Das MP-1 wurde entwickelt, um die absolute Wärmeleitfähigkeit, das thermische Diffusionsvermögen und die spezifische Wärme von Feststoffen, Flüssigkeiten, Pasten und Pulvern mit der leistungsstarken Kombination der Methoden Transiente Flächenquelle (TPS, ISO 22007-2) und Transienter Heißer Draht (THW, ASTM D7896) zu testen.
Die leistungsstarke Kombination aus Transiente Flächenquelle (TPS, ISO 22007-2) für Feststoffe und Transienter Heißer Draht (THW, ASTM D7896) für Flüssigkeiten wird häufig für die genaue Messung der absoluten Wärmeleitfähigkeit, der Temperaturleitfähigkeit, der spezifischen Wärme und des Wärmeeindringkoeffizient verwendet. Diese Vielseitigkeit wird durch die proprietäre Temperaturplattform (TP) von Thermtest, die von akademischen und kommerziellen Anwendern gleichermaßen geschätzt wird, noch erheblich erweitert.
In Anlehnung an ISO 22007-2 und ASTM 7896 sind TPS und THW primäre Messmethoden, die sich weltweit bewährt haben und über die Tausende von Veröffentlichungen vorliegen.
Methoden | Transiente Flächenquelle (TPS) | Transienter Heißer Draht (THW) |
|---|---|---|
Materialien | Feststoffe, Pasten und Pulver | Flüssigkeiten, Pasten und Pulver |
Module testen | 3D: Schüttgut, Anisotrop, Platte | 1D: Standard, Dünnfilme Allgemein: Spezifische Wärme | Masse |
Wärmeleitfähigkeit | 0,005 bis 1800 W/m•K | 0,01 bis 2 W/m•K |
Stichprobengröße* | 5 x 5 mm bis unbegrenzt | 20 mL |
Dicke der Probe* | 0,01 mm bis unbegrenzt | K.A |
Zusätzliche Eigenschaften | Temperaturleitfähigkeit, | Spezifische Wärme | Wärmeeindringkoeffizient | Temperaturleitfähigkeit, | Spezifische Wärme |
Sensor-Kontaktwiderstand | Gemessen | K.A |
Temperatur-Plattform (TP) | 0 bis 300 °C -160 °C | -50 °C | 0 bis 300 °C | 10 bis 200 °C | -15/0 bis 200 °C 0 bis 300 °C | -45 bis 300 °C | -160 bis 300 °C |
Erweiterter Temperaturbereich | -160 bis 1000 °C | K.A |
Testzeit (Sekunden) | 0,25 bis 1280 Sekunden | 1 Sekunde |
Daten-Punkte (Punkte/Sekunde) | Bis zu 600 Punkte / Sekunde | 400 Punkte / Sekunde |
Genauigkeit der Wärmeleitfähigkeit | 5% | 2% |
Reproduzierbarkeit | 1% | 1% |
Beispiel-Konfiguration | Symmetrisch (zweiseitig) | Asymmetrisch (einseitig) | K.A |
Normen | ISO 22007-2:2015 | ASTM D7896-19 |
*Basierend auf dem verwendeten Testmodul.
Die Transiente Flächenquelle (TPS) und der Transienter Hitzdraht (THW) haben eine ähnliche Theorie, mit Unterschieden, die spezifisch für ihr primäres Design sind. Die grundlegende Theorie ist, dass der Sensor elektrisch mit einer Stromversorgung und einem Messkreis verbunden ist. Ein Strom fließt durch den Sensor und erzeugt einen Anstieg der Temperatur, der im Laufe der Zeit aufgezeichnet wird. Die erzeugte Wärme wird dann mit einer Geschwindigkeit in die Probe diffundiert, die von den thermischen Transporteigenschaften des Materials abhängt.
Der TPS-Sensor für Feststoffe, Pasten und Pulver besteht aus einer Doppelspirale aus Nickel, die zwischen Isolierschichten eingekapselt ist. Im Standardbetrieb wird dieser Sensor (Two-Sided) zwischen zwei Stücke der gleichen Probe, mit erweiterter Verwendung zum Single-Sided Sensor, der nur ein Stück Probe benötigt (Single-Sided). Das firmeneigene Thermtest TPS-Berechnungsmodell misst den Kontaktwiderstand zwischen Sensor und Probe sowie die Wärmeleitfähigkeit, die Temperaturleitfähigkeit, die volumetrische spezifische Wärme und den Wärmedurchgangswiderstand der Probe.
Der THW-Sensor für Flüssigkeiten sowie Pasten und Pulver mit kleinen Partikeln besteht aus einem austauschbaren dünnen Heizdraht (40 mm Länge), der an einem speziell entwickelten Sensor und einer Probenzelle befestigt ist. Flüssigkeiten unter Druck zu setzen, um Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und volumetrische spezifische Wärme über die Siedetemperatur hinaus zu messen. Die Messungen werden mit kurzen Testzeiten (1 Sekunde) durchgeführt, um konvektive Effekte auf Proben mit einer großen Bandbreite an Viskositäten zu begrenzen.
Da Materialien einzigartig sind, kann die Verwendung von Referenzdaten zur Vorhersage der Wärmeleitfähigkeit oder ihrer Beziehung zur Temperatur zur Verwendung ungenauer Daten führen. Anhand der NIST-Referenz "Thermal Conductivity of Selected Materials" (Wärmeleitfähigkeit ausgewählter Materialien) für Aluminium und Quarz können wir sehen, dass die Wärmeleitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur sehr unterschiedlich ist. Aufgrund der dramatischen Unterschiede bei den weltweiten Materialquellen war es noch nie so wichtig wie heute, Materialien hinsichtlich ihrer thermophysikalischen Eigenschaften umfassend zu charakterisieren. Jede MP-1 wird mit einer integrierten Temperaturfunktion geliefert, die eine vollständige Temperaturcharakterisierung ermöglicht.
Zitat: Powell, R.W., Ho, C.Y., and Liley, P.E. (1996). Thermal Conductivity of Selected Materials. Washington, U.S.: Dept. of Commerce, National Bureau of Standards; for sale by the Superintendent of Documents, U.S.. Govt. Printing Office. pp. 17, 99.
Die MP-1 Datenerfassungssoftware (DAQ) wurde von Grund auf neu entwickelt und steuert intelligent alle Aspekte des Testens und der Zeitplanung. Die Testmethoden und Versuchsparameter können für die automatische Planung ausgewählt werden.
Ein einzigartiges Merkmal des MP-1 ist die Integration eines Vier-Kanal-Schalters, der es ermöglicht, mehrere Geräte und Sensoren gleichzeitig zu steuern, was die Testkapazität erheblich erhöht.
Methoden und Testmodule können ausgewählt und Parameter für Feststoffe, Flüssigkeiten, Pasten und Pulver optimiert werden.
Jede Kombination von Methoden, Geräten und Sensoren kann so geplant werden, dass sie unter einer Vielzahl von Bedingungen, wie z.B. dem Temperaturbereich, arbeiten.
MP-1 Anschluss 1 Der in jedem MP-1 integrierte Switch mit vier Anschlüssen ermöglicht den Einsatz einer Reihe von optionalen Geräten, Temperaturplattformen und Sensoren, um den Komfort und die Kapazität zu maximieren.
Variationen der angewandten Korrekturen werden zum einfachen Vergleich gespeichert. Zusätzlich zur Zusammenfassung der Ergebnisse werden die Variationen der angewandten Korrekturen zum einfachen Vergleich und Export gespeichert.
Die TPS-Theorie besagt, dass der nichtlineare Abschnitt des Temperaturanstiegs im Verhältnis zur Zeit, bekannt als Kontaktwiderstand, entfernt werden muss, sodass die intrinsischen thermophysikalischen Berechnungen auf dem linearen Bereich der Transienten basieren. Dies kann manuell geschehen, indem Sie iterativ Startpunkte entfernen, bis die beste Anpassung erreicht ist. Obwohl dies ein geeigneter Ansatz ist, braucht es einen erfahrenen Benutzer, um Fehler zu reduzieren und die erforderliche Wiederholbarkeit zu erreichen.
Der Kontaktwiderstand zwischen dem Sensor und der Probe hängt von der Qualität der Probenoberfläche ab. Beim manuellen Entfernen des Kontaktwiderstands wird eine kleine Anzahl von Punkten (Schritt 1) entfernt und für die Best-Fit-Analyse neu berechnet. Wenn die resultierende mittlere Restabweichung verbessert werden kann, können weitere Punkte (Schritt 2) entfernt und die Berechnungsschritte wiederholt werden.
Alternativ kann das MP-1 mit Hilfe unserer proprietären Kontaktanalyse (CA) den Kontaktwiderstand (m2 K/W) zwischen Sensor und Probe berechnen und die entsprechende Startzeit automatisch entfernen. Dies ermöglicht nicht nur ein besseres Verständnis der Auswirkungen der Oberflächenbeschaffenheit auf Ihre Messungen, sondern vereinfacht auch die Analyse der intrinsischen thermophysikalischen Eigenschaften erheblich.
Um die Anwendung der Kontaktanalyse zu demonstrieren, wurden vier Proben aus rostfreiem Stahl 316 mit unterschiedlichen Oberflächen auf ihre thermophysikalischen Eigenschaften untersucht. Da das MP-1 in der Lage ist, den Kontaktwiderstand zu messen, wird die Auswahl des Berechnungsfensters stark vereinfacht und die Wiederholbarkeit der intrinsischen Eigenschaften der Probe maximiert. Mit zunehmender Oberflächenrauheit steigt auch der gemessene Kontaktwiderstand.
| Oberflächenveredelung |
Oberflächenrauhigkeit Ra (um) |
Kontaktwiderstand (m²K/W) |
Leitfähigkeit (W/m·K) |
Diffusionsvermögen (mm²/s) |
Volumetrische spezifische Wärme (MJ/m³K) |
Effusivität (W√s/m²K) |
|
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Poliert |
0,101 |
Mittel |
1,00E-04 |
13,80 |
3,73 |
3,70 |
7149 |
|
%RSD |
6 |
0,1 |
0.4 |
0,3 |
0,2 |
||
|
Bearbeitet |
0,324 |
Mittel |
1,54E-04 |
13,93 |
3,75 |
3,71 |
7194 |
|
%RSD |
1 |
0,1 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
||
|
400er Körnung |
0,516 |
Mittel |
1,32E-04 |
13,84 |
3,74 |
3,71 |
7163 |
|
%RSD |
2 |
0,1 |
0,3 |
0,3 |
0,1 |
||
|
80er Körnung |
2,78 |
Mittel |
2,41E-04 |
13,85 |
3,73 |
3,71 |
7171 |
|
%RSD |
1 |
0.02 |
0,2 |
0,2 |
0,1 |
Die Standard-Doppelspiral-Nickelsensoren können mit verschiedenen Isolationsarten isoliert werden, so dass sie bei einer Vielzahl von Temperaturen eingesetzt werden können.
TPS Sensor zum Testen von Feststoffen, Pasten und Pulvern. Die typische Konfiguration des TPS-Sensors ist zwischen zwei Stücken derselben Probe eingebettet. Eine Reihe von Sensordurchmessern ist verfügbar, um Proben unterschiedlicher Größe zu testen.
| Radius (mm) | Korrigierter Radius (mm) | % Difference | |
|---|---|---|---|
|
TPS Vertikaler Streifensensor |
2 |
2,026 |
1,30 |
|
3,2 |
3,201 |
0,03 |
|
|
6,4 |
6,405 |
0,08 |
|
|
TPS-Doppelspiral-Sensor |
2 |
2,115 |
5,75 |
|
3,2 |
3,28 |
2,50 |
|
|
6,4 |
6,591 |
2,98 |
|
|
9,9 |
10,11 |
2,12 |
Massive Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit, spezifische Wärme und Wärmedurchgangskoeffizient.
Isoliert in der Ebene, für Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und volumetrische spezifische Wärme für dünne, leitfähige Platten .
Isoliert außerhalb der Ebene, für Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit für längliche Formen, Stäbe und Stangen
Wärmewiderstand und Wärmeleitfähigkeit von freistehenden Filmen und Beschichtungen
Zweiseitiger Sensor für genaue Labortests
| | | ||
|---|---|---|---|---|
Modelle | ||||
Wärmeleitfähigkeit | 0,005 bis 1800 W/m•K | 0,01 bis 100 | 0,01 bis 500 W/m•K | 0,03 bis 80 W/m•K | 0,03 bis 5 W/m•K |
Zusätzliche Eigenschaften | Temperaturleitfähigkeit, Spezifische Wärme, Wärmeeindringkoeffizient, Kontaktwiderstand | Temperaturleitfähigkeit, Spezifische Wärme, Wärmeeindringkoeffizient | Temperaturleitfähigkeit, Spezifische Wärme, Wärmeeindringkoeffizient | Nein |
Stichprobengröße | 5 x 5 mm bis unbegrenzt | 10 x 10 bis unbegrenzt | 40 x 40 bis unbegrenzt | 35 x 35 bis unbegrenzt |
Dicke der Probe | 0,01 mm bis unbegrenzt | 0,1 bis unbegrenzt | 5 bis unbegrenzt | 5 bis unbegrenzt |
Testzeit (Sekunden) | 0.25, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280 | 2, 3, 4, 5, 10, 20, 40, 80, 160 | 10, 20, 40, 80, 160 | 20 und 40 |
Temperaturbereich | Raumtemperatur 0 bis 300 °C -160 | -50 | -20 | 0 bis 300 °C | Raumtemperatur 0 bis 300 °C -75 bis 200°C | Raumtemperatur 10 bis 80°C | Raumtemperatur 10 bis 40°C |
Zweiseitiger (symmetrischer) Sensor | Ja | Ja | Ja | Nein |
Einseitiger (asymmetrischer) Sensor | Ja | Ja | Nein | Ja |
TPS Zweiseitiger Sensor (Radius, mm) | 0.5, 0.8, 2, 3.2, 6.4, 10, 15, 30 | 2, 3.2, 6.4, 10 | 10 | 6,4 |
Kontaktwiderstand (Einheiten) | Gemessen und Manuell | Manuell | Manuell | Automatisch |
Masse - 3D Wärmeleitfähigkeit | Ja | Ja | Ja | Ja |
Anisotrope Wärmeleitfähigkeit | Ja | Ja | Nein | Nein |
Wärmeleitfähigkeit von Brammen | Ja | Ja | Nein | Nein |
Direkte spezifische Wärme | Ja | Ja | Nein | Nein |
1-D-Wärmeleitfähigkeit | Ja | Nein | Nein | Nein |
Dünnfilm/Beschichtungen | Ja | Nein | Nein | Nein |
Integrierter Schalter (x4 Kanäle) (x 4 channels) | Ja | Nein | Nein | Nein |
Temperatur-Plattformen | Ja | Nein | Nein | Nein |
Öfen - automatisiert | Ja | Ja | Nein | Nein |
Optionale THW-Methode für flüssige Medien | Ja | Nein | Nein | Ja |
ISO 22007-2-konform | Ja | Ja | Nein | Nein |
THW-Sensor für Flüssigkeiten, Pasten und kleinteilige Pulver im Verbund für Messungen bei Umgebungsdruck.
Der THW-Hochtemperatursensor für Flüssigkeiten, Pasten und Pulver mit kleinen Partikeln ist aus Edelstahl gefertigt und verfügt über eine versiegelte Flüssigkeitszelle zur Nutzung des Gegendrucks, um über den Siedepunkt hinaus zu testen.
Tieftemperatur-THW-Sensor für Flüssigkeiten, Pasten und kleinteilige Pulver unter kryogenen Bedingungen.
Spezielle Phasenwechselmaterialien (PCM) mit einfachem Zugang zum Laden. Die einzigartige Federkonstruktion ermöglicht die Ausdehnung und Kontraktion der Probe und gewährleistet gleichzeitig, dass die Probe während der Messung in ständigem Kontakt mit dem THW-Draht steht.
Die THW-Pulvermessküvette mit Umgebungsdruck eignet sich für einfache Pulverproben und Umgebungsdruck.
Die THW-Beobachtungsküvette wird für die Prüfung von Flüssigkeiten, Pulver und Pasten verwendet. Die Küvette verfügt über praktische Glasöffnungen, durch die Sie beobachten können, was mit Ihrer Probe geschieht. Typische Anwendungen sind Phasentrennung, Sieden oder Absetzen von Partikeln, um nur einige zu nennen.
THW-Prüfküvette mit Schraubenkompressionssystem zur Variation der Dichte von Pulverproben, kann auch verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Pulver in Kontakt mit dem THW-Draht bleiben.
Die folgenden thermophysikalischen Messungen von Wasser und Ethylenglykol veranschaulichen die Genauigkeit der instationären Hitzdrahtmethode. Es kann ein niedriger Gegendruck angewendet werden, um Tests über den Siedepunkt hinaus zu ermöglichen.
Die Prüfung von Phasenwechselmaterialien ist mit der optionalen PCM-Zelle möglich. Die einzigartige Federkonstruktion stellt sicher, dass die Probe während der Phasenwechsel in Kontakt mit dem Messdraht bleibt. Isopropanol wurde auf Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und spezifische Wärme von 20 °C bis -110 °C gemessen. Der starke "anomale" Anstieg der Wärmeleitfähigkeit während des Phasenübergangs ist beim Schmelzen der Proben zu erwarten.
|
|
| ||
|---|---|---|---|---|
Modelle | ||||
Materialien | Flüssigkeiten, Pasten und Pulver | Flüssigkeiten, Pasten und Pulver | Flüssigkeiten, Pasten und Pulver | Flüssigkeiten, Pasten und Pulver |
Module testen | Masse | Masse | Masse | Masse |
Andere Materialien | Feststoffen mit TPS | Nein | Nein | Feststoffen mit TPS, TLS |
Wärmeleitfähigkeit | 0,01 bis 2 W/m•K | 0,01 bis 2 W/m•K | 0,01 bis 2 W/m•K | 0,01 bis 1 W/m•K |
Stichprobengröße | 20 mL | 20 mL | 15 mL | 15 mL |
Zusätzliche Eigenschaften | Temperaturleitfähigkeit, und Spezifische Wärme | Temperaturleitfähigkeit, und Spezifische Wärme | Nein | Nein |
Temperaturbereich | Raumtemperatur 10 bis 200°C | -50/-15/0 bis 200°C -160/-45/-15/0 bis 300 °C | 10 bis 200°C | -50/-15/0 bis 200°C -160/-45/-15/0 bis 300 °C | -50 bis 100 °C | Raumtemperatur 10 bis 40°C |
Druck | Bis zu 35 bar* | Bis zu 35 bar* | Umgebung | Umgebung |
Test Zeiten | 1 Sekunde | 1 Sekunde | 1 Sekunde | < 5 Sekunden | 1 Sekunde |
Daten-Punkte | 400 Punkte/Sekunde | 100 Punkte/Sekunde | 60 Punkte/Sekunde | 60 Punkte/Sekunde |
Genauigkeit der Wärmeleitfähigkeit | 2 % | 2 % | 5 % | 5 % |
Reproduzierbarkeit | 1 % | 1 % | 2 % | 2 % |
Normen | ASTM D7896-19 | ASTM D7896-19 | ASTM D7896-19 | ASTM D7896-19 |
Externes Kühlgerät erforderlich | Nein | Ja* | Nein | Ja* | Ja | Ja |
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