Introducere
Tehnica Heat Flow Meter (HFM) este o metodă bine cunoscută și acceptată pentru determinarea conductivității termice a materialelor izolante, cum ar fi EPS, lână de stâncă sau panouri din fibră de sticlă. De asemenea, materialele de construcție precum betonul cu conductivitate termică mai mare și structură rigidă pot fi studiate cu HFM. Kitul de instrumentare extinde domeniul de măsurare până la 2 W/(m∙K). Această notă de aplicare descrie în detaliu kitul de instrumentare și prezintă date obținute pe Pyrex® cu HFM 436/3/1 (figura 1). Eficacitatea sa este demonstrată prin corelarea datelor cu tehnica Laser Flash Analysis (LFA, figura 2).
Kit de instrumentație
La testarea materialelor izolante cu tehnica HFM, rezistențele termice de interfață dintre probă și plăcile HFM sunt de obicei neglijabile, în raport cu rezistența termică a probei. În cazul probelor foarte conductive și/sau rigide, această presupunere nu mai este valabilă. Chiar dacă suprafețele specimenului sunt foarte plane și planeparalele, întotdeauna rămân unele goluri de aer small la interfață, ceea ce duce la diferențe semnificative între temperatura plăcilor și cea a suprafeței specimenului și la un flux de căldură neomogen prin probă. Pentru a evita aceste neajunsuri, este necesar kitul de instrumentare. Acesta constă din două termocupluri externe și din două straturi de interfață (figura 3). Straturile de interfață îmbunătățesc contactul termic dintre plăci și probă, în timp ce termocuplurile externe sunt în contact direct cu suprafețele probei (figura 4) și, prin urmare, măsoară temperaturile de suprafață exacte și "reale" (figura 5).
Compararea datelor de măsurare pe Pyrex® utilizând HFM cu kit de instrumentare și tehnica LFA
Performanța kitului de instrumentare este demonstrată cu Pyrex®, un material de referință pentru conductivitatea termică omogen, stabil din punct de vedere chimic și bine cunoscut încă din anii 1960, cu o conductivitate termică de aproximativ 1,14 W/(m∙K) la 23°C [1].
Datele raportate au fost efectuate pe probe de 300 mm x 300 mm x 20 mm cu și fără kit de instrumentare. Calibrarea senzorilor de flux termic a fost realizată cu o placă de fibră de sticlă certificată NIST (1450D) fără kit de instrumentare, în conformitate cu ASTM C 518. Au fost testate trei probe Pyrex diferite (A, B, C) din același lot. Două probe (1, 2) cu un diametru de 12,7 mm și o grosime de 2,5 mm au fost, de asemenea, preparate din același lot pentru testele LFA. Măsurătorile au fost efectuate cu LFA467 Hyperflash.
Tabelul 1 prezintă rezultatele la 23°C ale diferitelor teste HFM și LFA. Abaterea standard small (1,7%) a testelor HFM demonstrează reproductibilitatea bună a metodei. Conductivitatea termică medie de 1,15 W/(m∙K) prezintă o abatere de numai 0,88% față de valoarea medie din LFA și din literatura de specialitate. Acest lucru dovedește acuratețea măsurătorilor HFM cu kitul de instrumentare.
Tabelul 1: Conductivitatea termică a Pyrex® la 23°C folosind HFM și LFA
Metodă | Probă/măsurare | Conductivitate termică W/(m∙K) | Conductivitate termică medie W/(m∙K) |
|---|---|---|---|
| HFM | Pyrex A | 1.13 | 1.15 |
| Pyrex B | 1.17 | ||
| Pyrex C | 1.14 | ||
| HFM | Pyrex fără kit de instrumentație | 0.53 | 0.53 |
| LFA | Pyrex - 1 | 1.14 | 1.14 |
| Pyrex - 2 | 1.14 |
Fără kitul de instrumentare, rezistența ridicată la contactul termic și temperaturile necunoscute ale suprafeței conduc la o conductivitate termică de 0,53 W/(m∙K), semnificativ mai mică decât valoarea așteptată.
Figura 6 prezintă rezultatele de la 10°C la 65°C cu HFM, LFA și valorile din literatura de specialitate (bare de eroare ± 5%). Pe întreaga gamă de temperaturi, rezultatele HFM și LFA sunt în bună concordanță cu valorile din literatură (abatere maximă 2,8% - LFA și 3,9% - HFM).
Rezumat
Conductivitatea termică a materialelor rigide de până la 2 W/(m∙K) poate fi investigată în mod fiabil cu HFM, cu condiția ca temperaturile de suprafață să fie măsurate cu exactitate. Acest lucru se realizează cu ajutorul kitului de instrumentare, care asigură un flux de căldură omogen și temperaturi de suprafață reale ale specimenului. Datele măsurătorilor HFM cu kitul de instrumentare sunt foarte reproductibile și în bună concordanță cu rezultatele obținute prin tehnica LFA și cu literatura de specialitate. În plus, stabilitatea pe termen lung califică Pyrex® drept material de alegere pentru verificarea performanțelor HFM cu Instrumentation Kit înainte de măsurarea probelor necunoscute, cu conductivitate ridicată.