Советы и рекомендации
Как измерять жесткие образцы с высокой теплопроводностью с помощью HFM
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 0,02 до 0,1 Вт/(м-К) и толщиной от 20 до 100 мм.
При соблюдении особых мер предосторожности в отношении подготовки образцов, 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 тепловым сопротивлением до 0,02 (м2-К)/Вт (см. пример в таблице 1).
Таблица 1. Измерение теплопроводности цемента с помощью HFM 436/3 с комплектом приборов (резиновые листы и образцовые термопары)
| Образец | Образец толщина (мм) | Давление в штабеле (PSI) k(PA) | Средняя температура (°C) | Температура Δ пластин образца (K) | Образец плотность (кг/м³) | Тепловое сопротивление (м²-К/Вт) | Теплопроводность (Вт/м-К) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 ниже.
Подготовка образцов
Чтобы обеспечить достаточное тепловое сопротивление образца и Δ T, 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.
Процедура - 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. Скотч удержит листы от смещения или складывания во время загрузки образца.
- Загрузите образец в камеру HFM и опустите пластину до автоматической остановки (максимальная нагрузка на пластину). Если используется дополнительная функция загрузки штабеля, то для улучшения теплового контакта рекомендуется давление на пластину около 2 PSI (около 14 кПа).
- Вставьте верхний разъем термопары образца в левое положение (комплект приборов), а нижний разъем термопары образца - в правое положение. Закройте дверцу HFM.
- В программе Q-Lab:
Для определения образца User Thickness необходимо selected и ввести в окно толщину образца в см. Толщина образца будет использоваться для расчета теплопроводности. smallОбратите внимание, что толщина образца теперь включает в себя толщину резиновых интерфейсных листов.
В зависимости от теплового сопротивления образца обычно необходимо определить температуру Δ, 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 selectдля поддержания равновесных показаний Q Upper и Q Lower на уровне примерно 32000 мкВ или ниже. При тестировании неизвестных образцов может потребоваться установка нескольких уставок с разными Δ. Минимальная рекомендуемая дельта составляет около 4 K.