Inledning
HFM-tekniken (Heat Flow Meter) är en välkänd och accepterad metod för att bestämma värmeledningsförmågan hos isoleringsmaterial som EPS, stenull eller glasfiberskivor. Även byggmaterial som betong med högre Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga och styv struktur kan undersökas med HFM. Instrumentation Kit utökar mätområdet till upp till 2 W/(m∙K). I denna applikationsnot beskrivs Instrumentation Kit i detalj och data som erhållits på Pyrex® med HFM 436/3/1 (figur 1) presenteras. Dess effektivitet demonstreras genom att korrelera data med tekniken Laser Flash Analysis (LFA, figur 2).
Instrumenteringssats
Vid provning av isolerande material med HFM-tekniken är gränsytans termiska motstånd mellan provkroppen och HFM-plattorna vanligtvis försumbara i förhållande till provkroppens termiska motstånd. När det gäller högkonduktiva och/eller styva prover är detta antagande inte längre giltigt. Även om provkroppens ytor är mycket plana och planparallella finns det alltid kvar några small luftspalter vid gränssnittet, vilket leder till betydande skillnader mellan plattornas och provkroppens yttemperaturer och ett inhomogent värmeflöde genom provkroppen. För att undvika dessa brister är Instrumentation Kit nödvändigt. Den består av två externa termoelement och två gränssnittsskikt (fig. 3). Interfacelagren förbättrar den termiska kontakten mellan plattorna och provet, medan de externa termoelementen är i direkt kontakt med provets ytor (fig. 4) och därför mäter de exakta och "sanna" yttemperaturerna (fig. 5).
Jämförelse av mätdata på Pyrex® med hjälp av HFM med instrumenteringssats och LFA-teknik
Prestandan hos Instrumentation Kit demonstreras med Pyrex®, ett homogent, kemiskt stabilt och välkänt referensmaterial för Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga sedan 1960-talet med en Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga på ca 1,14 W/(m∙K) vid 23°C [1].
De rapporterade uppgifterna utfördes på provkroppar som mätte 300 mm x 300 mm x 20 mm med och utan instrumenteringssats. Kalibreringen av värmeflödesgivarna gjordes med en NIST-certifierad glasfiberskiva (1450D) utan instrumenteringssats, i enlighet med ASTM C 518. Tre olika Pyrex-prover (A, B, C) från samma batch testades. Två prover (1, 2) med en diameter på 12,7 mm och en tjocklek på 2,5 mm förbereddes också från samma parti för LFA-testerna. Mätningarna utfördes med LFA467 Hyperflash.
Tabell 1 visar resultaten vid 23°C från de olika HFM- och LFA-testerna. Standardavvikelsen small (1,7 %) för HFM-testerna visar att metoden har god reproducerbarhet. Den genomsnittliga värmeledningsförmågan på 1,15 W/(m∙K) visar en avvikelse på endast 0,88% från medelvärdet från LFA och litteraturen. Detta bevisar noggrannheten i HFM-mätningarna med Instrumentation Kit.
Tabell 1: Värmekonduktivitet för Pyrex® vid 23°C med HFM och LFA
Metod | Prov/Mätning | W/(m∙K) | W/(m∙K) |
|---|---|---|---|
| HFM | Pyrex A | 1.13 | 1.15 |
| Pyrex B | 1.17 | ||
| Pyrex C | 1.14 | ||
| HFM | Pyrex utan instrumenteringssats | 0.53 | 0.53 |
| LFA | Pyrex - 1 | 1.14 | 1.14 |
| Pyrex - 2 | 1.14 |
Utan Instrumentation Kit leder det höga termiska kontaktmotståndet och de okända yttemperaturerna till en Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga på 0,53 W/(m∙K), vilket är betydligt lägre än det förväntade värdet.
Figur 6 visar resultat från 10°C till 65°C med HFM, LFA och litteraturvärden (felstaplar ± 5%). Över hela temperaturintervallet är HFM- och LFA-resultaten i god överensstämmelse med litteraturvärdena (max. avvikelse 2,8% - LFA och 3,9% - HFM).
Sammanfattning
Värmekonduktiviteten hos styva material på upp till 2 W/(m∙K) kan undersökas på ett tillförlitligt sätt med HFM, förutsatt att yttemperaturerna mäts noggrant. Detta uppnås med Instrumentation Kit, som säkerställer ett homogent värmeflöde och sanna yttemperaturer på provkroppen. Uppgifterna från HFM-mätningarna med Instrumentation Kit är mycket reproducerbara och stämmer väl överens med resultaten från LFA-tekniken och litteraturen. Dessutom kvalificerar den långsiktiga stabiliteten Pyrex® som ett material att välja för att verifiera prestandan hos HFM med Instrumentation Kit före mätning av okända, högkonduktiva prover.