Giriş
Isı Akış Ölçer (HFM) tekniği, EPS, taş yünü veya cam elyaf levhalar gibi yalıtım malzemelerinin ısıl iletkenliğini belirlemek için iyi bilinen ve kabul gören bir yöntemdir. Ayrıca daha yüksek ısı iletkenliğine ve sert yapıya sahip beton gibi yapı malzemeleri de HFM ile incelenebilir. Enstrümantasyon Kiti ölçüm aralığını 2 W/(m∙K) değerine kadar genişletir. Bu uygulama notu, Enstrümantasyon Kitini ayrıntılı olarak açıklamakta ve HFM 436/3/1 ile Pyrex® üzerinde elde edilen verileri sunmaktadır (şekil 1). Veriler Lazer Flaş Analizi (LFA, şekil 2) tekniği ile ilişkilendirilerek etkinliği gösterilmektedir.
Enstrümantasyon Kiti
Yalıtım malzemelerini HFM tekniği ile test ederken, numune ile HFM plakaları arasındaki arayüz termal dirençleri, numunenin termal direncine göre genellikle ihmal edilebilir. Yüksek iletkenlik ve/veya sert numuneler söz konusu olduğunda, bu varsayım artık geçerli değildir. Numunenin yüzeyleri çok düz ve düzlemsel olarak paralel olsa bile, arayüzde her zaman bazı small hava boşlukları kalır, bu da plakalar ve numunenin yüzey sıcaklıkları arasında önemli farklılıklara ve numune boyunca homojen olmayan bir ısı akışına yol açar. Bu eksikliklerden kaçınmak için Enstrümantasyon Kiti gereklidir. İki harici termokupl ve iki arayüz katmanından oluşur (Şekil 3). Arayüz katmanları, plakalar ve numune arasındaki termal teması iyileştirirken, harici termokupllar numunenin yüzeyleriyle doğrudan temas halindedir (şekil 4) ve bu nedenle tam ve "gerçek" yüzey sıcaklıklarını ölçer (şekil 5).
Pyrex® Üzerinde HFM ile Enstrümantasyon Kiti ve LFA Tekniği Kullanılarak Yapılan Ölçüm Verilerinin Karşılaştırılması
Enstrümantasyon Kitinin performansı, 23°C'de yaklaşık 1,14 W/(m∙K) termal iletkenliğe sahip, 1960'lardan beri homojen, kimyasal olarak kararlı ve iyi bilinen bir Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik referans malzemesi olan Pyrex® ile gösterilmiştir [1].
Rapor edilen veriler, 300 mm x 300 mm x 20 mm ölçülerindeki numuneler üzerinde Enstrümantasyon Kiti kullanılarak ve kullanılmadan gerçekleştirilmiştir. Isı akısı sensörlerinin calibration'u, ASTM C 518'e uygun olarak, enstrümantasyon kiti olmadan NIST sertifikalı bir cam elyaf levha (1450D) ile gerçekleştirilmiştir. Aynı partiden üç farklı Pyrex numunesi (A, B, C) test edilmiştir. LFA testleri için aynı partiden 12,7 mm çapında ve 2,5 mm kalınlığında iki numune (1, 2) de hazırlanmıştır. Ölçümler LFA467 Hyperflash ile gerçekleştirilmiştir.
Tablo 1, 23°C'de farklı HFM ve LFA testlerinden elde edilen sonuçları göstermektedir. HFM testlerinin small standart sapması (%1,7) yöntemin iyi tekrarlanabilirliğini göstermektedir. Ortalama 1,15 W/(m∙K) Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik, LFA ve literatürden elde edilen ortalama değere göre sadece %0,88'lik bir sapma göstermektedir. Bu da Enstrümantasyon Kiti ile yapılan HFM ölçümlerinin doğruluğunu kanıtlamaktadır.
Tablo 1: Pyrex®'in HFM ve LFA kullanılarak 23°C'de ısıl iletkenliği
Yöntem | Örnek/Ölçüm | W/(m∙K) | W/(m∙K) |
|---|---|---|---|
| HFM | Pyrex A | 1.13 | 1.15 |
| Pyrex B | 1.17 | ||
| Pyrex C | 1.14 | ||
| HFM | Enstrümantasyon Kiti olmadan Pyrex | 0.53 | 0.53 |
| LFA | Pyrex - 1 | 1.14 | 1.14 |
| Pyrex - 2 | 1.14 |
Enstrümantasyon Kiti olmadan, yüksek termalTemas DirenciTermodinamiğin ikinci yasasına göre, iki sistem arasındaki ısı transferi her zaman daha yüksek sıcaklıklardan daha düşük sıcaklıklara doğru hareket eder. Örneğin bir binanın duvarından ısı iletimi yoluyla aktarılan termal enerji miktarı, beton duvarın ve yalıtım katmanının termal dirençlerinden etkilenir. temas direnci ve bilinmeyen yüzey sıcaklıkları, beklenen değerden önemli ölçüde düşük olan 0,53 W/(m∙K) termal iletkenliğe yol açmaktadır.
Şekil 6'da HFM, LFA ve literatür değerleri (hata çubukları ± %5) ile 10°C ila 65°C arasındaki sonuçlar gösterilmektedir. Tüm sıcaklık aralığında, HFM ve LFA sonuçları literatür değerleriyle iyi bir uyum içindedir (maksimum sapma %2,8 - LFA ve %3,9 - HFM).
Özet
Yüzey sıcaklıklarının doğru bir şekilde ölçülmesi koşuluyla, 2 W/(m∙K) değerine kadar sert malzemelerin termal iletkenliği HFM ile güvenilir bir şekilde araştırılabilir. Bu, homojen bir ısı akışı ve gerçek numune yüzey sıcaklıkları sağlayan Enstrümantasyon Kiti ile elde edilir. Enstrümantasyon Kiti ile yapılan HFM ölçümlerinin verileri yüksek oranda tekrarlanabilirdir ve LFA tekniği ve literatürden elde edilen sonuçlarla iyi bir uyum içindedir. Ayrıca, uzun vadeli kararlılık Pyrex®'i bilinmeyen, yüksek iletkenliğe sahip numuneleri ölçmeden önce Enstrümantasyon Kiti ile HFM'nin performansını doğrulamak için tercih edilen bir malzeme olarak nitelendirmektedir.