPa. Le densità di tutti i campioni ERM-FC440 sono comprese tra 130 e 148 kg/m3 [2]. Lo spessore e la densità di ogni singola piastra campione a 0,25 kPa sono indicati su ogni certificato di materiale di riferimento. L'ERM-FC440 è certificato per la sua conducibilità termica nell'intervallo di temperatura da -10°C a 70°C [2]. Inoltre, vengono forniti valori indicativi di conducibilità termica nell'intervallo da -150°C a -10°C. La Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica in funzione della temperatura λ di ERM-FC440, come indicato nel certificato, è espressa come

λ [W/(m-K)] = 0,03104 + 1,1 - 10-4 - T [°C] (1)

per l'intero intervallo di temperatura da -150°C a 70°C.

1) Materiale ERM-FC440 in confezione originale (a sinistra) e con marcatura laser NETZSCH (a destra)

L'incertezza estesa è dell'1,1% nell'intervallo da -10°C a 70°C e dall'1,9% all'1,1% nell'intervallo da -150°C a -10°C. La Figura 2 mostra la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica nominale λ dell'ERM-FC440 secondo l'equazione 1 e il budget di incertezza.

2) Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.Conduttività termica nominale di ERM-FC440 in funzione della temperatura (linea continua), inclusa l'incertezza estesa (linee tratteggiate).

Risultati della conduttività termica

Le misure GHP sui campioni ERM-FC440 sono state eseguite utilizzando un NETZSCH GHP 456 HT Titan® dotato di raffreddamento ad azoto liquido. Per i test GHP sono stati utilizzati campioni ERM-FC440a con numeri di serie 001, 002, 003 e 005. La coppia di campioni 001+002 e la coppia 003+005 sono state misurate simultaneamente in modalità a due piastre. Il gradiente di temperatura tra i campioni era di 30 K a temperature inferiori a -10 °C e di 20 K a temperature superiori a 10 °C. I campioni erano dotati di distanziatori rigidi agli angoli di lunghezza identica allo spessore nominale del campione, per garantire uno spessore definito del campione.

2) Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.Conduttività termica nominale di ERM-FC440 in funzione della temperatura (linea continua), inclusa l'incertezza estesa (linee tratteggiate).

La Figura 3 illustra i risultati delle misure GHP: Nell'intervallo di temperatura compreso tra -150°C e 70°C, la deviazione relativa dai valori nominali di Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica calcolati in base all'equazione 1 è inferiore a ± 1,3% per tutti i dati di misura, ad eccezione di un punto a -150°C che presenta una deviazione di -2,2%. Questi risultati sono conformi all'accuratezza prevista del GHP 456.

3) Deviazione relativa della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica in funzione della temperatura dai valori nominali di due coppie di campioni ERM-FC440a (numeri di serie 001+ 02 e 003+005), misurati con un GHP 456 HT Titan® in modalità a due piastre.

Le misure HFM sui campioni ERM-FC440 sono state eseguite utilizzando gli strumenti NETZSCH HFM 446 Lambda Eco-Line Small, Medium e Large. Per testare i campioni ERM-FC440c con numero di serie 004 e 005 sono stati utilizzati due dispositivi HFM 446 Large con numero di serie 0009 e 0010 in posizioni diverse. Due dispositivi HFM 446 Medium con numero di serie 0007 e 0009 sono stati utilizzati per testare i campioni ERM-FC440a con numero di serie 001, 002, 003 e 005. Tre dispositivi HFM 446 Small con numero di serie 0086, 0087 e SOA-002 sono stati utilizzati per testare i campioni ERM-FC440 con dimensioni di 20 cm x 20 cm tagliati dalla scheda ERM-FC440c con numero di serie 005 dopo aver completato le misure nel dispositivo HFM 446 Large. A scopo di documentazione, a ogni scheda di 20 cm è stato assegnato un numero di identificazione di cinque cifre, inciso al laser sulla faccia anteriore (si veda anche la figura 1 a destra). Tutti i dispositivi sono stati calibratificati con l'SRM 1450d o l'IRMM440 del NIST. Le misure sono state eseguite a temperature medie comprese tra -10°C e 70°C con un gradiente di temperatura tra i campioni di 20 K e una pressione di contatto massima di 2 kPa.

3) Deviazione relativa della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica in funzione della temperatura dai valori nominali di due coppie di campioni ERM-FC440a (numeri di serie 001+ 02 e 003+005), misurati con un GHP 456 HT Titan® in modalità a due piastre.

Le figure da 4 a 6 illustrano i risultati delle misure effettuate da tutti gli strumenti HFM. Nell'intero intervallo di temperatura, la deviazione relativa dai valori nominali di conducibilità termica calcolati con l'equazione 1 è compresa entro ± 1,5% per la maggior parte dei risultati di misura, ad eccezione di alcuni punti di misura alla temperatura più alta di 70°C. Tutti i risultati sono conformi all'accuratezza prevista di ± 2% per i misuratori di flusso di calore HFM 446. Tutti i risultati sono conformi alla precisione prevista di ± 2% per i misuratori di portata termica HFM 446.

4) Deviazione relativa della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica in funzione della temperatura rispetto ai valori nominali di due campioni ERM-FC440c (numeri di serie 004 e 005) misurati con due dispositivi HFM 446 Large.
5) Deviazione relativa della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica in funzione della temperatura dai valori nominali di quattro campioni ERM-FC440a (numeri di serie 001, 002, 003 e 005) misurati con due dispositivi HFM 446 Medium.
6) Deviazione relativa della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica in funzione della temperatura dai valori nominali dei quattro campioni ERM-FC440 20 cm x 20 cm large (ritagliati dalla scheda numero di serie 005) misurati con tre dispositivi del tipo HFM 446 Small.

Sintesi

La conducibilità termica del nuovo materiale di riferimento per la conducibilità termica, ERM-FC440, è stata analizzata nell'intervallo di temperatura compreso tra -150°C e 70°C applicando un dispositivo GHP 456 e diversi HFM 446. Quasi tutti i risultati concordano entro ± 1,5% con i valori nominali, a testimonianza dell'accuratezza degli strumenti GHP 456 Titan® e HFM 446 Lambda di NETZSCH.

Literature

  1. [1]
    European Reference Materials (ERM®),Commissione Europea, Joint Researc hCentre, Directorate F -Health, Consumers and Reference Materials, Retieseweg111, 2440 Geel, Belgio.
  2. [2]
    T. Linsinger, La certificazione della conducibilità termicadi un pannello in fibra di vetro legato alla resina: ERM®-FC440a,ERM®-FC440b e ERM®-FC440c, EUR 30859 EN, PublicationsOfficeof the European Union, Luxembourg,2021, ISBN 978-92-76-42259-4, doi:10.2760/759309,JRC126677.