HFM-100/HFM-50_Thiết bị đo độ dẫn nhiệt của vật liệu theo nguyên lý HFM

Độ dẫn nhiệt là thước đo khả năng dẫn nhiệt của vật liệu và rất quan trọng để xác định hiệu suất năng lượng và hiệu suất nhiệt trong vật liệu. 

Thiết bị HFM 100/HFM-50 là một thiết bị sử dụng trong Lab, cho phép đo một cách nhanh chóng độ dẫn nhiệt và nhiệt trở kháng (tùy chọn: nhiệt dung riêng) của vật liệu xây dựng, vật liệu cách nhiệt, bao bì theo nguyên lý HFM (Heat Flow Meter). Đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế ASTM C518, ISO8301 và EN 12667.

Phương pháp đo:

Thiết bị HFM-100/HFM-50 thế hệ thứ hai là một lựa chọn tuyệt vời khi thực hiện các phép đo độ dẫn nhiệt ở trạng thái ổn định của các mẫu vật như sản phẩm cách nhiệt và vật liệu xây dựng. Vận hành HFM rất đơn giản – một mẫu được đặt giữa tấm làm nóng và tấm làm mát, và tấm bên trên được hạ thấp xuống để tiếp xúc với mặt trên của mẫu bằng các động cơ bước theo từng góc. Tiếp xúc với tấm với mẫu thử được kiểm soát bằng áp suất tiêu chuẩn hoặc bởi độ dày mẫu do người dùng xác định. Động cơ bước được điều khiển bởi các bộ encoder quang để đo chiều dày mẫu (L), đạt độ chính xác đến 0,05 mm (0,0019 in). Kết hợp giữa các động cơ bước cho phép tấm trên có thể cảm nhận và điều chỉnh tối ưu hóa với mẫu có bề mặt đa dạng, tối ưu hóa tiếp xúc giữa tấm – xúc mẫu để đo. Một cảm biến dòng nhiệt “lux” được tích hợp vào mỗi tấm và được sử dụng để theo dõi dòng nhiệt (Q / A), được tạo ra do sự chênh lệch nhiệt độ (ΔT) giữa các tấm trên cùng và dưới cùng tại khoảng thời gian đều đặn, cho đến khi dòng nhiệt đạt trạng thái ổn định. Dòng nhiệt kết hợp sau đó được sử dụng để đo độ cách nhiệt (R) và tính toán độ dẫn nhiệt (λ) theo Luật Fourier.

Các lợi thế chính:

• Hai cảm biến dòng nhiệt “flux sensor” giúp đo chính xác độ dẫn nhiệt và nhiệt trở kháng của vật liệu
• Nhiều tấm làm nóng/làm mát Peltier giúp điều khiển nhanh chóng nhiệt độ
• Đo chiều dày của mẫu đạt độ chính xác tới 0,05 mm (0,0019inch) với 4 cảm biến encoder quang học kỹ thuật số
• Bảng điều khiển phía trước cho phép điều khiển mọi chức năng của HFM hoặc sử dụng phần mềm HFM cho các tính năng cơ bản và nâng cao như xuất báo cáo và in ấn.
• Kẹp tấm có có thể tự động hay do người dùng thiết lập, rất hiệu quả với vật liệu có thể nén
• Đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế: ASTM C518, C1784, ISO 8301, JIS A1412, EN 12667 và EN 12664

	Đo dòng nhiệt
	Cảm biến dòng nhiệt là một cảm biến nhiệt, bao gồm các cặp nhiệt điện được bố trí thống nhất trên bề mặt cảm biến. Mỗi cặp riêng lẻ tạo ra một điện áp, tỷ lệ với sự chênh lệch nhiệt độ trên các điểm tiếp xúc nóng và lạnh của cặp nhiệt điện. Để có các phép đo chính xác về dòng nhiệt, một cảm biến thông lượng với ba cặp nhiệt điện bề mặt được tích hợp vào bề mặt của mỗi tấm thử nghiệm của HFM. Sự tiếp xúc mật thiết này làm giảm mức độ hiệu chuẩn cần thiết, dẫn đến kết quả thử nghiệm được cải thiện.
	Điều khiển nhiệt độ
	Các phần tử nhiệt điện Peltier được sử dụng để làm nóng và làm mát các tấm thử nghiệm HFM. Phần tử nhiệt điện là một máy bơm nhiệt hoạt động ở trạng thái rắn, truyền nhiệt từ mặt này sang mặt kia của thiết bị, tiêu thụ năng lượng điện, phụ thuộc vào hướng của dòng điện. Tính linh hoạt này cho phép người dùng dễ dàng thay đổi hướng làm nóng và làm mát để phù hợp nhất với ứng dụng thử nghiệm của họ, ở độ phân giải nhiệt độ <0,01 °C. Mỗi tấm chứa nhiều mô-đun nhiệt điện công suất cao, được kết hợp với cặp nhiệt điện bề mặt và điều khiển nhiệt độ thông minh để tối ưu hóa tốc độ và độ chính xác của nhiệt độ tấm.
	Đo chiều dày
	Độ dày mẫu chính xác là tối ưu để xác định nhiệt trở kháng của vật liệu bằng phép đo độ dẫn nhiệt. Hệ thống HFM-100 có ưu điểm là xác định tự động độ dày của mẫu đối với vật liệu cứng hoặc độ dày mẫu do người dùng xác định đối với vật liệu có thể nén được. Độ dày mẫu được đo bằng encoder quang học kỹ thuật số. Bốn bộ encoder được đặt ở mỗi góc của tấm mẫu trên cùng. Vị trí đặt encoder đảm bảo đo độ dày mẫu chính xác nhất (<0,05 mm / 0,0019 in) và cuối cùng là nhiệt trở kháng cho vật liệu được đo.
	Sử dụng linh hoạt
	HFM-100 cung cấp cho người dùng hai phương pháp sử dụng linh hoạt và tiện lợi — chạy các phép đo một cách độc lập bằng bảng điều khiển tích hợp phía trước hoặc bằng cách sử dụng phần mềm HFM-100 dựa trên Windows kèm theo mỗi hệ thống. Phần mềm dễ sử dụng cung cấp các tính năng bổ sung cho hoạt động của bảng điều khiển phía trước, bao gồm tự động hóa các bước nhiệt độ không khi thử nghiệm và các chức năng bổ sung như lưu, xuất và in kết quả đo. Với bảng điều khiển phía trước, người dùng có thể tự động hóa lên đến năm bước nhiệt độ khi thực hiện phép đo hoặc không giới hạn số bước với phần mềm HFM. Kết quả HFM có sẵn ở cả đơn vị SI và Imperial.
	Điều khiển kẹp
	Đối với các vật liệu cứng, các tấm tự động kẹp để tiếp xúc tối ưu giữa mẫu và cảm biến thông lượng nhiệt. Đối với vật liệu có thể nén, chiều cao mong muốn của mẫu có thể được nhập bằng tay và tấm sẽ tự động dừng ở chiều cao mẫu đã nhập.
	Vật liệu chuẩn
	Mỗi hệ thống HFM-100 đều đi kèm với một Vật liệu Tham chiếu Tiêu chuẩn ( Standard Reference Material – SRM) từ National Institute of Standards and Technology (NIST). SRM 1450e – Fibrous Glass-Board được chứng nhận về độ dẫn nhiệt từ 6,85 °C – 66,85 °C và có độ dày 25 mm. Ngoài ra, có sẵn SRM 1453 – Expanded Polystyrene Board được chứng nhận về độ dẫn nhiệt từ 7,85 °C – 39,85 ̊°C và có độ dày 12,5 mm. Ngoài Vật liệu tham chiếu tiêu chuẩn NIST, Thermal Transfer Standards (TS) có thể được phát triển bởi Thermtest, dành cho các ứng dụng thử nghiệm chuyên biệt.

Độ chính xác & Độ lặp lại

Một mẫu NIST SRM 1450d đã được thử nghiệm nhiều lần để xác nhận độ chính xác và độ lặp lại của HFM-100. Trước mỗi phép đo trong số 20 lần đo, mẫu NIST 1450d được lấy ra, sau đó được đặt trở lại trong buồng HFM-100. Độ dẫn nhiệt được chứng nhận cho tấm NIST ở 20˚C (68˚F) là 0,03239 W / m • K (0,2246 BTU / (hr · ft · °F)). Giá trị độ dẫn nhiệt trung bình nhận được từ tất cả 20 bài kiểm tra là 0,0325 W / m • K (0,2253 BTU / (hr · ft · °F)). Tất cả các phép thử đều có độ lặp lại trong khoảng ± 0,5% và độ chính xác trong khoảng ± 1% của giá trị được chứng nhận.

Trình tự đo mẫu
	Mẫu đo Mẫu phải có kích thước từ 150 mm đến 300 mm² (6 in đến 12 in²) và có các bề mặt song song. Chiều cao mẫu được đo tự động bằng HFM-100; tuy nhiên đối với vật liệu có thể nén, độ dày mẫu mong muốn có thể được nhập thủ công cho độ dày thử nghiệm xác định trước.
	Thời gian: 1 phút
	Đặt mẫu vào buồng đo Đặt mẫu giữa các tấm thử nghiệm song song của HFM-100 (tấm trên và tấm dưới). Đối với các mẫu nhỏ hơn hoặc các mẫu có hình dạng khác với buồng thử nghiệm, hãy đặt mẫu vào giữa tấm dưới, đặt trực tiếp trên cảm biến thông lượng nhiệt.
	Thời gian: 1 phút
	Kẹp mẫu Tấm trên cùng tự động hạ thấp đối với các mẫu cứng hoặc đến độ dày xác định trước đối với các mẫu có thể nén. Để tăng độ chính xác khi kiểm tra các mẫu cứng, tấm trên cùng tạo ra một chuyển động xác nhận ngắn để tiếp xúc tối ưu và đo độ dày. Ngoài ra, chuyển động ngắn này cũng sẽ bù đắp cho bất kỳ vấn đề nào về độ phẳng của mẫu.
	Thời gian: 1 phút
	Chạy thử nghiệm Một nhiệt độ trung bình duy nhất hoặc các bước nhiệt độ có thể được chọn cho quy trình thử nghiệm tự động. Thử nghiệm có thể được thực hiện ở chế độ kiểm soát chất lượng hoặc chế độ chính xác cao (30 đến 40 phút) để có thời gian thử nghiệm phù hợp nhất với ứng dụng của bạn. Sau khi kiểm tra xong, kết quả có thể được lưu, in hoặc xuất sang Microsoft Excel để xử lý thêm.
	Thời gian: 30 – 40 phút

Ứng dụng
Cách nhiệt với Nhiệt độ Thermtest HFM-100 có khả năng kiểm tra vật liệu trong phạm vi nhiệt độ từ -20 đến 70 ° C (-4 đến 158˚F). NIST 1450d, Fibrous Glass Board, là Vật liệu Tham chiếu Tiêu chuẩn được chứng nhận từ Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia. Kết quả đo được nằm trong khoảng 2% giá trị được chứng nhận.		Bộ dụng cụ cho độ dẫn nhiệt cao Với Bộ đo độ dẫn nhiệt cao, HFM-100 có thể đo chính xác và hiệu quả các vật liệu dẫn nhiệt cao hơn, chẳng hạn như thủy tinh và gốm sứ. Đối với các ứng dụng như vậy, bộ cặp nhiệt điện bên ngoài được sử dụng kết hợp với mẫu được thử nghiệm. Macor, Quartz và Pyrex đã được thử nghiệm trong HFM từ 10˚C đến 60˚C (50˚F đến 140˚F). Tất cả các giá trị đo được đều nằm trong độ chính xác đã nêu của hệ thống, ± 5%.
	Bông cách nhiệt  Cả bông cách nhiệt bằng sợi thủy tinh và len đá đều được thử nghiệm với HFM. Độ dẫn nhiệt 0,0430 W / m • K (0,2981 BTU / (giờ · ft · ° F)) là kết quả của thử nghiệm sợi thủy tinh, trong đó 0,0364 W / m • K (0,2524 BTU / (giờ · ft · ° F) ) là kết quả của thử nghiệm cách nhiệt len đá.		Aerogel Aerogel có một trong những chất rắn có độ dẫn nhiệt thấp nhất được biết đến. Một chiếc chăn aerogel được lựa chọn để kiểm tra bằng HFM-100. Kết quả cho thấy độ dẫn nhiệt là 0,024 W / m • K (0,1664 BTU / (hr · ft · ° F)), nằm trong khoảng 3% so với thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.
	Gỗ  Vì gỗ cứng, HFM có thể được đặt để tự động kẹp mẫu và ghi nhận chiều cao của mẫu. Thử nghiệm loại gỗ mềm này cho kết quả đo độ dẫn nhiệt là 0,12 W / m • K (0,8320 BTU / (hr · ft · ° F)), khớp chính xác với các giá trị tài liệu về gỗ mềm.

Phụ kiện máy HFM-100
	Bộ mở rộng dải đo High TC
	Bộ cặp nhiệt điện bên ngoài để kiểm tra vật liệu có độ dẫn nhiệt lên đến 2,5 W / mK