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새로운 ERM-FC440 레퍼런스 자료를 사용한 GHP 456 및 HFM 446의 정확도 테스트

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.

1) 원래 포장(왼쪽)과 NETZSCH 레이저 마킹이 있는 ERM-FC440 소재(오른쪽)

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.

2) 확장된 불확실성(점선)을 포함한 ERM-FC440의 온도 의존적 공칭 열전도율(실선).

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.

2) 확장된 불확실성(점선)을 포함한 ERM-FC440의 온도 의존적 공칭 열전도율(실선).

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.

3) 2판 모드에서 GHP 456 HT Titan® 로 측정한 두 쌍의 ERM-FC440a 시편(일련 번호 001+ 02 및 003+005)의 공칭 값에서 온도에 따른 열전도율의 상대적 편차.

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, MediumLarge 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.

3) 2판 모드에서 GHP 456 HT Titan® 로 측정한 두 쌍의 ERM-FC440a 시편(일련 번호 001+ 02 및 003+005)의 공칭 값에서 온도에 따른 열전도율의 상대적 편차.

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.

4) 두 개의 HFM 446 Large 장치로 측정한 두 개의 ERM-FC440c 시편(일련 번호 004 및 005)의 공칭 값에서 온도에 따른 열전도율의 상대적 편차.
5) 두 개의 HFM 446 Medium 장치로 측정한 4개의 ERM-FC440a 시편(일련 번호 001, 002, 003 및 005)의 공칭 값에서 온도에 따른 열전도율의 상대적 편차.
6) HFM 446 타입의 세 가지 장치로 측정한 4개의 20cm x 20cm large ERM-FC440 시편(보드 일련 번호 005에서 절단)의 공칭 값에서 온도에 따른 열전도율의 상대적 편차 Small.

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.

Literature

  1. [1]
    유럽 참조 자료(ERM®), 유럽위원회, 공동 연구 센터, F-건강, 소비자 및 참조 자료, Retieseweg111, 2440 Geel, 벨기에.
  2. [2]
    T. 린싱거,수지 접합 유리 섬유판의 열 전도성 인증:ERM®-FC440a,ERM®-FC440b 및 ERM®-FC440c, EUR 30859 EN,유럽 연합출판국, 룩셈부르크,2021, ISBN 978-92-76-42259-4, 도이:10.2760/759309,JRC126677.