Введение
Метод измерителя теплового потока (NETZSCH HFM 436 Lambda на рис. 1) чаще всего применяется для измерения теплопроводности изоляционных материалов, таких как стекловолокно, минеральное волокно и полимерные пенопласты, в приблизительном диапазоне от 0,002 до 0,1 Вт/(м-К) и толщиной от 20 до 100 мм. При соблюдении специальных мер предосторожности в отношении подготовки образца, измерения температуры и настройки прибора диапазон метода HFM может быть расширен до измерений строительных материалов, таких как бетон, кирпичная кладка и дерево, а также пластмасс, композитов и стекла с теплопроводностью до 2 Вт/(м-К) и термическим сопротивлением до 0,02 (м2-К)/Вт (см. пример в табл. 1).
Таблица 1: Измерение теплопроводности цемента с помощью HFM 436/3 с комплектом приборов (резиновые листы и образцовые термопары)
| Образец | Толщина образца (мм) | Давление в штабеле | Средняя температура (°C) | Температура Δ | Плотность образца (кг/м3) | Термическое сопротивление (м²-(К/Вт)) | Тепловая теплопроводность (Вт/(м-К)) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (PSI) | k(PA) | пластины | образцы | ||||||
| Цемент | 76.25 | 2.0 | 13.8 | 26.1 | 19.2 | 14.3 | 1959 | 0.0617 | 1.24 |
При типичных HFM-измерениях изоляционных материалов для расчета теплопроводности можно использовать разность температур на образце (ΔT), измеренную термопарами, встроенными в поверхности горячей и холодной пластин. Хотя на границах раздела пластины и образца всегда присутствует термическое сопротивление small и перепад температур, ими можно пренебречь по сравнению с гораздо larger термическим сопротивлением образца и ΔT. Для сжимаемых изоляционных материалов хороший тепловой контакт обеспечивается, если образец слегка сжимается пластинами. Для более жестких материалов, таких как пенопласт, этими контактными сопротивлениями можно пренебречь, если поверхности образца плоские и параллельные, а пластины HFM оказывают достаточное давление. Для материалов с более высокой теплопроводностью, как правило, с теплопроводностью > 0,5 Вт/(м-К) и термическим сопротивлением < 0,1 (м2-К)/Вт, контактными сопротивлениями между пластиной и образцом уже нельзя пренебречь. Кроме того, поскольку эти материалы обычно жесткие и несжимаемые и могут иметь шероховатые поверхности, тепловой контакт с пластинами HFM может быть еще больше уменьшен за счет зазоров и воздушных пленок. Для преодоления этих эффектов используются термопары, установленные на поверхности образца, и резиновые интерфейсные листы, как описано выше.
Подготовка образцов
Для обеспечения достаточного термического сопротивления образца и ΔT рекомендуется минимальная толщина образца 50 мм. Максимальная толщина - около 90 мм, чтобы обеспечить пространство для интерфейсных прокладок, а также для установки и снятия образца.
Подготовьте поверхности образца, контактирующие с пластинами, чтобы они были как можно более гладкими, плоскими и параллельными в пределах примерно 0,3 мм. Хотя для многих строительных материалов, таких как бетон, это может оказаться сложной задачей, это необходимо для обеспечения хорошего теплового контакта с пластинами HFM даже при соблюдении этих специальных процедур.
Перед установкой в HFM следует тщательно измерить толщину образца в нескольких местах вблизи центральной измерительной зоны и рассчитать среднее значение.
HFM Calibration
libraДостаточно провести обычную проверку с использованием стандартного образца из стекловолокнистой плиты, входящего в комплект поставки. Нет необходимости вlibraтировании с использованием образцовых термопар и интерфейсных листов или с использованием стандартного образца с более высокой теплопроводностью.libraИспытания показали, что преобразователь теплового потока с использованием эталона из стекловолокнистой плиты действителен в large диапазоне теплового сопротивления.
Процедуры - NETZSCH HFM 436/3 с дополнительным комплектом приборов
- В комплект поставки входят две термопары и два силиконовых резиновых интерфейсных листа (Рисунок 2). Отметьте центральную точку на поверхности каждого образца, положите верхний и нижний термопарный щуп так, чтобы его конец находился рядом с центральной отметкой, и закрепите скотчем, как показано на рисунке 3.
- Поместите резиновые листы с каждой стороны образца поверх поверхностных термопар и закрепите их скотчем по краям образца, как показано на рисунке 4. Лента не даст листам сместиться или сложиться во время загрузки образца.
- Загрузите образец в камеру HFM и опустите пластину до автоматической остановки (максимальная нагрузка на пластину). Если используется дополнительная функция загрузки стопки образцов, то для улучшения теплового контакта рекомендуется давление на пластину около 2 PSI (около 4 кПа).
- Вставьте верхний разъем термопары образца в левое положение (комплект приборов), а нижний разъем термопары образца - в правое положение.
- В программе Q-Lab
Для определения образца "Толщина пользователя" необходимо выбрать selected и ввести в окно толщину образца в см. Толщина образца будет использоваться для расчета теплопроводности. Обратите внимание, что толщина образца теперь включает в себя толщину резиновых интерфейсных листов. В зависимости от теплового сопротивления образца обычно требуется определить температуру Δ на сайте small, чтобы избежать насыщения показаний датчика теплового потока, Q Upper и Q Lower. Для таких образцов, как бетон (толщина 50 мм, теплопроводность > 1 Вт/(м-К)), обычно требуется Δ не более 10 К (по всему образцу). Значение Δ должно быть select, чтобы показания Q Upper и Q Lower в равновесном состоянии находились на уровне или ниже примерно 32000 мкВ. При тестировании неизвестных образцов может потребоваться установка нескольких уставок с разными Δ. Минимальное рекомендуемое значение Δ составляет около 4 K.
