Wskazówki i porady
Jak mierzyć sztywne próbki o wyższej przewodności cieplnej za pomocą HFM?
Metoda przepływomierza ciepła (NETZSCH HFM 436 Lambda na rysunku 1) jest najczęściej stosowana do pomiarów przewodności cieplnej materiałów izolacyjnych, takich jak włókno szklane, włókno mineralne i pianki polimerowe w przybliżonym zakresie od 0,02 do 0,1 W/(m-K) i grubości od 20 do 100 mm.
Przy zachowaniu szczególnych środków ostrożności dotyczących przygotowania próbki, pomiaru temperatury i ustawień przyrządu, zakres metody HFM można rozszerzyć o pomiary materiałów budowlanych, takich jak beton, mur i drewno, a także tworzyw sztucznych, kompozytów i szkła o przewodności cieplnej nawet do 2 W/(m-K) i oporze cieplnym tak niskim jak 0,02 (m2-K)/W (patrz przykład w tabeli 1).
Tabela 1. Pomiar przewodności cieplnej cementu za pomocą HFM 436/3 z zestawem oprzyrządowania (gumowe arkusze i termopary do próbek)
| Próbka | Próbka grubość (mm) | Ciśnienie na stosie (PSI) k(PA) | Temp. średnia (°C) | Temperatura Δ płyty próbki (K) | Gęstość próbki (kg/m³) | Opór cieplny (m²-K/W) | Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.Przewodność cieplna (W/m-K) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cement | 76.25 | 2.0 13.8 | 26.1 | 19.2 14.3 | 1959 | 0.0617 | 1.24 |
W przypadku typowych pomiarów HFM materiałów izolacyjnych, do obliczenia przewodności cieplnej można wykorzystać różnicę temperatur na próbce (ΔT) zmierzoną przez termopary osadzone na gorącej i zimnej powierzchni płyty. Chociaż na styku płyty i próbki zawsze występuje opór cieplny small i spadek temperatury, można je pominąć w porównaniu ze znacznie larger oporem cieplnym próbki i ΔT. W przypadku ściśliwych materiałów izolacyjnych dobry kontakt termiczny jest zapewniony, jeśli próbka jest lekko ściśnięta przez płyty. W przypadku bardziej sztywnych materiałów, takich jak pianka z tworzywa sztucznego, te opory kontaktowe można nadal pominąć, o ile powierzchnie próbki są płaskie i równoległe, a płyty HFM wywierają wystarczający nacisk.
W przypadku materiałów o wyższej przewodności cieplnej, zazwyczaj o przewodności cieplnej > 0,5 W/(m-K) i oporze cieplnym < 0,1 (m2-K)/W, opory styku płyty z próbką nie mogą być już pomijane. Ponadto, ponieważ materiały te są na ogół sztywne i nieściśliwe i mogą mieć chropowate powierzchnie, kontakt termiczny z płytkami HFM może być jeszcze bardziej ograniczony przez szczeliny i warstwy powietrza. Aby przezwyciężyć te efekty, stosuje się termopary montowane na powierzchni próbki i gumowe arkusze interfejsu, jak opisano poniżej.
Przygotowanie próbki
Aby zapewnić wystarczającą odporność termiczną próbki i Δ T, zaleca się minimalną grubość próbki 50 mm. Maksymalna grubość wynosi około 90 mm, aby zapewnić miejsce na podkładki interfejsu oraz montaż i demontaż próbki.
Przygotuj powierzchnie próbki stykające się z płytami tak, aby były jak najbardziej gładkie, płaskie i równoległe w zakresie około 0,3 mm. Chociaż może to być trudne w przypadku wielu materiałów budowlanych, takich jak beton, jest to konieczne dla dobrego kontaktu termicznego z płytami HFM, nawet jeśli przestrzegane są te specjalne procedury.
Przed instalacją w HFM należy dokładnie zmierzyć grubość próbki w kilku miejscach w pobliżu centralnego obszaru pomiarowego i obliczyć średnią.
HFM Calibration
libraNormalne badanie przy użyciu dostarczonej standardowej płyty z włókna szklanego jest wystarczające. Nie jest konieczne przeprowadzanie calibrate przy użyciu przykładowych termopar i arkuszy interfejsu lub przy użyciu standardowej próbki o wyższej przewodności cieplnej. Testy wykazały, że przetwornik strumienia ciepła calibration wykorzystujący standardową płytę z włókna szklanego jest ważny w zakresie large rezystancji termicznej.
Procedura - NETZSCH HFM 436/3 z opcjonalnym zestawem oprzyrządowania
- W zestawie znajdują się dwie termopary i dwa arkusze interfejsu z gumy silikonowej (rysunek 2). Zaznaczyć punkt środkowy każdej powierzchni próbki, ułożyć górną i dolną sondę termopary z końcem umieszczonym w pobliżu znaku środkowego i przykleić taśmą, jak pokazano na rysunku 3.
- Umieść gumowe arkusze po każdej stronie próbki nad termoparami powierzchniowymi i przyklej je taśmą wokół krawędzi próbki, jak pokazano na rysunku 4. Taśma zapobiegnie przesuwaniu się lub składaniu arkuszy podczas ładowania próbki.
- Załaduj próbkę do komory HFM i opuść płytę, aż zatrzyma się automatycznie (maksymalne zastosowane NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie płyty). W przypadku korzystania z opcjonalnej funkcji ładowania stosu, zalecany jest nacisk płyty wynoszący około 2 PSI (około 14 kPa) w celu poprawy kontaktu termicznego.
- Podłącz górne złącze termopary próbki do lewej pozycji (zestaw oprzyrządowania), a dolne złącze termopary próbki do prawej pozycji. Zamknij drzwiczki HFM.
- W oprogramowaniu Q-Lab:
Aby zdefiniować próbkę, należy wybrać opcję User Thickness (Grubość użytkownika) na stronie selecti wprowadzić w oknie grubość próbki w cm. Grubość próbki zostanie wykorzystana do obliczenia przewodności cieplnej. Należy pamiętać, że grubość miernika obejmuje teraz grubość gumowych arkuszy interfejsu.
W zależności od oporu cieplnego próbki, zwykle należy zdefiniować temperaturę smaller Δ, aby uniknąć nasycenia odczytów przetwornika strumienia ciepła, Q Upper i Q Lower. W przypadku próbek takich jak beton (grubość 50 mm, Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna > 1 W/m-K) zazwyczaj wymagana jest Δ wynosząca 10 K lub mniej (w całej próbce). Δ musi być selected, aby utrzymać odczyty Q Upper i Q Lower w stanie równowagi na poziomie lub poniżej około 32000 uV. Może to wymagać ustawienia kilku wartości zadanych z różnymi Δ podczas testowania nieznanych próbek. Minimalna zalecana wartość Delta wynosi około 4 K.