계측 키트가 포함된 열 유량계(HFM): 파이렉스® 측정 - 레이저 플래시 분석(LFA) 및 문헌과 잘 일치함

소개

열유량계(HFM) 기술은 EPS, 암면 또는 유리 섬유 보드와 같은 단열재의 열전도율을 측정하는 잘 알려져 있고 인정받는 방법입니다. 또한 열전도율이 높고 구조가 단단한 콘크리트와 같은 건축 자재도 HFM으로 조사할 수 있습니다. 계측 키트는 측정 범위를 최대 2W/(m∙K)까지 확장합니다. 이 애플리케이션 노트에서는 계측 키트에 대해 자세히 설명하며, HFM 436/3/1로 Pyrex®에서 얻은 데이터를 제시합니다(그림 1). 레이저 플래시 분석(LFA, 그림 2) 기법과 데이터의 상관관계를 통해 그 효과를 입증합니다.

계측 키트

HFM 기법으로 단열재를 테스트할 때 시편과 HFM 플레이트 사이의 계면 열 저항은 일반적으로 시편의 열 저항에 비해 무시할 수 있는 수준입니다. 전도성이 높거나 딱딱한 시료의 경우 이 가정은 더 이상 유효하지 않습니다. 시료의 표면이 매우 평평하고 평행하더라도 계면에는 항상 약간의 small 에어 갭이 남아 있어 플레이트와 시료의 표면 온도 사이에 상당한 차이가 발생하고 시료에 불균일한 열 흐름이 발생할 수 있습니다. 이러한 단점을 피하려면 계측 키트가 필요합니다. 이 키트는 두 개의 외부 열전대와 두 개의 인터페이스 레이어로 구성됩니다(그림 3). 인터페이스 레이어는 플레이트와 시료 사이의 열 접촉을 개선하고 외부 열전대는 시료의 표면에 직접 접촉하므로(그림 4) 정확하고 "실제" 표면 온도를 측정합니다(그림 5).

계측 키트 및 LFA 기법과 함께 HFM을 사용한 Pyrex®의 측정 데이터 비교

계측 키트의 성능은 23°C에서 약 1.14W/(m∙K)의 열전도도를 가진 1960년대부터 잘 알려진 균질하고 화학적으로 안정된 열전도도 기준 물질인 Pyrex®로 입증되었습니다[1].

보고된 데이터는 계측 키트를 사용하거나 사용하지 않은 300mm x 300mm x 20mm 크기의 시편에 대해 수행되었습니다. 열유속 센서의 교정은 ASTM C 518에 따라 계측 키트 없이 NIST 인증 유리 섬유 보드(1450D)를 사용하여 수행되었습니다. 동일한 배치의 세 가지 파이렉스 샘플(A, B, C)을 테스트했습니다. 직경 12.7mm, 두께 2.5mm의 샘플 2개(1, 2)도 LFA 테스트를 위해 동일한 배치에서 준비했습니다. 측정은 LFA467 Hyperflash 을 사용하여 수행했습니다.

표 1은 23°C에서 다양한 HFM 및 LFA 테스트의 결과를 보여줍니다. HFM 테스트의 표준편차( small )는 1.7%로 이 방법의 재현성이 우수하다는 것을 보여줍니다. 평균 열전도율 1.15W/(m∙K)는 LFA 및 문헌의 평균값과 0.88%의 편차밖에 나지 않는 것으로 나타났습니다. 이는 계측 키트를 사용한 HFM 측정의 정확성을 입증합니다.

표 1: HFM 및 LFA를 사용한 23°C에서 Pyrex®의 열 전도성

계측 키트가 없으면 높은 열 접촉 저항과 알 수 없는 표면 온도로 인해 열 전도도가 0.53W/(m∙K)로 예상 값보다 훨씬 낮습니다.

그림 6은 10°C~65°C에서 HFM, LFA 및 문헌 값을 사용한 결과를 보여줍니다(오차 막대 ± 5%). 전체 온도 범위에서 HFM 및 LFA 결과는 문헌 값과 잘 일치합니다(최대 편차 2.8% - LFA 및 3.9% - HFM).

요약

표면 온도를 정확하게 측정할 수 있는 경우, 최대 2 W/(m∙K)에 이르는 단단한 재료의 열전도도는 HFM을 통해 안정적으로 조사할 수 있습니다. 이는 균일한 열 흐름과 실제 시료의 표면 온도를 보장하는 계측 키트를 통해 달성할 수 있습니다. 계측 키트를 사용한 HFM 측정 데이터는 재현성이 뛰어나며 LFA 기술 및 문헌의 결과와 잘 일치합니다. 또한, 장기적인 안정성으로 인해 파이렉스®는 알려지지 않은 고전도성 시료를 측정하기 전에 계측 키트를 사용하여 HFM의 성능을 검증하는 데 적합한 재료로 인정받고 있습니다.