Determinarea conductibilității termice a materialelor solide prin metoda stratului plat. Determinarea conductivității termice Calculați viteza medie de răcire

Conform cerințelor legea federală Nr. 261-FZ „Cu privire la economisirea energiei”, cerințele pentru conductivitatea termică a materialelor de clădire și izolare termică din Rusia au fost înăsprite. Astăzi, măsurarea conductibilității termice este unul dintre punctele obligatorii atunci când decideți dacă să folosiți un material ca izolator termic.

De ce este necesară măsurarea conductivității termice în construcții?

Conductivitatea termică a materialelor de construcții și termoizolații este monitorizată în toate etapele certificării și producției acestora în condiții de laborator, când materialele sunt expuse la diverși factori care le afectează proprietățile de performanță. Există mai multe metode comune pentru măsurarea conductibilității termice. Pentru testarea precisă de laborator a materialelor cu conductivitate termică scăzută (sub 0,04 - 0,05 W/m*K), se recomandă utilizarea dispozitivelor care utilizează metoda fluxului de căldură staționar. Utilizarea lor este reglementată de GOST 7076.

Compania Interpribor oferă un termoconductor al cărui preț se compară favorabil cu cele disponibile pe piață și îndeplinește toate cerințele moderne. Este destinat controlului de laborator al calității materialelor de construcție și termoizolare.

Avantajele contorului de conductivitate termică ITS-1

Conductivitatea termică ITS-1 are un design original monobloc și se caracterizează prin următoarele avantaje:

• ciclu automat de măsurare;
• o cale de măsurare de înaltă precizie care vă permite să stabilizați temperaturile frigiderului și încălzitorului;
• posibilitatea de calibrare a aparatului pt specii individuale materialele aflate în studiu, ceea ce mărește și mai mult acuratețea rezultatelor;
• evaluarea expresă a rezultatului în timpul procesului de măsurare;
• zona de securitate „fierbinte” optimizată;
• afișaj grafic informativ care simplifică controlul și analiza rezultatelor măsurătorilor.

ITS-1 este furnizat într-o singură modificare de bază, care, la cererea clientului, poate fi completată cu probe de control (plexiglass și penoplex), o cutie pentru materiale vrac și o carcasă de protecție pentru depozitarea și transportul dispozitivului.

GOST 7076-99

UDC 691:536.2.08:006.354 Grupa Zh19

STANDARD INTERSTATAL

MATERIALE SI PRODUSE DE CONSTRUCTII

Metoda de determinare a conductibilitatii termice si a rezistentei termice

în condiţii termice staţionare

MATERIALE ȘI PRODUSE DE CONSTRUCȚII

Metoda de determinare a temperaturii în regim de echilibru

conductivitate și rezistență termică

Data introducerii 2000-04-01

Prefaţă

1 DEZVOLTAT de Institutul de Cercetare pentru Fizica Construcțiilor (NIISF) Federația Rusă

INTRODUS de Comitetul de Stat pentru Construcții al Rusiei

2 ADOPTAT de Comisia științifică și tehnică interstatală de standardizare, reglementare tehnică și certificare în construcții (MNTKS) la 20 mai 1999.

3 ÎN LOC GOST 7076-87

4 A INTRAT ÎN VIGOARE la 1 aprilie 2000 ca standard de stat al Federației Ruse prin Decretul Comitetului de Stat pentru Construcții din Rusia din 24 decembrie 1999 nr. 89

Introducere

Acest standard este armonizat cu ISO 7345:1987 și ISO 9251:1987 din punct de vedere terminologic și corespunde prevederilor de bază ale ISO 8301:1991, ISO 8302:1991, care stabilesc metode de determinare a rezistenței termice și a conductibilității termice efective folosind un instrument echipat. cu un contor de căldură și un instrument cu un fierbinte zona de securitate.

În conformitate cu standardele ISO, acest standard stabilește cerințe pentru probe, dispozitivul și calibrarea acestuia sunt adoptate două scheme principale de testare: asimetrică (cu un contor de căldură) și simetrică (cu două contoare de căldură);

1 Zona de aplicare

Acest standard se aplică materialelor și produselor de construcție, precum și materialelor și produselor destinate izolației termice echipamente industrialeși conducte și stabilește o metodă pentru determinarea conductivității termice efective și a rezistenței lor termice la o temperatură medie a probei de la minus 40 la + 200 °C.

Standardul nu se aplică materialelor și produselor cu conductivitate termică mai mare de 1,5 W/(m × K).

GOST 166-89 Etrier. Specificații

GOST 427-75 Rigle de măsurare metalice. Specificații

GOST 24104-88 Cântare de laborator pentru uz general și standard. Conditii tehnice generale

3 Definiții și notații

3.1 În acest standard, se aplică următorii termeni cu definițiile corespunzătoare.

Fluxul de căldură- cantitatea de căldură care trece prin eșantion pe unitatea de timp.

Densitatea fluxului de căldură- fluxul de căldură care trece printr-o unitate de suprafață.

Regim termic staționar- un mod în care toți parametrii termofizici considerați nu se modifică în timp.

Eșantion de rezistență termică- raportul dintre diferența de temperatură dintre fețele frontale ale probei și densitatea fluxului de căldură în condiții termice staționare.

Temperatura medie a probei- valoarea medie aritmetică a temperaturilor măsurate pe fețele frontale ale probei.

Conductivitate termică eficientăl eff material(corespunde termenului „coeficient de conductivitate termică” adoptat în standardele actuale pentru ingineria termică a clădirilor) - raportul dintre grosimea probei de material testat dLa rezistența sa termică R.

3.2 Denumirile cantităților și unităților de măsură sunt date în Tabelul 1.

Tabelul 1

4 Dispoziții generale

4.1 Esența metodei este de a crea un flux de căldură staționar care trece printr-o probă plană de o anumită grosime și direcționat perpendicular pe fețele frontale (cele mai mari) ale probei, măsurând densitatea acestui flux de căldură, temperatura frontului opus feţele şi grosimea probei.

4.2 Numărul de probe necesare pentru a determina conductivitatea termică efectivă sau rezistența termică și ordinea prelevării trebuie specificate în standardul pentru materialul sau produsul specific. Dacă standardul pentru un anumit material sau produs nu specifică numărul de probe care trebuie testate, conductivitatea termică efectivă sau rezistența termică este determinată pe cinci probe.

4.3 Temperatura și umiditatea relativă a aerului din încăperea în care se efectuează testele trebuie să fie (295 ± 5) K și, respectiv, (50 ± 10) %.

5 Instrumente de măsurare

Pentru a efectua testul de utilizare:

un dispozitiv pentru măsurarea conductivității termice efective și a rezistenței termice, certificat în modul prescris și care îndeplinește cerințele prevăzute în apendicele A;

dispozitiv pentru determinarea densității materialelor fibroase conform GOST 17177;

dispozitiv pentru determinarea grosimii produselor fibroase plate conform GOST 17177;

un dulap electric de uscare, a cărui limită superioară de încălzire nu este mai mică de 383 K, limita de eroare admisă în reglare și control automat al temperaturii este de 5 K;

etrier conform GOST 166:

Pentru măsurarea exterioară și dimensiunile interioare cu un domeniu de măsurare de 0-125 mm, o valoare de citire de-a lungul vernierului - 0,05 mm, o limită de eroare admisă - 0,05 mm;

Pentru măsurarea dimensiunilor exterioare cu un domeniu de măsurare de 0-500 mm, o valoare de citire de-a lungul vernierului - 0,1 mm, o limită de eroare admisă de -0,1 mm;

riglă de măsurare metalică în conformitate cu GOST 427, cu o limită superioară de măsurare de 1000 mm, o limită de abatere admisă de la valorile nominale ale lungimii scalei și distanțele dintre orice cursă și începutul sau sfârșitul scalei - 0,2 mm;

Cântare de laborator de uz general conform GOST 24104:

Cu cea mai mare limită de cântărire de 5 kg, valoarea diviziunii - 100 mg, abaterea standard a citirilor scalei - nu mai mult de 50,0 mg, eroare de la brațele inegale ale balansoarului - nu mai mult de 250,0 mg, limita de eroare admisă - 375 mg;

Cu cea mai mare limită de cântărire de 20 kg, valoarea diviziunii - 500 mg, abaterea standard a citirilor la scară - nu mai mult de 150,0 mg, eroare de la echilibrul brațului inegal - nu mai mult de 750,0 mg, limita de eroare admisă - 1500 mg.

Este permisă utilizarea altor instrumente de măsură cu caracteristici metrologice și echipamente cu caracteristici tehnice nu mai proaste decât cele specificate în acest standard.

6 Pregătirea pentru test

6.1 Realizați o probă sub forma unui paralelipiped dreptunghiular, ale cărui fețe (fațale) cele mai mari au forma unui pătrat cu latura egală cu latura suprafețelor de lucru ale plăcilor dispozitivului. Dacă suprafețele de lucru ale plăcilor dispozitivului au forma unui cerc, atunci cele mai mari fețe ale probei ar trebui să aibă și forma unui cerc, al cărui diametru este egal cu diametrul suprafețelor de lucru ale plăcilor dispozitivului (Anexa A, clauza A. 2.1).

6.2 Grosimea probei de testat trebuie să fie de cel puțin cinci ori mai mică decât lungimea marginii feței frontale sau diametrul.

6.3 Marginile probei în contact cu suprafețele de lucru ale plăcilor instrumentelor trebuie să fie plane și paralele. Abaterea fețelor frontale ale probei rigide de la paralelism nu trebuie să fie mai mare de 0,5 mm.

Probele rigide cu variații de grosime și abateri de la planeitate sunt măcinate.

6.4 Grosimea probei de paralelipiped se măsoară cu un șubler cu o eroare de cel mult 0,1 mm în patru colțuri la o distanță de (50,0 ± 5,0) mm de vârful colțului și în mijlocul fiecărei laturi.

Grosimea discului de probă se măsoară cu un șubler cu o eroare de cel mult 0,1 mm de-a lungul generatricelor situate în patru plane reciproc perpendiculare care trec prin axa verticală.

Media aritmetică a rezultatelor tuturor măsurătorilor este luată ca grosimea probei.

6.5 Lungimea și lățimea probei în plan se măsoară cu o riglă cu o eroare de cel mult 0,5 mm.

6.6 Corectitudinea formei geometrice și a dimensiunilor probei material termoizolant determinat conform GOST 17177.

6.7 Mărimea medie a incluziunilor (granule de umplutură, pori mari etc.), diferite ca caracteristici termofizice ale probei principale, nu trebuie să fie mai mare de 0,1 din grosimea probei.

Este permisă testarea unei probe care are incluziuni neomogene, a căror dimensiune medie depășește 0,1 din grosimea sa. Raportul de testare trebuie să indice dimensiunea medie a incluziunilor.

6.8 Determinați masa probei M 1 la primirea de la producător.

6.9 Proba este uscată până la greutate constantă la temperatura specificată în documentul de reglementare pentru material sau produs. Proba este considerată uscată la greutate constantă dacă pierderea greutății sale după următoarea uscare timp de 0,5 ore nu depășește 0,1%. La sfârșitul uscării, determinați masa probei M 2 și densitatea acesteia r u, după care proba este plasată imediat fie într-un dispozitiv pentru determinarea rezistenței sale termice, fie într-un vas etanș.

Este permisă testarea unei probe umede la o temperatură a feței frontale rece mai mare de 273 K și o diferență de temperatură de cel mult 2 K pe 1 cm de grosime a probei.

6.10 O probă de material uscat în vrac trebuie plasată într-o cutie, al cărei fund și capac sunt realizate din material foaie subțire. Lungimea și lățimea cutiei trebuie să fie egale cu dimensiunile corespunzătoare ale suprafețelor de lucru ale plăcilor dispozitivului, adâncimea - grosimea probei de testat. Grosimea probei de material în vrac trebuie să fie de cel puțin 10 ori dimensiunea medie a granulelor, boabelor și fulgilor care alcătuiesc materialul.

Emisivitatea emisferică relativă a suprafețelor fundului și capacului cutiei trebuie să fie mai mare de 0,8 la temperaturile pe care aceste suprafețe le au în timpul testului.

Rezistenta termica R L trebuie cunoscut materialul din tablă din care sunt realizate fundul și capacul cutiei.

6.11 O probă de material în vrac este împărțită în patru părți egale, care sunt turnate alternativ într-o cutie, compactând fiecare parte astfel încât să ocupe partea corespunzătoare a volumului interior al cutiei. Cutia se inchide cu un capac. Capacul este atașat de pereții laterali ai cutiei.

6.12 Se cântărește cutia cu o probă de material în vrac. Pe baza unei anumite valori a masei cutiei cu proba și a valorilor predeterminate ale volumului intern și masei cutiei goale, se calculează densitatea probei de material în vrac.

6.13 Eroarea în determinarea masei și dimensiunii probelor nu trebuie să fie mai mare de 0,5%.

7 Efectuarea testului

7.1 Testele trebuie efectuate pe un instrument pre-calibrat. Procedura și frecvența de calibrare sunt prezentate în apendicele B.

7.2 Proba de testat este plasată în instrument. Locația probei - orizontală sau verticală. Când proba este poziționată orizontal, direcția fluxului de căldură este de sus în jos.

În timpul testării, diferența de temperatură dintre fețele frontale ale probei D T u ar trebui să fie de 10-30 K. Temperatura medie a probei în timpul testării trebuie să fie indicată în documentul de reglementare pentru un anumit tip de material sau produs.

7.3 Setați temperaturile specificate ale suprafețelor de lucru ale plăcilor dispozitivului și efectuați măsurători succesiv la fiecare 300 s:

semnalele contorului de căldură UEși senzori de temperatură ai fețelor frontale ale probei, dacă densitatea fluxului de căldură prin proba de testat este măsurată cu ajutorul unui contor de căldură;

puterea furnizată încălzitorului zonei de măsurare a plăcii fierbinți a dispozitivului și semnalele de la senzorii de temperatură ai fețelor frontale ale probei, dacă densitatea fluxului de căldură prin proba de testat este determinată prin măsurarea putere electrică furnizat la încălzitorul zonei de măsurare a plăcii fierbinți a dispozitivului.

7.4 Fluxul de căldură prin proba de testare este considerat constant (staționar) dacă valorile rezistenței termice a probei, calculate din rezultatele a cinci măsurători consecutive ale semnalelor de la senzorii de temperatură și densitatea fluxului de căldură, diferă unele de altele prin mai puțin de 1%, în timp ce aceste valori nu cresc sau scad monoton.

7.5 După atingerea unui regim termic staționar, măsurați grosimea probei introduse în aparat d u etriere cu o eroare de cel mult 0,5%.

7.6 După terminarea testului, determinați masa probei M 3 .

8 Prelucrarea rezultatelor testelor

8.1 Calculați modificarea relativă a masei probei datorită uscării sale T r și în timpul testării T w și densitatea probei r u dupa formulele:

Tr =(M 1 ¾ M 2 )/M 2 , (2)

Tw= (M 2 ¾ M 3 )/M 3 , (3)

Testați volumul probei V u calculat din rezultatele măsurării lungimii și lățimii după încheierea testului și a grosimii - în timpul testului.

8.2 Calculați diferența de temperatură dintre fețele frontale D T uși temperatura medie a probei de testat T mu dupa formulele:

D T u = T 1u ¾ T 2u , (5)

T mu= (T 1u +T 2u.)/2 (6)

8.3 La calcularea parametrilor termofizici ai probei și a densității fluxului de căldură staționar, valorile medii aritmetice ale rezultatelor a cinci măsurători ale semnalelor de la senzorii de diferență de temperatură și semnalul contorului de căldură sau puterea electrică, efectuate după stabilirea unui fluxul de căldură staționar prin proba de testare sunt înlocuite în formulele de calcul.

8.4 La testarea pe un dispozitiv asamblat conform unui circuit asimetric, rezistența termică a probei R u calculate prin formula

(7)

Unde Rk luată egală cu 0,005 m 2 × K/W, iar pentru materiale și produse termoizolante - zero.

8.5 Conductibilitatea termică efectivă a materialului eșantionului l effu calculate prin formula

(8)

8.6 Rezistenta termica R uși conductivitate termică eficientă l effu eșantionul de material în vrac este calculat folosind formulele:

, (9)

. (10)

8.7 Densitatea fluxului termic staționar q u printr-un eșantion testat pe un dispozitiv asamblat după circuite asimetrice și simetrice, se calculează, respectiv, folosind formulele:

q u = f u e u , (11)

. (12)

8.8 Atunci când se efectuează un test pe un dispozitiv cu o zonă de gardă fierbinte, în care densitatea fluxului de căldură este determinată prin măsurarea puterii electrice furnizate încălzitorului din zona de măsurare a plăcii fierbinți a dispozitivului, rezistența termică, conductivitatea termică efectivă și constantă. -densitatea fluxului termic de stare prin eșantion se calculează folosind formulele:

, (13)

, (14)

Atunci când se testează materiale în vrac în formulele (13) și (14). Rkînlocuiți valoarea R L..

8.9 Valorile medii aritmetice ale rezistenței termice și conductivității termice efective ale tuturor probelor testate sunt luate ca rezultat al testului.

9 Raport de testare

Raportul de testare trebuie să conțină următoarele informații:

Denumirea materialului sau a produsului;

Denumirea și denumirea document normativ pe care este realizat materialul sau produsul;

Producător;

Numărul lotului;

Data fabricației;

Numărul total de probe testate;

Tipul dispozitivului pe care a fost efectuat testul;

Poziția probelor testate (orizontală, verticală);

Metode de realizare a probelor din material vrac care indică rezistența termică a fundului și capacului cutiei în care au fost testate probele;

Dimensiunile fiecărei probe;

Grosimea fiecărei probe înainte de începerea încercării și în timpul încercării, indicând dacă testul a fost efectuat la o presiune fixă ​​asupra probei sau la o grosime fixă ​​a probei;

Presiune fixă ​​(dacă era fixă);

Mărimea medie a incluziunilor eterogene din eșantioane (dacă există);

Metoda de uscare a probelor;

Modificarea relativă a masei fiecărei probe din cauza zilei sale;

umiditatea fiecărei probe înainte și după încheierea testului;

Densitatea fiecărei probe în timpul testării;

Modificarea relativă a masei fiecărei probe care a avut loc în timpul testului;

Temperatura fețelor frontale calde și reci ale fiecărei probe;

Diferența de temperatură între fețele frontale calde și reci ale fiecărei probe;

Temperatura medie a fiecărei probe;

Densitatea fluxului de căldură prin fiecare probă după stabilirea unui regim termic staționar;

Rezistența termică a fiecărei probe;

Conductivitate termică eficientă a materialului fiecărei probe;

Valoarea medie aritmetică a rezistenței termice a tuturor probelor testate;

Valoarea medie aritmetică a conductivității termice efective a tuturor probelor testate;

Direcția fluxului de căldură;

data testului;

Data ultimei calibrări a dispozitivului (dacă testul a fost efectuat pe un dispozitiv echipat cu un contor de căldură);

Pentru probele standard utilizate pentru calibrarea dispozitivului trebuie indicate: tipul, rezistența termică, data verificării, perioada verificării, organizația care a efectuat verificarea;

Estimarea erorii de măsurare a rezistenței termice sau conductibilității termice efective;

Declarație de conformitate deplină sau neconformitate parțială a procedurii de testare cu cerințele acestui standard. Dacă în timpul încercării au fost făcute abateri de la cerințele acestui standard, acestea trebuie indicate în raportul de încercare.

10 Eroare la determinarea conductivității termice efective

si rezistenta termica

Eroarea relativă în determinarea conductivității termice efective și a rezistenței termice folosind această metodă nu depășește ±3% dacă încercarea este efectuată în deplină conformitate cu cerințele acestui standard.

ANEXA A

(necesar)

Cerințe pentru instrumentele pentru determinarea conductivității termice efective și a rezistenței termice în condiții termice staționare

O.1 Diagramele dispozitivelor

Pentru a măsura conductivitatea termică efectivă și rezistența termică în condiții termice staționare, se folosesc următoarele instrumente:

Asamblat într-un model asimetric, echipat cu un contor de căldură, care este situat între proba de testat și placa rece a dispozitivului sau între eșantion și placa fierbinte a dispozitivului (Figura A.1);

Asamblat într-un model simetric, echipat cu două contoare de căldură, dintre care unul este situat între proba de testat și placa rece a dispozitivului, iar al doilea - între eșantion și placa fierbinte a dispozitivului (Figura A.2);

Un instrument în care densitatea fluxului de căldură care trece prin eșantionul de testat este determinată prin măsurarea puterii electrice furnizate încălzitorului zonei de măsurare a plăcii fierbinți a instrumentului (instrument cu zonă de protecție fierbinte) (Figura A.3).

1 - încălzitor; 2 - contor de căldură; 3 - proba de testare; 4 - frigider

Figura A.1 - Diagrama unui dispozitiv cu un contor de căldură

1 - incalzitor; 2 - contoare de căldură; 3 - frigider; 4 - proba de testare

Figura A.2 - Diagrama unui dispozitiv cu două contoare de căldură

1 - frigider; 2 - probe testate; 3 - plăci de încălzire a zonei de măsurare;

4 - bobina de încălzire a zonei de măsurare; 5 - plăci de încălzire a zonei de securitate;

6 - bobinaj încălzitor zonă de securitate

Figura A. 3 - Diagrama unui dispozitiv cu o zonă de securitate fierbinte

A.2 Încălzitor și frigider

A.2.1 Plăcile pentru încălzire sau frigider pot avea formă de pătrat, a cărui latură trebuie să fie de cel puțin 250 mm, sau de cerc, al cărui diametru trebuie să fie de cel puțin 250 mm.

A.2.2 Suprafețele de lucru ale plăcilor de încălzire și frigider trebuie să fie din metal. Abaterea de la planeitatea suprafețelor de lucru nu trebuie să fie mai mare de 0,025% din dimensiunea lor liniară maximă.

A.2.3 Emisivitatea emisferică relativă a suprafețelor de lucru ale plăcilor de încălzire și răcitoare în contact cu proba de testat trebuie să fie mai mare de 0,8 la temperaturile pe care aceste suprafețe le au în timpul încercării.

O.3 Contor de căldură

A.3.1 Dimensiunile suprafețelor de lucru ale contorului de căldură trebuie să fie egale cu dimensiunile suprafețelor de lucru ale plăcilor de încălzire și frigider.

A. 3.2 Emisivitatea emisferică relativă a feței frontale a contorului de căldură în contact cu proba de testat trebuie să fie mai mare de 0,8 la temperaturile pe care această față le are în timpul încercării.

A. 3.3 Zona de măsurare a contorului de căldură trebuie să fie situată în partea centrală a feței sale frontale. Suprafața sa nu trebuie să fie mai mică de 10% și nu mai mult de 40% din suprafața totală a feței frontale.

A.3.4 Diametrul firelor de termocuplu utilizate la fabricarea bateriei termoelectrice a contorului de căldură nu trebuie să fie mai mare de 0,2 mm.

A.4 Senzori de temperatură

Numărul de senzori de temperatură de pe fiecare suprafață de lucru a plăcilor de încălzire sau frigider și fața frontală a contorului de căldură în contact cu proba de testat trebuie să fie egal cu întreaga parte a numărului 10 Ö A și să fie cel puțin doi. Diametrul firelor potrivite pentru acești senzori nu trebuie să depășească 0,6 mm.

A.5 Sistem electric de măsurare

Sistemul electric de măsurare trebuie să asigure măsurarea semnalului de la senzorii de diferență de temperatură de suprafață cu o eroare de cel mult 0,5%, semnalul contorului de căldură - cu o eroare de cel mult 0,6% sau puterea electrică furnizată încălzitorului. zona de măsurare a plăcii fierbinți a dispozitivului - cu o eroare de cel mult 0,2%.

Eroarea totală în măsurarea diferenței de temperatură dintre suprafețele plăcilor instrumentului și contorul de căldură în contact cu fețele frontale ale probei de testat nu trebuie să fie mai mare de 1%. Eroarea totală - suma erorilor apărute din cauza distorsiunii câmpului de temperatură în apropierea senzorilor de temperatură, modificări ale caracteristicilor acestor senzori sub influența conditii externe si eroarea introdusa de sistemul electric de masura.

A.6 Dispozitiv pentru măsurarea grosimii piesei de încercare

Dispozitivul trebuie să fie echipat cu un dispozitiv care vă permite să măsurați grosimea probei în timpul testării sale cu un șubler cu o eroare de cel mult 0,5%.

A.7 Cadrul dispozitivului

Aparatul trebuie să fie echipat cu un cadru care să permită menținerea unor orientări diferite în spațiul blocului dispozitivului care conține proba de testat.

A.8 Dispozitiv pentru fixarea probei de testat

Dispozitivul trebuie să fie echipat cu un dispozitiv care fie creează o presiune specificată constantă pe proba de testat plasată în dispozitiv, fie menține un spațiu constant între suprafețele de lucru ale plăcilor dispozitivului.

Presiunea maximă creată de acest dispozitiv pe proba de testat trebuie să fie de 2,5 kPa, minim - 0,5 kPa, eroarea de setare a presiunii - nu mai mult de 1,5%.

A.9 Dispozitiv pentru reducerea pierderilor laterale de căldură sau câștigului de căldură al probei de testat

Pierderea de căldură laterală sau câștigul de căldură în timpul încercării trebuie limitate prin izolarea fețelor laterale ale probei de testat cu un strat de material termoizolant a cărui rezistență termică nu este mai mică decât rezistența termică a probei.

A. 10 Carcasa dispozitivului

Dispozitivul trebuie să fie echipat cu o carcasă în care temperatura aerului este menținută egală cu temperatura medie a probei de testat.

ANEXA B

(necesar)

Calibrarea unui dispozitiv echipat cu un contor de căldură

B.1 Cerințe generale

Calibrarea unui dispozitiv echipat cu un contor de căldură ar trebui să fie efectuată folosind trei eșantioane de rezistență termică standard certificate corespunzător, realizate respectiv din sticlă de cuarț optic; sticla organicași spumă sau fibră de sticlă.

Dimensiunile probelor standard trebuie să fie egale cu dimensiunile probei de testat. În timpul calibrării dispozitivului, temperatura fețelor frontale ale probelor standard trebuie să fie în mod corespunzător egală cu temperaturile pe care le vor avea fețele frontale ale probei de testat în timpul testării.

Întreaga gamă de valori ale rezistenței termice care pot fi măsurate pe dispozitiv ar trebui împărțită în două subdomeni:

limita inferioară a primului subgamă este valoarea minima rezistența termică care poate fi măsurată pe acest dispozitiv; limita superioara - valoarea rezistentei termice a unei probe standard din sticla organica si avand o grosime egala cu grosimea probei de testat;

limita inferioară a celei de-a doua sub-benzi este limita superioară a primei sub-benzi; limita superioara - valoarea maxima rezistenta termica care poate fi masurata pe acest aparat.

B.2 Calibrarea unui dispozitiv asamblat după un circuit asimetric

Înainte de începerea calibrării, este necesar să se estimeze valoarea numerică a rezistenței termice a probei care urmează să fie testată utilizând date de referință cunoscute și să se determine cărei subdomenii îi aparține această valoare. Calibrarea contorului de căldură se efectuează numai în acest subdomeniu.

Dacă rezistența termică a probei de testat aparține primului subgamă, calibrarea contorului de căldură

efectuate folosind mostre standard din cuarț optic și sticlă organică. Dacă rezistența termică a probei aparține celui de-al doilea sub-gamă, calibrarea se efectuează folosind probe standard din sticlă organică și material termoizolant.

Puneți prima probă standard cu rezistență termică mai mică în dispozitiv R S 1 , D T 1 din fețele sale frontale și semnalul de ieșire al contorului de căldură e 1 conform metodei descrise în secțiunea 7. Apoi, oa doua probă standard cu o rezistență termică ridicată este plasată în dispozitiv. R S 2 , măsurați diferența de temperatură D T 2 din fețele sale frontale și semnalul de ieșire al contorului de căldură e 2 folosind aceeași metodă. Pe baza rezultatelor acestor măsurători, se calculează coeficienții de calibrare f 1 și f 2 contoare de căldură după formulele:

Valoarea coeficientului de calibrare a contorului de căldură fu, valoarea corespunzătoare a fluxului de căldură care curge prin proba de testat după stabilirea unui flux de căldură staționar este determinată prin interpolare liniară conform formulei

. (B.3)

B.Z Calibrarea unui dispozitiv asamblat după un circuit simetric

Metoda de determinare a coeficientului de calibrare al fiecărui contor de căldură al unui dispozitiv asamblat conform unui circuit simetric este similară cu metoda de determinare a coeficientului de calibrare al unui contor de căldură descrisă în B.2.

B.4 Frecvența calibrării instrumentului

Calibrarea dispozitivului trebuie efectuată în 24 de ore înainte sau după test.

Dacă, conform rezultatelor calibrărilor efectuate pe parcursul a 3 luni, modificarea coeficientului de calibrare al contorului de căldură nu depășește ± 1%, acest dispozitiv poate fi calibrat o dată la 15 zile. În acest caz, rezultatele testului pot fi transferate clientului numai după calibrarea ulterioară testului și dacă valoarea coeficientului de calibrare determinat din rezultatele calibrării ulterioare diferă de valoarea coeficientului determinat din rezultatele testului. calibrarea anterioară cu cel mult ± 1%.

Coeficientul de calibrare utilizat la calcularea parametrilor termofizici ai probei de testat se determină ca medie aritmetică a celor două valori indicate ale acestui coeficient.

Dacă diferența de valoare a factorului de calibrare depășește ± 1%, rezultatele tuturor încercărilor efectuate în intervalul de timp dintre aceste două etalonări sunt considerate nevalide și testele trebuie repetate.

ANEXA B

Bibliografie

ISO 7345:1987 Izolație termică. Mărimi fizice și definiții

ISO 9251:1987 Izolație termică. Moduri de transfer de căldură și proprietăți ale materialului

ISO 8301:1991 Izolație termică. Determinarea rezistenței termice și a indicatorilor termofizici aferenti în condiții termice staționare. Un dispozitiv echipat cu un contor de căldură

ISO 8302:1991 Izolație termică. Determinarea rezistenței termice și a indicatorilor termofizici aferenti. Dispozitiv cu zonă de securitate fierbinte

Cuvinte cheie: rezistență termică, conductivitate termică efectivă, material de referință

Introducere

1 Zona de aplicare

3 Definiții și notații

4 Dispoziții generale

5 Instrumente de măsurare

6 Pregătirea pentru test

7 Efectuarea testului

8 Prelucrarea rezultatelor testelor

9 Raport de testare

10 Eroare la determinarea conductivității termice efective și a rezistenței termice

Anexa A Cerințe pentru instrumentele pentru determinarea conductivității termice efective și a rezistenței termice în condiții termice staționare

Anexa B Calibrarea unui dispozitiv echipat cu un contor de căldură

Anexa B Bibliografie

Indiferent de amploarea construcției, primul pas este dezvoltarea unui proiect. Desenele reflectă nu numai geometria structurii, ci și calculul principalelor caracteristici termice. Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți conductivitatea termică materiale de constructie. Scopul principal al construcției este de a construi structuri durabile, structuri durabile, in care este confortabil fara costuri excesive de incalzire. În acest sens, cunoașterea coeficienților de conductivitate termică a materialelor este extrem de importantă.

Cărămida are o conductivitate termică mai bună

Caracteristicile indicatorului

Termenul de conductivitate termică se referă la transferul de energie termică de la obiecte mai încălzite la cele mai puțin încălzite. Schimbul continuă până când apare echilibrul de temperatură.

Transferul de căldură este determinat de durata de timp în care temperatura din încăperi este în concordanță cu temperatura ambiantă. Cu cât acest interval este mai mic, cu atât conductivitatea termică a materialului de construcție este mai mare.

Pentru a caracteriza conductivitatea căldurii se folosește conceptul de coeficient de conductivitate termică, care arată câtă căldură trece printr-o suprafață într-un anume timp. Cu cât acest indicator este mai mare, cu atât schimbul de căldură este mai mare, iar clădirea se răcește mult mai repede. Astfel, la construirea structurilor, se recomandă utilizarea materialelor de construcție cu conductivitate termică minimă.

În acest videoclip veți afla despre conductivitatea termică a materialelor de construcție:

Cum se determină pierderea de căldură

Principalele elemente ale clădirii prin care scapă căldura:

• uși (5-20%);
• gen (10-20%);
• acoperiș (15-25%);
• pereți (15-35%);
• ferestre (5-15%).

Nivelul de pierdere de căldură este determinat cu ajutorul unei camere termice. Roșu indică zonele cele mai dificile, galbenul și verdele indică mai puține pierderi de căldură. Zonele cu cele mai mici pierderi sunt evidențiate cu albastru. Valoarea conductibilității termice este determinată în condiții de laborator, iar materialului i se eliberează un certificat de calitate.

Valoarea conductibilității termice depinde de următorii parametri:

1. Porozitate. Porii indică eterogenitatea structurii. Când căldura trece prin ele, răcirea va fi minimă.
2. Umiditate. Un nivel ridicat de umiditate provoacă deplasarea aerului uscat prin picături de lichid din pori, motiv pentru care valoarea crește de multe ori.
3. Densitate. Densitatea mai mare promovează o interacțiune mai activă între particule. Ca rezultat, schimbul de căldură și echilibrarea temperaturii au loc mai rapid.

Coeficient de conductivitate termică

Pierderea de căldură într-o casă este inevitabilă și apare atunci când temperatura exterioară este mai mică decât în ​​interior. Intensitatea este variabilă și depinde de mulți factori, principalii fiind următorii:

1. Aria suprafețelor implicate în schimbul de căldură.
2. Indicator de conductivitate termică a materialelor și elementelor de construcție.
3. Diferența de temperatură.

Litera greacă λ este folosită pentru a desemna conductivitatea termică a materialelor de construcție. Unitate de măsură – W/(m×°C). Calculul se face pentru 1 m² de perete gros de un metru. Aici se presupune o diferență de temperatură de 1°C.

Studiu de caz

În mod convențional, materialele sunt împărțite în izolație termică și structurală. Acestea din urmă au cea mai mare conductivitate termică sunt folosite pentru a construi pereți, tavane și alte garduri. Conform tabelului de materiale, atunci când se construiesc pereți din beton armat pentru a asigura un schimb scăzut de căldură cu mediu grosimea lor ar trebui să fie de aproximativ 6 m Dar atunci structura va fi voluminoasă și costisitoare.

Dacă conductivitatea termică este calculată incorect în timpul proiectării, locuitorii viitoarei locuințe se vor mulțumi cu doar 10% din căldură din surse de energie. Prin urmare, se recomandă izolarea suplimentară a caselor din materiale de construcție standard.

La executare impermeabilizare adecvată izolare umiditate ridicată nu afectează calitatea izolației termice, iar rezistența structurii la transferul de căldură va deveni mult mai mare.

Cele mai multe cea mai buna varianta– folosiți izolație

Cea mai comună opțiune este o combinație a unei structuri de susținere din materiale de înaltă rezistență cu izolație termică suplimentară. De exemplu:

1. Casă cu cadru. Izolația este plasată între știfturi. Uneori, cu o ușoară scădere a transferului de căldură, este necesar izolare suplimentarăîn afara cadrului principal.
2. Construcție din materiale standard. Când pereții sunt din cărămidă sau bloc de cemento, izolarea se face din exterior.

Materiale de constructii pentru pereti exteriori

Zidurile de astăzi sunt construite din materiale diferite, totusi, cele mai populare raman: lemnul, caramida si blocurile de constructii. Principalele diferențe sunt în densitatea și conductibilitatea termică a materialelor de construcție. Analiza comparativă vă permite să găsiți media de aur în relația dintre acești parametri. Cu cât densitatea este mai mare, cu atât mai mult capacitatea portantă materialul și, prin urmare, întreaga structură. Dar rezistența termică devine mai mică, adică costurile cu energia cresc. De obicei, la densități mai mici există porozitate.

Coeficientul de conductivitate termică și densitatea acestuia.

Izolație pentru pereți

Materialele de izolare sunt utilizate atunci când rezistența termică a pereților exteriori nu este suficientă. De obicei, o grosime de 5-10 cm este suficientă pentru a crea un microclimat interior confortabil.

Valoarea coeficientului λ este dată în tabelul următor.

Conductivitatea termică măsoară capacitatea unui material de a transmite căldură prin el însuși. Depinde foarte mult de compoziție și structură. Materialele dense precum metalele și piatra sunt buni conductori de căldură, în timp ce substanțele cu densitate scăzută, cum ar fi gazele și izolația poroasă, sunt conductoare slabe.

Capacitatea materialelor și substanțelor de a conduce căldura se numește conductivitate termică (X,) și este exprimată prin cantitatea de căldură care trece printr-un perete de suprafață 1. m2, 1 m grosime în 1 oră cu o diferență de temperatură pe suprafețele de perete opuse de 1 grad. Unitatea de măsură pentru conductibilitatea termică este W/(m-K) sau W/(m-°C).

Se determină conductivitatea termică a materialelor

Unde Q- cantitatea de căldură (energie), W; F- aria secțiunii transversale a materialului (probă), perpendiculară pe direcția fluxului de căldură, m2; At este diferența de temperatură pe suprafețele opuse ale probei, K sau °C; b - grosimea probei, m.

Conductivitatea termică este unul dintre principalii indicatori ai proprietăților materialelor termoizolante. Acest indicator depinde de o serie de factori: porozitatea totală a materialului, dimensiunea și forma porilor, tipul de fază solidă, tipul de gaz care umple porii, temperatura etc.

Dependența conductivității termice de acești factori în cea mai mare parte formă universală exprimată prin ecuația Leeb:

_______ Ђs ______ - і

Unde Kp este conductivitatea termică a materialului; Xs este conductivitatea termică a fazei solide a materialului; Rs- numarul de pori situati in sectiunea perpendiculara pe fluxul de caldura; Pi-numarul de pori situati intr-o sectiune paralela cu fluxul de caldura; b - constantă radială; є - emisivitate; v este un factor geometric care influențează. radiații în interiorul porilor; Tt- temperatura medie absolută; d- diametrul mediu al porilor.

Cunoașterea conductivității termice a unui anumit material termoizolant permite evaluarea corectă a calităților sale termoizolante și calcularea grosimii unei structuri termoizolante realizate din acest material în condiții date.

În prezent, există o serie de metode pentru determinarea conductivității termice a materialelor bazate pe măsurarea fluxurilor de căldură staționare și nestaționare.

Primul grup de metode face posibilă efectuarea măsurătorilor într-un interval larg de temperatură (de la 20 la 700 ° C) și obținerea unor rezultate mai precise. Dezavantajul metodelor de măsurare a fluxului de căldură staționar este durata lungă a experimentului, măsurată în ore.

Al doilea grup de metode vă permite să efectuați un experiment Vîn câteva minute (până la 1 h), dar este potrivit pentru determinarea conductivității termice a materialelor numai la temperaturi relativ scăzute.

Conductivitatea termică a materialelor de construcție este măsurată folosind această metodă folosind dispozitivul prezentat în Fig. 22. În același timp, cu ajutorul unei inerții scăzute se produc contoare de căldură măsurarea fluxului de căldură în stare de echilibru care trece printr-o probă de material de testat.

Dispozitivul constă dintr-un încălzitor electric plat 7 și un contor de căldură cu inerție redusă 9, instalat la o distanță de 2 mm de suprafața frigiderului 10, prin care apa curge continuu la temperatura constanta. Termocuplurile sunt plasate pe suprafețele încălzitorului și contorului de căldură 1,2,4 și 5. Dispozitivul este plasat într-o carcasă metalică 6, umplut cu material termoizolant. Potrivire strânsă a eșantionului 8 la contorul de căldură și încălzitorul este prevăzut cu un dispozitiv de prindere 3. Încălzitor, contor de căldură iar frigiderul au forma unui disc cu diametrul de 250 mm.

Fluxul de căldură de la încălzitor este transferat la frigider prin eșantion și contorul de căldură cu inerție scăzută. Cantitatea de flux de căldură care trece prin partea centrală a probei este măsurată de un contor de căldură, care este un termopil pe un disc paranit, sau un contor de căldură cu un element de reproducere în care este montat un încălzitor electric plat.

Dispozitivul poate măsura conductivitatea termică la temperaturi de pe suprafața fierbinte a probei de la 25 la 700 ° C.

Setul dispozitivului include: termostat tip RO-1, potențiometru tip KP-59, autotransformator de laborator tip RNO-250-2, comutator termocuplu MGP, termostat TS-16, ampermetru tehnic AC până la 5 A și termos.

Probele de material ce urmează a fi testate trebuie să aibă un plan circular cu diametrul de 250 mm. Grosimea probelor nu trebuie să fie mai mare de 50 și nu mai mică de 10 mm. Grosimea probelor se măsoară cu o precizie de 0,1 mm și se determină ca medie aritmetică a rezultatelor a patru măsurători. Suprafețele probelor trebuie să fie plane și paralele.

La testarea materialelor termoizolante fibroase, libere, moi și semirigide, probele selectate sunt plasate în cuști cu diametrul de 250 mm și înălțimea de 30-40 mm, din carton de azbest de 3-4 mm grosime.

Densitatea probei selectate sub sarcină specifică trebuie să fie uniformă pe întregul volum și să corespundă densității medii a materialului testat.

Înainte de testare, probele trebuie să fie uscate până la greutate constantă la o temperatură de 105-110 ° C.

Proba pregătită pentru testare este plasată pe contorul de căldură și presată cu un încălzitor. Apoi setați termostatul încălzitorului dispozitivului la temperatura dorită și porniți încălzitorul. După stabilirea unui mod staționar, în care citirile contorului de căldură vor fi constante timp de 30 de minute, notați citirile termocuplului pe scara potențiometrului.

Când se utilizează un contor de căldură cu inerție scăzută cu un element de reproducere, citirile contorului de căldură sunt transferate la galvanometrul nul și curentul este pornit prin reostat și miliampermetru pentru compensare, în timp ce se realizează poziția săgeții galvanometru nul la 0, după care citirile sunt înregistrate pe scara instrumentului în mA.

Când se măsoară cantitatea de căldură cu un contor de căldură cu inerție scăzută cu un element de reproducere, conductivitatea termică a materialului este calculată folosind formula

unde b este grosimea probei, m; T - temperatura suprafeței fierbinți a probei, °C; - temperatura suprafeței reci a probei, °C; Q- cantitatea de căldură care trece prin eșantion în direcția perpendiculară pe suprafața acesteia, W /m2.

Unde R este rezistența constantă a încălzitorului contorului de căldură, Ohm; / - puterea curentului, A; F- suprafata contor de caldura, m2.

La măsurarea cantității de căldură (Q) cu un contor de căldură calibrat cu inerție scăzută, calculul se face conform formulei Q= A.E.(W/m2), unde E- forta electromotoare (EMF), mV; A este constanta dispozitivului specificată în certificatul de calibrare pentru contorul de căldură.

Temperatura suprafețelor probei este măsurată cu o precizie de 0,1 C (presupunând o stare de echilibru). Debitul de căldură este calculat cu o precizie de 1 W/m2, iar conductibilitatea termică este calculată la cel mai apropiat 0,001 W/(m-°C).

Atunci când lucrați la acest dispozitiv, este necesar să îl verificați periodic prin testarea probelor standard, care sunt furnizate de institutele de cercetare de metrologie și laboratoarele Comitetului de Standarde, Măsuri și Instrumente de Măsurare din cadrul Consiliului de Miniștri al URSS.

După efectuarea experimentului și obținerea datelor, se întocmește un certificat de testare a materialelor, care trebuie să cuprindă următoarele date: denumirea și adresa laboratorului care a efectuat încercările; data testării; denumirea și caracteristicile materialului; densitatea medie a materialului în stare uscată; temperatura medie proba în timpul testării; conductivitatea termică a materialului la această temperatură.

Metoda cu două plăci permite obținerea unor rezultate mai fiabile decât cele discutate mai sus, deoarece două probe gemene sunt testate simultan și, în plus, termic curgere care trece prin probele au două direcții: printr-o probă merge de jos în sus, iar prin cealaltă merge de sus în jos. Această împrejurare contribuie în mod semnificativ la mediarea rezultatelor testelor și aduce condițiile experimentale mai aproape de condițiile reale de funcționare ale materialului.

Diagrama schematică a unui dispozitiv cu două plăci pentru determinarea conductivității termice a materialelor folosind metoda în stare staționară este prezentată în Fig. 23.

Dispozitivul constă dintr-un încălzitor central 1, un încălzitor de securitate 2, discuri de racire 6, care

În același timp, probele de material sunt presate 4 la încălzitoare, umplutură izolatoare 3, termocupluri 5 și carcasa 7.

Dispozitivul include următoarele echipamente de control și măsurare. Stabilizator de tensiune (SN), autotransformatoare (T), wattmetru (W), Ampermetre (A), controler de temperatură a încălzitorului de securitate (P), comutator de termocuplu (I), galvanometru sau potențiometru pentru măsurarea temperaturii (G)Și un vas cu gheață (C).

Pentru a asigura condiții de limită identice la perimetrul probelor de testat, se presupune că forma încălzitorului este disc. Pentru ușurință de calcul, diametrul încălzitorului principal (de lucru) este considerat a fi de 112,5 mm, ceea ce corespunde unei suprafețe de 0,01 m2.

Materialul este testat pentru conductivitate termică după cum urmează.

Din materialul selectat pentru testare, sunt realizate două probe gemene sub formă de discuri cu un diametru egal cu diametrul inelului de protecție (250 mm). Grosimea probelor trebuie să fie aceeași și să varieze de la 10 la 50 mm. Suprafețele probelor trebuie să fie plane și paralele, fără zgârieturi sau adâncituri.

Testarea materialelor fibroase și vrac se efectuează în cuști speciale din carton de azbest.

Înainte de testare, probele sunt uscate la greutate constantă și grosimea lor este măsurată cu cel mai apropiat 0,1 mm.

Probele sunt plasate pe ambele părți ale încălzitorului electric și presate pe acesta cu discuri de răcire. Apoi setați regulatorul de tensiune (latr) într-o poziție care să asigure temperatura specificată a încălzitorului electric. Aceștia pornesc circulația apei în discurile de răcire și, după ce ating o stare de echilibru observată de galvanometru, măsoară temperatura la suprafețele calde și reci ale probelor, pentru care folosesc termocupluri adecvate și un galvanometru sau potențiometru. În același timp, se măsoară și consumul de energie. După aceasta, opriți încălzitorul electric și, după 2-3 ore, opriți alimentarea cu apă a discurilor de răcire.

Conductibilitatea termică a materialului, W/(m-°C),

Unde W- consumul de energie electrică, W; b - grosimea probei, m; F- suprafața unei suprafețe a încălzitorului electric, m2;. t este temperatura la suprafața fierbinte a probei, °C; I2- temperatura suprafata rece proba, °C.

Rezultatele finale pentru determinarea conductivității termice sunt legate de temperatura medie a probelor
Unde t - temperatura la suprafata fierbinte a probei (media a doua probe), °C; t 2 - temperatura la suprafața rece a probelor (media a două probe), °C.

Metoda conductei. Pentru a determina conductivitatea termică a produselor termoizolante cu o suprafață curbată (carci, cilindri, segmente), se utilizează o instalație, a cărei diagramă schematică este prezentată în

Orez. 24. Această instalație este o țeavă de oțel cu un diametru de 100-150 mm și o lungime de cel puțin 2,5 m În interiorul țevii este montat un element de încălzire pe un material refractar, care este împărțit în trei secțiuni independente de-a lungul lungimii. conducta: sectiunea centrala (de lucru), care ocupa aproximativ ]/ lungimea conductei, si cele laterale, care servesc la eliminarea scurgerii de caldura prin capetele aparatului (conducta).

Țeava se instalează pe umerase sau pe suporturi la o distanță de 1,5-2 m de podeaua, pereții și tavanul încăperii.

Temperatura țevii și suprafața materialului de testat se măsoară prin termocupluri. La testare, este necesar să se regleze puterea electrică consumată de secțiunile de securitate pentru a elimina diferențele de temperatură dintre secțiunile de lucru și de securitate.
mi. Testele sunt efectuate în condiții termice în stare de echilibru, în care temperatura de pe suprafețele țevii și materialului izolator este constantă timp de 30 de minute.

Consumul de energie electrică de către un încălzitor care funcționează poate fi măsurat fie cu un wattmetru, fie separat cu un voltmetru și un ampermetru.

Conductibilitatea termică a materialului, W/(m ■ °C),

X -_____ D

Unde D - diametrul exterior al produsului testat, m; d - Diametrul interior al materialului testat, m; - temperatura la suprafata conductei, °C; t 2 - temperatura pe suprafața exterioară a produsului de testat, °C; I - lungime sectiunea de lucruîncălzitor, m.

Pe lângă conductivitatea termică, acest dispozitiv poate măsura cantitatea de flux de căldură într-o structură termoizolantă realizată dintr-unul sau altul material termoizolant. Flux de căldură (W/m2)

Determinarea conductibilității termice pe baza metodelor de flux de căldură instabil (metode de măsurare dinamică). Metode bazate pe măsurarea fluxurilor de căldură nestaționare (metode de măsurare dinamică), înîn ultima vreme sunt din ce în ce mai folosite pentru determinarea mărimilor termofizice. Avantajul acestor metode nu este doar viteza comparativă de realizare a experimentelor, dar cantitate mai mare de informații obținute într-o singură experiență. Aici, celorlalți parametri ai procesului controlat, se mai adaugă unul - timpul. Datorită acestui fapt, numai metodele dinamice fac posibilă obținerea, pe baza rezultatelor unui experiment, a caracteristicilor termofizice ale materialelor precum conductivitatea termică, capacitatea termică, difuzivitate termică, viteza de răcire (încălzire).

În prezent există număr mare metode și instrumente de măsurare a temperaturilor dinamice și a fluxurilor de căldură. Cu toate acestea, toate necesită stiu
Introducerea unor condiții specifice și introducerea unor modificări la rezultatele obținute, întrucât procesele de măsurare a mărimilor termice diferă de măsurarea mărimilor de altă natură (mecanică, optică, electrică, acustică etc.) prin inerția lor semnificativă.

Prin urmare, metodele bazate pe măsurarea fluxurilor de căldură staționare diferă de metodele luate în considerare prin faptul că sunt mult mai identice între rezultatele măsurării și valori adevărate mărimi termice măsurate.

Îmbunătățirea metodelor de măsurare dinamică se desfășoară în trei direcții. În primul rând, aceasta este dezvoltarea unor metode de analiză a erorilor și introducerea de corecții în rezultatele măsurătorilor. În al doilea rând, dezvoltarea dispozitivelor de corecție automată pentru a compensa erorile dinamice.

Să luăm în considerare cele două metode cele mai comune în URSS, bazate pe măsurarea fluxului de căldură instabil.

1. Metoda regimului termic regulat cu bicalo-rimetru. La aplicarea acestei metode se poate folosi diverse tipuri modele de bicalorimetre. Să luăm în considerare unul dintre ele - un bicalori plat de dimensiuni mici - tip MPB-64-1 (Fig. 25), care este proiectat
pentru a determina conductivitatea termică a materialelor termoizolante semirigide, fibroase și în vrac la temperatura camerei.

Dispozitivul MPB-64-1 este o carcasă cilindrică divizată (carcasa) cu un diametru interior de 105 mm, Vîn centrul căruia se află un miez cu un încorporat V acesta cu un încălzitor și o baterie de termocupluri diferențiale. Aparatul este fabricat din duraluminiu D16T.

Termopilul de termocupluri diferențiale ale bicalo-rimetrului este echipat cu termocupluri de cupru-copel, al căror diametru al electrozilor este de 0,2 mm. Capetele spirelor termopilului sunt scoase pe petalele de alamă ale unui inel din fibră de sticlă impregnate cu adeziv BF-2 și apoi prin fire până la mufă. Element de incalzire realizat din Sârmă de nicrom cu diametrul de 0,1 mm, cusut pe o placă rotundă de sticlățesături. Capetele firului elementului de încălzire, precum și capetele firului termopilului, sunt scoase la petalele de alamă ale inelului și apoi, printr-un ștecher, la sursa de alimentare. Elementul de încălzire poate fi alimentat de la 127 V AC.

Dispozitivul este etanșat ermetic datorită unui sigiliu de cauciuc cu vid plasat între corp și capace, precum și a unei garnituri de etanșare (cânepă și plumb roșu) între mâner, boș și corp.

Termocuplurile, încălzitorul și cablurile lor trebuie să fie bine izolate de carcasă.

Dimensiunile probelor de testat nu trebuie să depășească diametrul 104 mm și grosime - 16 mm. Dispozitivul testează simultan două probe gemene.

Funcționarea dispozitivului se bazează pe următorul principiu.

Procesul de răcire a unui solid încălzit la o temperatură T° și plasat într-un mediu cu o temperatură ©<Ґ при весьма большой теплопередаче (а) от телаLa miercuri (“->-00) și la ora temperatura constanta acest mediu (0 = const) este împărțit în trei etape.

1. Distribuția temperaturii V organismul este inițial aleatoriu în natură, adică are loc un regim termic dezordonat.

2. În timp, răcirea devine ordonată, adică se instalează un regim regulat, la care
rom, modificarea temperaturii în fiecare punct al corpului respectă o lege exponențială:

Q - AUE.-"1

Unde © este temperatura crescută într-un anumit punct al corpului; U este o funcție a coordonatelor unui punct; e-bază de logaritmi naturali; t este timpul de la începutul răcirii corpului; t - viteza de racire; A este constanta dispozitivului, în funcție de condițiile inițiale.

3. După un regim regulat de răcire, răcirea se caracterizează prin declanșarea echilibrului termic al organismului cu mediul.

Viteza de răcire t după diferențierea expresiei

De Tîn coordonate ÎnÎN-T se exprimă după cum urmează:

Unde O Şi IN - constantele dispozitivului; CU - capacitatea termică totală a materialului de testat, egală cu produsul dintre capacitatea termică specifică a materialului și masa acestuia, J/(kg-°C t - viteza de răcire, 1/h);

Testul se efectuează după cum urmează. După introducerea probelor în instrument, capacele instrumentului sunt apăsate strâns pe corp folosind o piuliță moletă. Dispozitivul este coborât într-un termostat cu un agitator, de exemplu, într-un termostat TS-16 umplut cu apă temperatura camerei, apoi conectați termopilul de termocupluri diferențiale la galvanometru. Dispozitivul este ținut într-un termostat până când temperaturile suprafețelor exterioare și interioare ale probelor din materialul testat sunt egalizate, ceea ce se înregistrează prin citirea galvanometrului. După aceasta, încălzitorul central este pornit. Miezul este încălzit la o temperatură cu 30-40° mai mare decât temperatura apei din termostat, iar apoi încălzitorul este oprit. Când acul galvanometrului revine la scară, se înregistrează citirile galvanometrului care scad în timp. Se înregistrează în total 8-10 puncte.

În sistemul de coordonate 1n0-m, se construiește un grafic, care ar trebui să arate ca o dreaptă care intersectează axele absciselor și ordonatelor în anumite puncte. Apoi se calculează tangenta unghiului de înclinare a dreptei rezultate, care exprimă viteza de răcire a materialului:

__ În 6t - În O2 __ 6 02

ТІь- - j

T2 - Tj 12 - „El

Unde Bi și 02 sunt ordonatele corespunzătoare pentru timpul Ti și T2.

Experimentul se repetă din nou și se determină din nou viteza de răcire. Dacă discrepanța dintre valorile vitezei de răcire calculate în primul și al doilea experiment este mai mică de 5%, atunci acestea sunt limitate la aceste două experimente. Valoarea medie a vitezei de răcire se determină din rezultatele a două experimente și se calculează conductivitatea termică a materialului, W/(m*°C)

X = (A + YSuR)/u.

Exemplu. Material de testare - covor de vată minerală pe un liant fenolic cu o densitate medie uscată de 80 kg/m3.

1. Calculați cantitatea de material cântărit în dispozitiv,

Unde Рп este o probă de material plasată într-un recipient cilindric al dispozitivului, kg; Vn - volumul unui recipient cilindric al dispozitivului este de 140 cm3; рср - densitatea medie a materialului, g/cm3.

2. Noi definim lucru B.C.Y.P. , Unde ÎN - constanta dispozitivului egala cu 0,324; CU - căldură specifică material egal cu 0,8237 kJ/(kg-K). Apoi VSUR= =0,324 0,8237 0,0224 = 0,00598.

3. Rezultate observatii ale răcirea probelor din dispozitiv în timp este introdusă în tabel. 2.

Diferențele dintre valorile ratelor de răcire t și t2 sunt mai mici de 5%, astfel încât experimentele repetate nu trebuie efectuate.

4. Calculați viteza medie de răcire

T=(2,41 + 2,104)/2=2,072.

Cunoscând toate mărimile necesare, calculăm conductivitatea termică

(0,0169+0,00598) 2,072=0,047 W/(m-K)

Sau W/(m-°C).

În acest caz, temperatura medie a probelor a fost de 303 K sau 30 ° C. În formulă, 0,0169 -L (constanta dispozitivului).

2. Metoda sondei. Există mai multe tipuri de metode de sondă pentru determinarea conducerii căldurii
proprietățile materialelor termoizolante care diferă unele de altele prin dispozitivele utilizate și principiile de încălzire a sondei. Să luăm în considerare una dintre aceste metode - metoda sondei cilindrice fără încălzitor electric.

Această metodă este după cum urmează. În grosimea materialului termoizolant fierbinte se introduce o tijă de metal cu un diametru de 5-6 mm (Fig. 26) și o lungime de aproximativ 100 mm și folosind o tijă montată în interior.

Termocuplurile detectează temperatura. Temperatura se determină în două etape: la începutul experimentului (în momentul în care sonda este încălzită) și la sfârșit, când apare o stare de echilibru și se oprește creșterea temperaturii sondei. Timpul dintre aceste două numărări este măsurat cu ajutorul unui cronometru. h Conductivitatea termică a materialului, cu(m °C), , R2CV

Unde R- raza tijei, m; CU- capacitatea termică specifică a materialului din care este confecţionată tija, kJ/(kgХ ХК); V-volumul tijei, m3; t - interval de timp dintre citirile temperaturii, h; tx și U - valorile temperaturii la momentul primei și celei de-a doua citiri, K sau °C.

Această metodă este foarte simplă și vă permite să determinați rapid conductivitatea termică a unui material atât în ​​condiții de laborator, cât și de producție. Cu toate acestea, este potrivit doar pentru o estimare aproximativă a acestui indicator.

Metodele fizice de analiză se bazează pe utilizarea oricărui efect fizic specific sau a unei anumite proprietăți fizice a unei substanțe. Pentru analiza gazelor utilizați densitatea, vâscozitatea, conductibilitatea termică, indicele de refracție, susceptibilitatea magnetică, difuzia, absorbția, emisia, absorbția radiațiilor electromagnetice, precum și absorbția selectivă, viteza sunetului, efectul termic al reacției, conductibilitatea electrică etc. Unele dintre aceste proprietăți fizice iar fenomenele fac continuu analiza gazelorși permit obținerea unei sensibilități și acuratețe ridicate a măsurătorilor. Alegere mărime fizică sau fenomen este foarte important pentru a exclude influența componentelor nemăsurate conținute în amestecul analizat. Utilizarea unor proprietăți sau efecte specifice face posibilă determinarea concentrației componentei dorite într-un amestec de gaz cu mai multe componente. Nespecific proprietăți fizice poate fi folosit, strict vorbind, doar pentru analiza amestecurilor de gaze binare. Vâscozitatea, indicele de refracție și difuzia în analiza gazelor semnificație practică nu au.

Transferul de căldură între două puncte cu temperaturi diferite are loc în trei moduri: convecție, radiație și conducție. La convecție transferul de căldură este asociat cu transferul de materie (transfer de masă); transfer de căldură radiatii are loc fără participarea materiei. Transfer de căldură conductivitate termică are loc cu participarea materiei, dar fără transfer de masă. Transferul de energie are loc din cauza ciocnirii moleculelor. Coeficientul de conductivitate termică ( X) depinde numai de tipul de substanță care transferă căldura. Este o caracteristică specifică a unei substanțe.

Dimensiunea conductivității termice în sistemul CGS cal/(s cm K), în unități tehnice - kcalDmch-K), în sistemul internațional SI - WtDm-K). Raportul acestor unități este următorul: 1 cal/(cm s K) = 360 kcalDm h K) = 418,68 WDm-K).

Conductivitate termică absolută în timpul trecerii de la solid la lichid și substante gazoase variază de la X = 418,68 WDm-K)] (conductivitate termică cel mai bun ghid căldură – argint) până la X aproximativ 10_6 (conductivitatea termică a gazelor cel mai puțin conductoare).

Conductivitatea termică a gazelor crește foarte mult odată cu creșterea temperaturii. Pentru unele gaze (GH 4: NH 3) conductivitate termică relativă odată cu creșterea temperaturii crește brusc, iar pentru unii (Ne) scade. Conform teoriei cinetice, conductivitatea termică a gazelor nu ar trebui să depindă de presiune. Cu toate acestea diverse motive duce la faptul că odată cu creșterea presiunii conductivitatea termică crește ușor. În intervalul de presiune de la atmosferică la câțiva milibari, conductivitatea termică nu depinde de presiune, deoarece calea liberă medie a moleculelor crește odată cu scăderea numărului de molecule pe unitate de volum. La o presiune de -20 mbar, calea liberă medie a moleculelor corespunde mărimii camerei de măsurare.

Măsurarea conductibilității termice este cea mai veche metodă fizică de analiză a gazelor. A fost descrisă în 1840, în special, în lucrările lui A. Schleiermacher (1888-1889) și a fost folosită în industrie din 1928. În 1913, Siemens a dezvoltat un contor de concentrație de hidrogen pentru avioane. Ulterior, timp de multe decenii, instrumentele bazate pe măsurători de conductivitate termică au fost dezvoltate și utilizate pe scară largă în industria chimică în creștere rapidă, cu mare succes. Desigur, la început au fost analizate doar amestecuri binare de gaze. Cele mai bune rezultate obtinut atunci cand exista o diferenta mare de conductivitate termica a gazelor. Dintre gaze, hidrogenul are cea mai mare conductivitate termică. În practică, s-a justificat și măsurarea concentrației de CO din gazele de ardere, deoarece conductivitățile termice ale oxigenului, azotului și monoxidului de carbon sunt foarte apropiate una de cealaltă, ceea ce permite ca amestecul acestor patru componente să fie considerat cvasi. -binar.

Coeficienții de temperatură ai conductibilității termice gaze diferite nu sunt aceleași, deci puteți găsi temperatura la care conductivitățile termice ale diferitelor gaze sunt aceleași (de exemplu, 490°C pentru dioxid de carbon și oxigen, 70°C pentru amoniac și aer, 75°C pentru dioxid de carbon și argon). Atunci când se rezolvă o anumită problemă analitică, aceste coincidențe pot fi folosite luând amestecul ternar de gaze ca unul cvasibinar.

În analiza gazelor se poate presupune că conductivitatea termică este o proprietate aditivă. Măsurând conductibilitatea termică a amestecului și cunoscând conductibilitatea termică a componentelor pure ale amestecului binar se pot calcula concentrațiile acestora. Cu toate acestea, această relație simplă nu poate fi aplicată niciunui amestec binar. De exemplu, amestecurile de aer - vapori de apă, aer - amoniac, monoxid de carbon - amoniac și aer - acetilenă la un anumit raport de componente au conductivitate termică maximă. Prin urmare, aplicabilitatea metodei conductibilității termice este limitată la un anumit interval de concentrație. Pentru multe amestecuri există o relație neliniară între conductivitate termică și compoziție. Prin urmare, este necesar să se elimine curba de calibrare, conform căreia trebuie făcută scara dispozitivului de înregistrare.

Senzori de conductivitate termică(senzori termoconductometrici) constau din patru camere mici umplute cu gaz de volum mic cu conductoare subtiri de platina de aceeasi dimensiune si cu aceeasi rezistenta electrica plasate in ele izolate de corp. Același curent constant de valoare stabilă trece prin conductori și îi încălzește. Conductoarele - elemente de încălzire - sunt înconjurate de gaz. Două camere conţin gazul de măsurat, celelalte două conţin gazul de referinţă. Toate elementele de încălzire sunt incluse într-un pod Wytheton, cu care măsurarea unei diferențe de temperatură de aproximativ 0,01°C nu este dificilă. O astfel de sensibilitate ridicată necesită egalitatea exactă a temperaturilor camerelor de măsurare, astfel încât întregul sistem de măsurare este plasat într-un termostat sau în diagonala de măsurare a podului și este inclusă o rezistență pentru compensarea temperaturii. Atâta timp cât îndepărtarea căldurii din elemente de încălzireîn camerele de măsurare și de comparare este aceeași, puntea este în echilibru. Atunci când camerele de măsurare sunt furnizate cu un gaz cu o conductivitate termică diferită, acest echilibru este perturbat, temperatura elementelor sensibile și, în același timp, rezistența acestora se modifică. Curentul rezultat în diagonala de măsurare este proporțional cu concentrația gazului măsurat. Pentru a crește sensibilitatea, temperatura de funcționare a elementelor sensibile trebuie crescută, dar trebuie avut grijă să se asigure că se menține o diferență suficient de mare în conductibilitatea termică a gazului. Astfel, pentru diferite amestecuri de gaze există o temperatură optimă pentru conductivitate termică și sensibilitate. Adesea, diferența dintre temperatura elementelor sensibile și temperatura pereților camerei este selectată de la 100 la 150°C.

Celulele de măsurare ale analizoarelor termoconductometrice industriale constau, de regulă, dintr-o carcasă metalică masivă în care sunt găurite camere de măsurare. Acest lucru asigură o distribuție uniformă a temperaturii și o bună stabilitate de calibrare. Deoarece citirile contorului de conductivitate termică sunt afectate de debitul de gaz, gazul este introdus în camerele de măsurare printr-un canal de derivație. Soluțiile diferiților proiectanți pentru a asigura schimbul necesar de gaze sunt prezentate mai jos. În principiu, se presupune că fluxul principal de gaz este conectat prin canale de conectare la camere de măsurare prin care gazul curge cu o diferență ușoară. În acest caz, difuzia și convecția termică au o influență decisivă asupra reînnoirii gazului din camerele de măsurare. Volumul camerelor de măsurare poate fi foarte mic (câțiva milimetri cubi), ceea ce asigură o influență mică a transferului de căldură convectiv asupra rezultatului măsurării. Pentru a reduce efectul catalitic al conductorilor de platină, aceștia în diverse moduri topită în capilare de sticlă cu pereți subțiri. Pentru a asigura rezistența camerei de măsurare la coroziune, toate părțile conductei de gaz sunt acoperite cu sticlă. Acest lucru vă permite să măsurați conductibilitatea termică a amestecurilor care conțin clor, acid clorhidric și alte gaze agresive. Analizoarele conductometrice termice cu camere comparative închise sunt comune în principal în industria chimică. Selectarea gazului de referință adecvat simplifică calibrarea instrumentului. În plus, este posibil să se obțină o scară cu un zero suprimat. Pentru a reduce deviația punctului zero, camerele de comparație trebuie să fie bine sigilate. În cazuri speciale, de exemplu, când există fluctuații puternice în compoziția amestecului de gaze, este posibil să se lucreze cu camere comparative cu flux. În acest caz, folosind un reactiv special, unul dintre componente este îndepărtat din amestecul de gaz măsurat (de exemplu, CO și o soluție de potasiu caustic), apoi amestecul de gaz este trimis în camere comparative. Ramurile de măsurare și comparativă diferă în acest caz doar prin absența unuia dintre componente. Această metodă face adesea posibilă analiza amestecurilor complexe de gaze.

Recent, în loc de conductori metalici, termistorii semiconductori sunt uneori folosiți ca elemente sensibile. Avantajul termistorilor este că coeficientul de temperatură al rezistenței este de 10 ori mai mare în comparație cu rezistențele termice ale metalelor. Acest lucru realizează o creștere bruscă a sensibilității. Cu toate acestea, multe altele sunt prezentate simultan exigențe mari pentru a stabiliza curentul punții și temperatura pereților camerei.

Mai devreme decât altele și pe scară largă, instrumentele conductometrice termice au început să fie utilizate pentru analiza gazelor de eșapament din cuptoarele de ardere. Datorită sensibilității ridicate, vitezei mari, ușurinței de întreținere și designului fiabil, precum și costurilor reduse, analizoarele de acest tip au fost introduse ulterior rapid în industrie.

Analizoarele de conductivitate termică sunt cele mai potrivite pentru măsurarea concentrației de hidrogen în amestecuri. La selectarea gazelor de referință, trebuie luate în considerare și amestecurile de gaze diferite. Următoarele date (Tabelul 6.1) pot fi folosite ca exemplu de intervale minime de măsurare pentru diferite gaze.

Tabelul 6.1

Domenii minime de măsurare pentru diferite gaze,

% la volum

Intervalul maxim de măsurare este cel mai adesea 0-100%, 90 sau chiar 99% fiind suprimat. În cazuri speciale, un analizor de conductivitate termică face posibilă existența mai multor intervale de măsurare diferite pe un singur dispozitiv. Acesta este utilizat, de exemplu, pentru a controla procesele de umplere și golire a turbogeneratoarelor răcite cu hidrogen din centralele termice. Din cauza pericolului de explozie, carcasa generatorului nu este umplută cu aer, dar dioxidul de carbon este introdus mai întâi ca gaz de purjare, iar apoi hidrogen. Gazul este eliberat din generator în același mod. Următoarele intervale de măsurare pot fi obținute cu reproductibilitate destul de mare pe un singur analizor: 0-100% (vol/vol) CO (în aer pentru purjare cu CO), 100-0% H 2 în CO (pentru umplerea cu hidrogen) și 100 -80% H 2 (în aer pentru a controla puritatea hidrogenului în timpul funcționării generatorului). Acest mod ieftin măsurători.

Pentru a determina conținutul de hidrogen din clorul eliberat în timpul electrolizei clorurii de potasiu folosind un analizor conductometric termic, puteți lucra atât cu un gaz de referință sigilat (S0 2, Ar) cât și cu un gaz de referință care curge. În acest din urmă caz, un amestec de hidrogen și clor este trimis mai întâi în camera de măsurare și apoi într-un cuptor de post-ardere cu o temperatură > 200°C. Hidrogenul arde cu excesul de clor pentru a forma acid clorhidric. Amestecul rezultat de HC și C12 este alimentat în camera comparativă. În acest caz, concentrația de hidrogen este determinată din diferența de conductivitate termică. Această metodă reduce semnificativ influența cantităților mici de aer.

Pentru a reduce eroarea care apare la analiza gazului umed, gazul trebuie uscat, ceea ce se face fie folosind un absorbant de umiditate, fie coborand temperatura gazului sub punctul de roua. Există o altă posibilitate de a compensa influența umidității, care este aplicabilă numai atunci când se măsoară folosind o schemă de gaz de referință care curge.

Pentru a lucra cu gaze explozive, o serie de companii produc dispozitive antiexplozive. În acest caz, camerele de măsurare a conductibilității termice sunt proiectate pentru hipertensiune arterială, la intrarea și la ieșirea din camere sunt instalate descărcătoare, iar semnalul de ieșire este limitat la un nivel intrinsec sigur. Cu toate acestea, astfel de dispozitive nu pot fi folosite pentru a analiza amestecuri de gaze explozive cu oxigen sau hidrogen cu clor.

• Centimetru-gram-secundă este un sistem de unități care a fost utilizat pe scară largă înainte de adoptarea Sistemului internațional de unități (SI).