소개
새로운 열 전도성 기준 물질인 ERM-FC440은 더 이상 사용할 수 없는 잘 알려진 IRMM- 440 기준 물질의 후속 제품입니다. ERM-FC440은 벨기에에 위치한 유럽 참조 재료 연구소인 ERM®의 인증을 받았습니다[1]. 이 재료는 열유량계(HFM) 기기의 교정뿐만 아니라 보호 열판(GHP) 측정의 방법 성능에 대한 품질 관리 및 평가를 위한 것입니다[2].
ERM-FC440의 속성
ERM-FC440 레진 접착 유리 섬유 보드는 세 가지 크기로 제공됩니다:
- 30cm x 30cm(ERM-FC440a)
- 50cm x 50cm(ERM-FC440b)
- 60cm x 60cm(ERM-FC440c)
ERM-FC440의 평균 두께는 0.25kPa 하중에서 (28.65 ± 0.15) mm, 1.5kPa 하중에서 (28.27 ± 0.19) mm입니다. 모든 ERM-FC440 샘플의 밀도는 130 및 148kg/m3 범위입니다[2]. 각 개별 시료 플레이트의 두께와 밀도는 0.25 kPa에서 각 참조 재료 인증서에 명시되어 있습니다. ERM-FC440은 -10°C ~ 70°C [2]의 온도 범위에서 열 전도성을 인증받았습니다. 또한 -150°C ~ -10°C 범위에서 표시 열전도도 값이 제공됩니다. 인증서에 명시된 ERM-FC440의 온도 의존적 열전도도 λ는 다음과 같이 표현됩니다
λ [W/(m-K)] = 0.03104 + 1.1 - 10-4 - T [°C] (1)
150°C ~ 70°C의 전체 온도 범위에 대해 표시됩니다.

확장된 불확도는 -10°C~70°C 범위에서 1.1%, -150°C~-10°C 범위에서 1.9%~1.1%입니다. 그림 2는 방정식 1에 따른 ERM-FC440의 공칭 열 전도성 λ와 불확도 예산을 표시합니다.

열 전도성 결과
1. GHP 456으로 얻은 결과
가드 핫 플레이트(GHP) 기술은 열 전도도를 보정하지 않는 절대적인 방법입니다. 2판 모드에서 열전도도 λ는 다음과 같이 계량 면적 A의 핫 플레이트로 유입되는 전력 Q, 두 샘플의 온도 구배 ΔT 및 평균 샘플 두께 d로부터 계산됩니다:

ERM-FC440 샘플에 대한 GHP 측정은 액체 질소 냉각이 장착된 NETZSCH GHP 456 HT Titan® 를 사용하여 수행했습니다. 일련 번호가 001, 002, 003, 005인 ERM-FC440a 시료가 GHP 테스트에 사용되었습니다. 001+002 시편 쌍과 003+005 시편 쌍은 각각 2판 모드에서 동시에 측정되었습니다. 시료의 온도 구배는 -10°C 이하의 온도에서는 30K, 10°C 이상의 온도에서는 20K였습니다. 시료의 모서리에는 공칭 시료 두께와 동일한 길이의 단단한 스페이서가 있어 시료 두께를 일정하게 유지했습니다.

그림 3은 GHP 측정 결과를 보여줍니다: 150°C에서 70°C 사이의 온도 범위에서 공식 1에서 계산된 공칭 열전도율 값과의 상대적 편차는 -2.2% 편차를 보이는 -150°C의 한 지점을 제외한 모든 측정 데이터에서 ± 1.3% 미만입니다. 이러한 결과는 GHP 456의 예상 정확도에 부합하는 결과입니다.

2. HFM 446으로 얻은 결과
열유량계(HFM) 기술은 열전도도가 알려진 기준 물질을 사용하여 열유속 센서를 보정하는 상대적 방법입니다. 시료의 미지 열전도율 λ은 다음과 같이 1차원 열 흐름에 대한 푸리에 방정식에 따라 평균 두께 d의 시료에 대한 면적당 열유속 Q/A와 온도 기울기 ΔT로부터 계산됩니다:

ERM-FC440 시료에 대한 HFM 측정은 NETZSCH HFM 446 Lambda Eco-Line Small, Medium 및 Large 기기를 사용하여 수행되었습니다. 일련 번호가 0009 및 0010인 두 대의 HFM 446 Large 기기는 서로 다른 위치에서 일련 번호가 004 및 005인 ERM-FC440c 시편을 테스트하는 데 사용되었습니다. 일련 번호가 0007 및 0009인 두 대의 HFM 446 Medium 장치는 일련 번호가 001, 002, 003 및 005인 ERM-FC440a 시편을 테스트하는 데 사용되었습니다. 일련 번호가 0086, 0087 및 SOA-002인 세 대의 HFM 446 Small 장치는 HFM 446 Large 에서 측정이 완료된 후 일련 번호 005인 ERM-FC440c 보드에서 20cm x 20cm 크기의 ERM-FC440 시편을 테스트하는 데 사용되었습니다. 문서화 목적으로 각 20cm 보드에는 5자리 숫자로 된 식별 번호가 할당되었으며, 이 번호는 전면에 레이저로 새겨져 있었습니다(오른쪽 그림 1 참조). 모든 장치는 NIST SRM 1450d 또는 IRMM440으로 보정되었습니다. 측정은 -10°C에서 70°C 사이의 평균 온도와 샘플 전체의 온도 구배 20K, 최대 2kPa의 접촉 압력에서 수행되었습니다.

그림 4~6은 모든 HFM 기기의 측정 결과를 보여줍니다. 전체 온도 범위에서 공식 1을 사용하여 계산한 공칭 열전도율 값과의 상대적 편차는 최고 온도 70°C의 일부 측정 지점을 제외한 대부분의 측정 결과에서 ± 1.5% 이내입니다. 모든 결과는 HFM 446 열 유량계의 예상 정확도인 ± 2%를 준수합니다.



요약
새로운 열전도도 기준 물질인 ERM-FC440의 열전도도는 -150°C에서 70°C 사이의 온도 범위에서 하나의 GHP 456과 여러 개의 HFM 446 장비를 사용하여 조사되었습니다. 거의 모든 결과가 공칭 값과 ± 1.5% 이내로 일치했으며, 이는 GHP 456 Titan® 및 HFM 446 Lambda 계측기( NETZSCH)의 정확도를 반영합니다.