Introducere
Metoda debitmetrului de căldură (NETZSCH HFM 436 Lambda în figura 1) se aplică cel mai frecvent la măsurarea conductivității termice a materialelor izolante, cum ar fi fibra de sticlă, fibrele minerale și spumele polimerice, în intervalul aproximativ de la 0,002 la 0,1 W/(m-K) și cu o grosime de la 20 la 100 mm. Cu precauții speciale privind pregătirea probei, măsurarea temperaturii și setările instrumentului, gama metodei HFM poate fi extinsă la măsurători ale materialelor de construcție precum betonul, zidăria și lemnul, precum și materialele plastice, compozitele și sticla cu conductivitate termică de până la 2 W/(m-K) și rezistență termică de până la 0,02 (m2-K)/W (a se vedea exemplul din tabelul 1).
Tabelul 1: Măsurarea conductivității termice a cimentului utilizând HFM 436/3 cu kit de instrumentație (foi de cauciuc și termocupluri de probă)
| Eșantion | Grosimea probei (mm) | Presiunea stivei | Temp. medie (°C) | Temp. Δ | Densitatea probei (kg/m3) | Rezistența termică termică (m²-(K/W)) | Conductivitate termică conductivității (W/(m-K)) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (PSI) | k(PA) | plăci | probe | ||||||
| Ciment | 76.25 | 2.0 | 13.8 | 26.1 | 19.2 | 14.3 | 1959 | 0.0617 | 1.24 |
În cazul măsurătorilor HFM tipice ale materialelor izolante, diferența de temperatură prin probă (ΔT) măsurată de termocuplurile încorporate în suprafețele plăcii calde și plăcii reci poate fi utilizată pentru calcularea conductivității termice. Deși există întotdeauna o rezistență termică small și o cădere de temperatură prezente la interfețele dintre placă și probă, acestea pot fi neglijate în comparație cu rezistența termică mult mai mare a probei și ΔT. Pentru materialele izolante compresibile, un contact termic bun este asigurat dacă proba este comprimată ușor de plăci. Pentru materialele mai rigide, cum ar fi spuma de plastic, aceste rezistențe de contact pot fi neglijate atâta timp cât suprafețele probei sunt plane și paralele, iar plăcile HFM aplică o presiune suficientă. Pentru materialele cu conductivitate termică mai mare, în general cu conductivitate termică > 0,5 W/(m-K) și rezistență termică < 0,1 (m2-K)/W, rezistențele de contact dintre plăci și probă nu mai pot fi neglijate. De asemenea, deoarece aceste materiale sunt, în general, rigide și incompresibile și pot avea suprafețe rugoase, contactul termic cu plăcile HFM poate fi redus și mai mult de goluri și pelicule de aer. Pentru a depăși aceste efecte, se utilizează termocupluri montate pe suprafața probei și foi de interfață din cauciuc, conform descrierii.
Pregătirea probei
Pentru a obține o rezistență termică și un ΔT al probei suficiente, se recomandă o grosime minimă a probei de 50 mm. Grosimea maximă este de aproximativ 90 mm pentru a lăsa spațiu pentru plăcuțele de interfață și pentru instalarea și îndepărtarea probei.
Pregătiți suprafețele probei în contact cu plăcile astfel încât să fie cât mai netede posibil, plane și paralele cu o precizie de aproximativ 0,3 mm. Deși acest lucru poate fi dificil pentru multe materiale de construcție, cum ar fi betonul, este necesar pentru un contact termic bun cu plăcile HFM, chiar și atunci când sunt respectate aceste proceduri speciale.
Înainte de instalarea în HFM, grosimea probei trebuie măsurată cu atenție în mai multe locuri din apropierea zonei centrale de măsurare, iar media trebuie calculată.
Calibrarea HFM
Este suficientă o calibrare normală folosind placa standard din fibră de sticlă furnizată. Nu este necesară calibrarea folosind termocuplurile de probă și foile de interfață sau cu o probă standard cu conductivitate termică mai mare. Testele au arătat că calibrarea traductorului de flux termic cu ajutorul plăcii standard din fibră de sticlă este valabilă pe o gamă large de rezistență termică.
Proceduri - NETZSCH HFM 436/3 cu instrumentație opționalăKit
- Sunt furnizate două termocupluri și două foi de interfață din cauciuc siliconic (figura 2). Marcați punctul central al fiecărei suprafețe a probei, așezați sondele termocuplu superioare și inferioare cu capătul plasat aproape de marcajul central și fixați-le cu bandă adezivă, după cum se arată în figura 3.
- Așezați foliile de cauciuc pe fiecare parte a probei peste termocuplurile de suprafață și fixați-le cu bandă adezivă în jurul marginilor probei, după cum se arată în figura 4. Banda va împiedica foile să se deplaseze sau să se îndoaie în timpul încărcării probei.
- Încărcați eșantionul în camera HFM și coborâți placa până când se oprește automat (sarcina maximă aplicată plăcii). Dacă utilizați funcția opțională de încărcare a stivei, se recomandă o presiune a plăcii de aproximativ 2 PSI (aproximativ 4 kPa) pentru a îmbunătăți contactul termic.
- Conectați conectorul termocuplului eșantionului superior în poziția din stânga (Instrumentation Kit) și conectorul termocuplului eșantionului inferior în poziția din dreapta.
- În software-ul Q-Lab
Pentru definirea probei trebuie selectată opțiunea "User Thickness" (Grosime utilizator) și trebuie introdusă în fereastră grosimea probei în cm. Grosimea eșantionului va fi utilizată pentru a calcula conductivitatea termică. Rețineți că Gauge Thickness include acum grosimea foilor de interfață din cauciuc. În funcție de rezistența termică a probei, în mod normal va trebui definită o temperatură Δ mai mică pentru a evita saturarea citirilor traductorului de flux termic, Q Upper și Q Lower. Pentru probe precum betonul (grosime de 50 mm, conductivitate termică > 1 W/(m-K)), este necesar, de obicei, un Δ de 10 K sau mai mic (în întreaga probă). Δ trebuie selectat pentru a menține citirile Q Upper și Q Lower la echilibru la sau sub aproximativ 32000 uV. Acest lucru poate necesita setarea mai multor puncte de setare cu Δ diferite atunci când se testează probe necunoscute. Δ minim recomandat este de aproximativ 4 K.
