Inleiding
De warmtestroommeter (NETZSCH HFM 436 Lambda in afbeelding 1) wordt het meest toegepast voor warmtegeleidingsmetingen van isolatiematerialen zoals glasvezel, minerale vezels en polymerschuimen in een bereik van ongeveer 0,002 tot 0,1 W/(m-K) en een dikte van 20 tot 100 mm. Met speciale voorzorgsmaatregelen voor monstervoorbereiding, temperatuurmeting en instrumentinstellingen kan het bereik van de HFM-methode worden uitgebreid tot metingen van bouwmaterialen zoals beton, metselwerk en hout, maar ook kunststoffen, composieten en glas met een warmtegeleidingsvermogen tot 2 W/(m-K) en een warmteweerstand tot 0,02 (m2-K)/W (zie voorbeeld in Tabel 1).
Tabel 1: Meting van de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid van cement met de HFM 436/3 met instrumentatieset (rubberen platen en thermokoppels voor monsters)
| Monster | Dikte monster (mm) | Stapeldruk | Gemiddelde temperatuur (°C) | Temp. Δ | DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. Dichtheid monster (kg/m3) | Thermisch weerstand (m²-(K/W)) | Thermisch geleidingsvermogen (W/(m-K)) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (PSI) | k(PA) | platen | monsters | ||||||
| Cement | 76.25 | 2.0 | 13.8 | 26.1 | 19.2 | 14.3 | 1959 | 0.0617 | 1.24 |
Bij typische HFM metingen van isolerende materialen kan het temperatuurverschil over het monster (ΔT), zoals gemeten door de thermokoppels in de hete plaat en de koude plaat, gebruikt worden voor de berekening van de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid. Hoewel er altijd een small thermische weerstand en temperatuurdaling aanwezig is op de grensvlakken tussen plaat en monster, kunnen deze verwaarloosd worden in vergelijking met de veel grotere thermische weerstand en ΔT van het monster. Voor samendrukbare isolatiematerialen is een goed thermisch contact verzekerd als het monster lichtjes wordt samengedrukt door de platen. Voor stijvere materialen zoals kunststofschuim kunnen deze contactweerstanden nog steeds verwaarloosd worden zolang de monsteroppervlakken vlak en parallel zijn en er voldoende druk wordt uitgeoefend door de HFM-platen. Voor materialen met een hoger warmtegeleidingsvermogen, over het algemeen met een warmtegeleidingsvermogen > 0,5 W/(m-K) en een warmteweerstand < 0,1 (m2-K)/W, kunnen de contactweerstanden tussen de plaat en het monster niet langer verwaarloosd worden. Aangezien deze materialen over het algemeen stijf en onsamendrukbaar zijn en ruwe oppervlakken kunnen hebben, kan het thermisch contact met de HFM-platen nog verder worden verminderd door spleten en luchtlagen. Om deze effecten te ondervangen worden op het oppervlak van het monster gemonteerde thermokoppels en rubberen interfacevellen gebruikt, zoals beschreven.
Monstervoorbereiding
Om voldoende warmteweerstand en ΔT van het monster te verkrijgen, wordt een minimale dikte van het monster van 50 mm aanbevolen. De maximale dikte is ongeveer 90 mm om ruimte te laten voor de interfacepads en installatie en verwijdering van het monster.
Bereid de monsteroppervlakken die in contact komen met de platen zo glad mogelijk voor en maak ze vlak en parallel binnen ongeveer 0,3 mm. Hoewel dit een uitdaging kan zijn voor veel bouwmaterialen zoals beton, is het noodzakelijk voor een goed thermisch contact met de HFM-platen, zelfs als deze speciale procedures worden gevolgd.
Voor de installatie in de HFM moet de dikte van het monster zorgvuldig gemeten worden op verschillende plaatsen in de buurt van het centrale meetgebied en moet het gemiddelde berekend worden.
HFM-kalibratie
Een normale ijking met de meegeleverde glasvezelplaatstandaard is voldoende. Het is niet nodig om te kalibreren met de voorbeeldthermokoppels en interfaceplaatjes of met een standaardmonster met een hogere warmtegeleidingscoëfficiënt. Testen hebben aangetoond dat de kalibratie van de warmtefluxopnemer met behulp van de glasvezelplaatstandaard geldig is over een bereik van large voor thermische weerstand.
Procedures - NETZSCH HFM 436/3 met optionele instrumentatiekit
- Er worden twee thermokoppels en twee siliconenrubberen interfacevellen meegeleverd (figuur 2). Markeer het middelpunt van elk oppervlak van het proefstuk, leg de bovenste en onderste thermokoppelsondes met het uiteinde in de buurt van de middelste markering en plak ze vast met plakband zoals getoond in figuur 3.
- Plaats de rubberen vellen aan weerszijden van het monster over de oppervlaktethermokoppels en plak ze met plakband vast rond de randen van het monster, zoals getoond in figuur 4. Het plakband zorgt ervoor dat de vellen niet verschuiven. De tape zorgt ervoor dat de vellen niet verschuiven of vouwen tijdens het laden van het monster.
- Laad het monster in de HFM kamer en laat de plaat zakken totdat deze automatisch stopt (maximale plaatbelasting). Als de optionele stapellaadfunctie wordt gebruikt, wordt een plaatdruk van ongeveer 2 PSI (ongeveer 4 kPa) aanbevolen om het thermisch contact te verbeteren.
- Steek de bovenste monsterthermokoppelconnector in de linker positie (Instrumentation Kit) en de onderste monsterthermokoppelconnector in de rechter positie.
- In Q-Lab software
Voor de monsterdefinitie moet "User Thickness" geselecteerd worden en de monsterdikte in cm ingevoerd worden in het venster. De monsterdikte wordt gebruikt om de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid te berekenen. Merk op dat de dikte van de meter nu ook de dikte van de rubberen interfacevellen omvat. Afhankelijk van de thermische weerstand van het proefstuk moet normaal gesproken een kleinere temperatuur Δ worden gedefinieerd om verzadiging van de aflezingen van de warmtefluxopnemers, Q Boven en Q Onder, te voorkomen. Voor monsters zoals beton (dikte van 50 mm, warmtegeleidingsvermogen > 1 W/(m-K)) is meestal een Δ van 10 K of minder (over het hele monster) vereist. De Δ moet zo worden gekozen dat de aflezingen van Q boven en Q onder in evenwicht op of onder ongeveer 32000 uV blijven. Dit kan betekenen dat er meerdere instelpunten met verschillende Δ moeten worden ingesteld bij het testen van onbekende monsters. De minimaal aanbevolen Δ is ongeveer 4 K.
