소개
열유량계(NETZSCH HFM 436 Lambda 그림 1 참조) 방법은 대략 0.002~0.1 W/(m-K), 두께 20~100mm 범위에서 유리 섬유, 광물 섬유 및 폴리머 폼과 같은 단열재의 열전도율 측정에 가장 일반적으로 적용됩니다. 시료 준비, 온도 측정 및 기기 설정과 관련된 특별한 예방 조치를 취하면 콘크리트, 벽돌, 목재와 같은 건축 자재는 물론 열전도율이 2W/(m-K)이고 열 저항이 0.02(m2-K)/W인 플라스틱, 복합재 및 유리의 측정까지 HFM 방법 범위를 확장할 수 있습니다(표 1의 예시 참조).
표 1: 계측 키트(고무 시트 및 샘플 열전대)와 함께 HFM 436/3을 사용한 시멘트 열전도도 측정
| 샘플 | 시료 두께(mm) | 스택 압력 | 온도 평균(°C) | 온도 Δ | 샘플 밀도(kg/m3) | 열 저항 (m²-(K/W)) | 열 전도도 (W/(m-K)) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (PSI) | k(PA) | plates | 샘플 | ||||||
| 시멘트 | 76.25 | 2.0 | 13.8 | 26.1 | 19.2 | 14.3 | 1959 | 0.0617 | 1.24 |
절연 재료의 일반적인 HFM 측정에서는 열판과 냉판 표면에 내장된 열전대로 측정한 시료 전체의 온도 차이(ΔT)를 열전도율 계산에 사용할 수 있습니다. 플레이트와 샘플 인터페이스에는 항상 small 열 저항과 온도 강하가 존재하지만, 훨씬 더 큰 샘플 열 저항과 ΔT에 비해 무시할 수 있습니다. 압축성 단열재의 경우 시료가 플레이트에 의해 약간 압축되면 양호한 열 접촉이 보장됩니다. 플라스틱 폼과 같이 더 단단한 재료의 경우, 시료 표면이 평평하고 평행하며 HFM 플레이트에 충분한 압력이 가해지면 이러한 접촉 저항을 무시할 수 있습니다. 일반적으로 열전도율이 0.5W/(m-K) 이상이고 열저항이 0.1(m2-K)/W 미만인 높은 열전도율 재료의 경우, 플레이트 대 샘플 접촉 저항을 더 이상 무시할 수 없습니다. 또한 이러한 재료는 일반적으로 단단하고 비압축성이며 표면이 거칠기 때문에 틈새와 공기막으로 인해 HFM 플레이트와의 열 접촉이 더욱 감소할 수 있습니다. 이러한 효과를 극복하기 위해 설명한 대로 샘플 표면 장착 열전대와 고무 인터페이스 시트가 사용됩니다.
샘플 준비
충분한 시료 열 저항과 ΔT를 제공하려면 최소 50mm의 시료 두께를 권장합니다. 최대 두께는 인터페이스 패드와 시료의 설치 및 제거를 위한 공간을 확보하기 위해 약 90mm입니다.
플레이트와 접촉하는 샘플 표면을 가능한 한 매끄럽고 약 0.3mm 이내의 평평하고 평행하도록 준비합니다. 콘크리트와 같은 많은 건축 자재에서는 이 작업이 어려울 수 있지만, 이러한 특수 절차를 따르더라도 HFM 플레이트와의 열 접촉이 잘 이루어져야 합니다.
HFM에 설치하기 전에 중앙 계량 영역 근처의 여러 위치에서 샘플 두께를 주의 깊게 측정하고 평균을 계산해야 합니다.
HFM 보정
제공된 유리 섬유 보드 표준을 사용하여 일반 보정하면 충분합니다. 샘플 열전대 및 인터페이스 시트를 사용하거나 더 높은 열전도율 표준 샘플을 사용하여 보정할 필요는 없습니다. 테스트 결과 유리 섬유 보드 표준을 사용한 열유속 트랜스듀서 보정은 large 열 저항 범위에서 유효한 것으로 나타났습니다.
절차 - NETZSCH HFM 436/3(계측 옵션 포함)키트
- 두 개의 열전대와 두 개의 실리콘 고무 인터페이스 시트가 제공됩니다(그림 2). 각 샘플 표면의 중심점을 표시하고 그림 3과 같이 끝이 중심 표시 근처에 위치하도록 상부 및 하부 열전대 프로브를 놓고 테이프로 제자리에 고정합니다.
- 시료의 양쪽에 있는 고무 시트를 표면 열전대 위에 놓고 그림 4와 같이 시료 가장자리 주위에 테이프로 고정합니다. 테이프는 시료를 로드하는 동안 시트가 움직이거나 접히는 것을 방지합니다.
- HFM 챔버에 샘플을 로드하고 자동으로 멈출 때까지 플레이트를 내립니다(최대 플레이트 하중 적용). 옵션으로 제공되는 스택 로딩 기능을 사용하는 경우 열 접촉을 개선하기 위해 약 2 PSI(약 4kPa)의 플레이트 압력을 권장합니다.
- 상단 시료 열전대 커넥터를 왼쪽 위치(계측 키트)에 연결하고 하단 시료 열전대 커넥터를 오른쪽 위치에 연결합니다.
- Q-Lab 소프트웨어에서
시료 정의를 위해 "사용자 두께"를 선택하고 창에 시료 두께(cm)를 입력해야 합니다. 시료 두께는 열 전도도를 계산하는 데 사용됩니다. 이제 게이지 두께에 고무 인터페이스 시트의 두께가 포함됩니다. 시료의 열 저항에 따라 일반적으로 열유속 변환기 판독값인 Q 상한 및 Q 하한이 포화 상태가 되지 않도록 더 작은 온도 Δ를 정의해야 합니다. 콘크리트(두께 50mm, 열전도율 > 1W/(m-K))와 같은 시료의 경우 일반적으로 10K 이하의 Δ(시료 전체에 걸쳐)가 필요합니다. Δ는 Q 상한 및 하한 판독값이 약 32000 uV 이하에서 평형을 유지하도록 선택해야 합니다. 알 수 없는 샘플을 테스트할 때는 Δ가 다른 여러 설정값을 설정해야 할 수 있습니다. 최소 권장 Δ는 약 4K입니다.
