ЕТАЛОНУВАННЯ ВИЗНАЧЕННЯ ЕТАЛОНУВАННЯ ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ

ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНИХ БУДІВЕЛЬНИХ ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНИХ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВМАТЕРІАЛІВ

Автори: Бурова З.А., Декуша Л.В., Воробйов Л.Й., Автори: Бурова З.А., Декуша Л.В., Воробйов Л.Й.,

Грищенко Т.Г., Грищенко Т.Г., Декуша О.Л.Декуша О.Л.

Доповідач: Доповідач: Бурова Зінаїда АндріївнаБурова Зінаїда Андріївна

Тел.: Тел.: +38-044-453-28-42+38-044-453-28-42, тел./факс: , тел./факс: +38-044-453-28-43+38-044-453-28-43, , e-mail: e-mail: teplomer@ukr.netteplomer@ukr.net

Інститут технічної теплофізики

Національної академії наук України, м. Київ

Відділ теплометрії

2

Метрологічне забезпечення вимірювання Метрологічне забезпечення вимірювання коефіцієнту теплопровідності коефіцієнту теплопровідності теплоізоляційних теплоізоляційних

матеріалів (загальний стан)матеріалів (загальний стан)

3

Сертифіковані еталонні міри Сертифіковані еталонні міри (SRM (SRM абоабо CRM)CRM) та та робочі еталони (робочі еталони (TSTS) теплопровідності) теплопровідності

4

Державна повірна схема Державна повірна схема ГОСТ 8.140-2009ГОСТ 8.140-2009

та еталон теплопровідності та еталон теплопровідності Росії ГЭТ 59-2007 Росії ГЭТ 59-2007

λλ= = ((0,020,02……0,20,2)) Вт/(м·К) Вт/(м·К) T= (T= (250250……350350)) К К

ЕталоннаЕталонна установка А-1 установка А-1

5

Еталонні міри теплопровідності РосіїЕталонні міри теплопровідності Росії

Міра теплопровідності Міра теплопровідності багатозначнабагатозначна

Однозначні еталонні міри Однозначні еталонні міри теплопровідності теплопровідності

Робочі еталони теплопровідностіРобочі еталони теплопровідності(каталог ВНДІМ ім. Д.І. Менделєєва, 2010 р.) (каталог ВНДІМ ім. Д.І. Менделєєва, 2010 р.)

6

Установка для вимірювання коефіцієнту Установка для вимірювання коефіцієнту теплопровідності будівельних матеріалів ИТ-7Cтеплопровідності будівельних матеріалів ИТ-7C

ДСТУ Б В.2.7-105-2000 (ГОСТ 7076-99), ДСТУ ISO 8301:2007ДСТУ Б В.2.7-105-2000 (ГОСТ 7076-99), ДСТУ ISO 8301:2007

1 – тепловий блок; 2 – електронний блок; 3 –ТОС

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ•Діапазон значень коефіцієнту теплопровідності від 0,02 до 3,0 Вт/(м⋅К)•Границі допустимої основної відносної похибки вимірювання ±3%•Діапазон значень робочої температури від мінус 40 К до 180 К •Розмір зразка 300×300×120 мм (max)

Функціональна схема теплового блоку

7

Вибір методу вимірювання коефіцієнту Вибір методу вимірювання коефіцієнту теплопровідності теплоізоляційних матеріалів теплопровідності теплоізоляційних матеріалів

ТЕПЛОМЕТРИЧНИЙДСТУ ISO 8301:2007

МЕТОД ГАРЯЧОЇ ПЛАСТИНИДСТУ ISO 8302:2008

асиметрична схема

симетрична схема

1 – нагрівник 2 – зразок3 – холодильник4 – ПТП

1 – охоронна зона; 2 – зона вимірювання

A – нагрівник вимірювальної зони; B – поверхневі пластини вимірювальної зони; C – нагрівник охоронної зони; D – поверхневі пластини охоронної зони; E – охолоджувальний елемент; I – досліджувані зразки; L – охоронна пластина; M – ізоляція охоронної пластини

8

Розрахунок часу виходу Розрахунок часу виходу на стаціонарний режим вимірюваньна стаціонарний режим вимірювань

( )Fof=λλ 0ВИМ

( )iBFof ′=λλ ,0ВИМ

Метод гарячої пластини –

Теплометричний метод –

( )ПТП0ЗР2

ЗР ; RhiBhaFo ⋅λ=′τ⋅=

9

1 – зразок, 2 – нагрівник, 3 – холодильник, 4, 5 – ПТП; 6, 7 – прошарки контактного теплового опору, 8 – теплозахисний екран

Методичні похибки вимірювання Методичні похибки вимірювання коефіцієнту коефіцієнту теплопровідності теплометричним методом теплопровідності теплометричним методом

( ) ( ) ( )0

,,1,2

2

2

2

=∂

∂+∂

∂⋅+∂

∂z

rzT

r

rzT

rr

rzT

( ) ( )( )

( ) ( )( )

( ) ( )( )( )

==∂

∂

=−⋅α=∂

∂λ

=−=∂

∂λ

=−=∂

∂λ

.0 при 0,

, при ,,

,0 при ,1,

, при ,1,

ПТПЕБОКЗР

ХОЛПТП

ЗР

ЗРНАГПТП

ЗР

2

1

rz

rzT

rrrzTTz

rzT

zTrzTRz

rzT

hzrzTTRz

rzT

Граничні умови ІІІ роду:

Модель теплообміну в системіМодель теплообміну в системі«ПТП – зразок – ПТП»«ПТП – зразок – ПТП»

;ЗРhz=ζ ( ) ;5,0 ЗРDr=ρ

,

( )ЗРБОКЗР

ЗРБОКЗРБОК

5,0

5,0Bi

λ⋅==λα⋅=

RD

D

(1)(1)

(2)(2)

(3)(3)

(4)(4)

( ) ( )( ) EE,, TTrzT −=ρζθ

10

Приведена густина середньоінтегрального теплового Приведена густина середньоінтегрального теплового потоку на вході (потоку на вході (qВХ ) і виході () і виході (qВИХ) зразка) зразка

для двох режимів термостатування екрану для двох режимів термостатування екрану ( ) ( ) ( ) ( )ζ⋅

ρνρν⋅⋅⋅+⋅=ρζ ∑

∞

=n

n n

nn P

JB

RRRR

hDq

q

1

1

ЗРПТП

БОКЗРПТП

ЗРЗР0

СЕР

Bi21

4 , (5)(5)

20 10; 5; 4; ;3/ ЗРЗР =hD

1,0 ;0,1/ БОКЗР =RR

1 0,1; 0,01;

0,001; ;0/ ЗРПТП =RR

ЗРЧЕЧЕ / rr=ρ0 0,001 0,01 0,1 1

1 0 1 0 1 0 1 0 10

Відношення теплового опору ПТП і зразка, RПТП /RЗР

Приведена густина

середньоінтегрального теплового потоку

q СЕР/q

0

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1

2

3

45

4

32

1

1 - DЗР / hЗР = 3; 2 - 4; 3 - 5; 4 - 10; 5 - 20

ρЧЕ

1

1,002

1,004

1,006

1,008

1,01

qВИХ

qВХ

qВИХ =qВХ

ТЕ

= Т

наг або Т

Е=

Т хол

ТЕ

= 0,5(Т

наг + Т

хол)

11

Приведена густина середньоінтегрального теплового Приведена густина середньоінтегрального теплового потоку для режиму термостатування екрану потоку для режиму термостатування екрану

20 10; 5; 4; ;3/ ЗРЗР =hD К/Втм 1 2БОК ⋅=R

К/Втм 0,01 2ПТП ⋅=RЗРЧЕЧЕ / rr=ρ

( )ХОЛНАГE 0,5 TTT +⋅=

1

1,02

0 0,5 11

1,02

0 0,5 11

1,02

0 0,5 1

Діаметр зразка, DЗР, м0,1 0,2 0,3

1 2 3 4 5

qВИХ=qВХ

0,03

1 - DЗР /hЗР = 3; 2 - 4; 3 - 5; 4 - 10; 5 - 20

qСЕР

/q0

ρЧЭ

12

1 – основний термоелектрод ; 2 – каркас з поліімідної стрічки; 3 – гальванічно нанесене покриття з парного термоелектродного матеріалу;4 – спаї термоелементів

де KПТП – коефіцієнт перетворення ПТП; q – густина теплового потоку; ЕПТП – електричний сигнал ПТП.

Схема батареї гальванічних Схема батареї гальванічних термоелементів та конструкція ПТПтермоелементів та конструкція ПТП

((66))

Еталонний ПТП

Спеціальний ПТП

ПТППТП / EqK =

13

Визначення індивідуальних функцій Визначення індивідуальних функцій перетворення ПТП і ПТ та їх атестаціяперетворення ПТП і ПТ та їх атестація

1 – електричний нагрівник; 2, 3 – верхній та нижній теплометричні блоки з вмонтованими перетворювачами теплового потоку 4, 5 та температури

1, 2 – термопари еластичних прокладок; 3,4 – вимірювальна та контрольна термопари верхнього ПТП; 5,6 – вимірювальна та контрольна термопари нижнього ПТП; 7, 8, 9 – термопари нагрівника, холодильника та бокової активної ізоляції відповідно

14

ВИСНОВКИ:ВИСНОВКИ:► Україна потребує створення власного еталону Україна потребує створення власного еталону

теплопровідності для дослідження та атестації робочих теплопровідності для дослідження та атестації робочих еталонів з низькотеплопровідних матеріалів та засобів еталонів з низькотеплопровідних матеріалів та засобів вимірювальної техніки на гідному метрологічному рівні.вимірювальної техніки на гідному метрологічному рівні.

► Результати проведених в ІТТФ НАН України теоретичних Результати проведених в ІТТФ НАН України теоретичних досліджень та багаторічний досвід теплометричних досліджень та багаторічний досвід теплометричних вимірювань доводить можливість створення в Україні вимірювань доводить можливість створення в Україні робочого еталону теплопровідності в діапазоні від 0,02 Вт/робочого еталону теплопровідності в діапазоні від 0,02 Вт/(м·К) до 1,5 Вт/(м·К) за температури від 250 К до 400 К.(м·К) до 1,5 Вт/(м·К) за температури від 250 К до 400 К.

► На основі результатів розрахунків передбачена похибка На основі результатів розрахунків передбачена похибка еталонних мір теплопровідності складатиме 2 – 2,5%, а еталонних мір теплопровідності складатиме 2 – 2,5%, а атестація робочих засобів вимірювання безпосередньо на атестація робочих засобів вимірювання безпосередньо на еталоні забезпечить їх похибку на рівні 3%.еталоні забезпечить їх похибку на рівні 3%.

15

ДЯКУЮ ЗА УВАГУДЯКУЮ ЗА УВАГУ

Відділ теплометрії ІТТФ НАН УкраїниВідділ теплометрії ІТТФ НАН УкраїниТел.: Тел.: +38044-453-28-42+38044-453-28-42, тел./факс: , тел./факс: +38044-453-28-43+38044-453-28-43, ,

e-mail: e-mail: teplomer@ukr.netteplomer@ukr.net