MP-1 Appareil de mesure

Le MP-1 est conçu pour tester la conductivité thermique absolue, la diffusivité thermique et la chaleur spécifique des solides, des liquides, des pâtes et des poudres avec la puissante combinaison des méthodes de source plane transitoire (TPS, ISO 22007-2) et de fil chaud transitoire (THW, ASTM D7896).

Idéal pour solides, les liquides, les pâtes et les poudres.
Measurement Platform with TPS and THW Instrument

La puissante combinaison de la source plane transitoire (TPS, ISO 22007-2) pour les solides et du fil chaud transitoire (THW, ASTM D7896) pour les liquides est couramment utilisée pour mesurer avec précision la conductivité thermique absolue, la diffusivité thermique, la chaleur spécifique et l'effusivité thermique. Cette polyvalence est considérablement accrue par l'ajout de la appareil de température (TP), propriété de Thermtest, fout appréciée par les utilisateurs universitaires et commerciaux.

Confoumément aux noumes ISO 22007-2 et ASTM 7896, le TPS et le THW sont des méthodes de mesure primaires, reconnues dans le monde entier, avec des milliers d'articles publiés.

Caractéristiques

Especificaciones

Méthodes

Source plane transitoire (TPS)

Fil chaud transitoire (THW)

Matériaux

Solides, pâtes et poudres

Pâtes, liquides et poudres

Modules d'essai

3D : En masse, Anisotrope, Dalle | 1D : Standard, Films minces

General : Chaleur spécifique

En masse

Conductivité thermique (W/m•K)

0,005 à 1800 W/m•K

0,01 à 2 W/m•K

Taille de l'échantillon*

5 x 5 mm à illimité

20 mL

Épaisseur de l'échantillon*

0,01 mm à illimité

N/A

Propriétés supplémentaires

Diffusivité thermique | Chaleur spécifique | Effusivité thermique

Diffusivité thermique | Chaleur spécifique

Résistance du contact

Mesurée

N/A

Appareil de Température (TP)

De 0 à 300°C

-160°C | -50°C | -20°C | 0 à 300°C

De 10 à 200°C | -15/0 à 200°C

0 à 300°C | -45 à 300°C | -160 à 300°C

Plage de Température étendue

De 0,25 à 1280

N/A

Durée du test (secondes)

0,25 à 1280 seconds

1 seconde

Points de données (points / seconde)

Jusqu'à 600

400

Précision

5%

2%

Répétabilité

1%

1%

Configuration de l'échantillon

Symétrique (deux faces) | Asymétrique (une face)

N/A

Standard

ISO 22007-2:2015

ASTM D7896-19

*Base sur le module de test utilisé.

MP1 Méthodes

La source plane transitoire (TPS) et le fil chaud transitoire (THW) partagent une théorie similaire, avec des différences spécifiques à leur conception primaire. La théorie de base veut que le capteur soit connecté électriquement à une alimentation électrique et à un circuit de détection. Un courant passe à travers le capteur et crée une augmentation de la température, qui est enregistrée au fil du temps. La chaleur générée est ensuite diffusée dans l'échantillon à une vitesse qui dépend des caractéristiques de transport thermique du matériau

transient plane source tps sensor

Capteur de la source plane transitoire (TPS)

Le capteur TPS conçu pour les solides, les pâtes et les poudres est composé d'une double spirale de nickel encapsulée entre des couches d'isolation. Le fonctionnement standard de ce capteur (bilatéral) implique qu’il soit pris en sandwich entre deux parties d’un même échantillon, avec une utilisation étendue au capteur unilatéral, qui ne nécessite qu'une seule partie de l'échantillon (unilatéral). Le modèle de calcul propriétaire Thermtest TPS mesure la résistance de contact entre le capteur et l'échantillon, ainsi que la conductivité thermique, la diffusivité thermique, la chaleur spécifique volumétrique et l'effusivité thermique de l'échantillon.

Capteur du fil chaud transitoire (THW)

Le capteur THW, conçu pour les liquides, ainsi que les pâtes et les poudres à petites particules, se compose d'un mince fil chauffant remplaçable de 40 mm de long fixé à un capteur et à une cellule d'échantillonnage spécialement conçus, qui permettent de mettre les liquides sous contre-pression pour mesurer la conductivité thermique, la diffusivité thermique et la chaleur spécifique volumétrique au-delà des températures d'ébullition. Les mesures sont effectuées à des temps d'essai courts (1 seconde) afin de limiter les effets de convection pour des échantillons présentant une large gamme de viscosités.

Conductivité thermique en fonction de la température

NIST  aluminum
NIST quartz

Chaque matériau étant unique, le fait de se fier à des informations de référence pour prédire la conductivité thermique ou sa relation avec la température peut conduire à l'utilisation de données inexactes. En s’appuyant sur la référence de «Thermal Conductivity of Selected Materials» du NIST pour l'aluminium et le quartz, nous constatons qu'il existe une grande variation de la conductivité thermique en fonction de la température. En raison de la variance spectaculaire des sources de matériaux dans le monde, il est plus important que jamais de caractériser pleinement les propriétés thermophysiques des matériaux. Chaque MP-1 est doté d’une capacité de température intégrée qui permet une caractérisation complète de la température.

Citation: 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.

Logiciel d'acquisition de données

Conçu de A à Z, le logiciel d'acquisition de données (DAQ) du MP-1 contrôle intelligemment tous les aspects des tests et de la programmation. Les méthodes de test et les paramètres expérimentaux peuvent être sélectionnés pour une programmation automatisée

L’une des caractéristiques uniques du MP-1 réside dans l'intégration d'un commutateur à quatre canaux, conçu pour permettre l'automatisation de plusieurs dispositifs et capteurs à contrôler simultanément, ce qui augmente considérablement la capacité de test.

Méthodes et paramètres

Les méthodes et les modules d'essai peuvent être sélectionnés et les paramètres optimisés pour les solides, les liquides, les pâtes et les poudres.

Programmation

Toute combinaison de méthodes, de dispositifs et de capteurs peut être programmée pour fonctionner dans diverses conditions, comme la plage de température.

Commutateur

Intégré à chaque MP-1, le commutateur à quatre ports permet d'utiliser un certain nombre d'appareils, de plateformes de température et de capteurs en option pour maximiser la commodité et la capacité.

Logiciel d'analyse

Logiciel d'analyse
Pour une meilleure expérience utilisateur, le logiciel d'analyse (AS) a été conçu pour fonctionner indépendamment du DAQ. Un large éventail d'opérations d'analyse peut être accompli de manière pratique. Les données d'essai sont regroupées en fonction de la méthode utilisée, ce qui facilite la réalisation des calculs correspondants.
Logiciel d'analyse

Les variations dans les corrections appliquées sont stockées pour faciliter la comparaison. En plus du résumé des résultats, les variations des corrections appliquées sont enregistrées pour faciliter la comparaison et l'exportation.

Analyse des contacts de la TPS

La théorie TPS stipule que la section non linéaire de l'augmentation de la température en fonction du temps, connue sous le nom de résistance de contact, doit être supprimée, afin que les calculs thermophysiques intrinsèques soient basés sur la région linéaire du transitoire. Ceci peut être effectué manuellement en supprimant itérativement les points de départ jusqu'à obtenir le meilleur ajustement possible. Bien que cette approche soit appropriée, il faut un utilisateur expérimenté pour réduire les erreurs et obtenir la répétabilité requise.

La résistance de contact entre le capteur et l'échantillon dépend de la qualité de la surface de l'échantillon. Lors de l'élimination manuelle de la résistance de contact, un petit nombre de points (étape 1) est supprimé et un nouveau calcul est effectué pour l'analyse du meilleur ajustement. Si l'écart moyen résiduel résultant peut être amélioré, d'autres points (étape 2) peuvent être supprimés et les étapes de calcul répétées.

Données brutes

Données brutes

Données de calcul

Données de calcul

Données résiduelles

Données résiduelles

Alternativement, en utilisant notre analyse de contact (CA) propriétaire, le MP-1 est capable de calculer la résistance de contact (m²K/W) entre le capteur et l'échantillon, en retirant automatiquement le temps de lancement correspondant. En plus de mieux comprendre les effets de la finition de surface sur vos mesures, l'analyse des propriétés thermophysiques intrinsèques s’en trouve hautement simplifiée.

Pour démontrer l'application de la mesure par analyse de contact, quatre échantillons d'acier inoxydable 316 avec différentes surfaces ont été mesurés pour leurs propriétés thermophysiques. Le MP-1 étant capable de mesurer la résistance de contact, la sélection de la fenêtre de calcul est considérablement simplifiée, ce qui maximise la répétabilité des propriétés intrinsèques de l'échantillon : lorsque la rugosité de la surface augmente, la résistance de contact mesurée augmente également.

Acier inoxydable 316

Finitions de surface Rugosité de la surface Ra (um) Résistance de contact
(m²K/W)
Conductivité
(W/m·K)
Diffusivité
(mm²/s)
Chaleur spécifique
élumétrique (MJ/m³K)
Effusivité
(W√s/m²K)
Polie
0,101
Moyenne
1,00E-04
13,80
3,73
3,70
7149
%RSD
6
0,1
0,4
0,3
0,2
Usinée
0,324
Moyenne
1,54E-04
13,93
3,75
3,71
7194
%RSD
1
0,1
0,3
0,2
0,1
400 grit
0,516
Moyenne
1,32E-04
13,84
3,74
3,71
7163
%RSD
2
0,1
0,3
0,3
0,1
80 grit
2,78
Moyenne
2,41E-04
13,85
3,73
3,71
7171
%RSD
1
0,02
0,2
0,2
0,1

Capteur TPS

TPS

TPS (400 ou 800/1000 °C)

Les modèles standard de capteurs en nickel à double spirale peuvent être isolés dans différents types d'isolation pour une utilisation dans une large gamme de températures.

Capteur TPS

Capteurs pour tester les solides, les pâtes et les poudres. Configurations symétriques (deux côtés) avec une pièce d'échantillon sur le dessus et le dessous du capteur et asymétriques (un côté) nécessitant une seule pièce d'échantillon.

Capteurs à bande verticale TPS

Capteurs à bande verticale TPS

La nouvelle conception du capteur propriétaire (Bande verticale TPS) est un cercle presque parfait, qui suit mieux la théorie du TPS idéal. Lors des tests avec des capteurs de petit rayon, cette conception améliorée réduit les corrections nécessaires, tout en diminuant l'incertitude de mesure. En comparant le rayon corrigé entre les capteurs TPS de petit diamètre, la bande verticale TPS (2 mm, 1,30 %) nécessite moins de corrections que la double spirale TPS (2 mm, 5,75 %) de même rayon. Plus le rayon du capteur TPS augmente, moins cet avantage est important.
Rayon (mm) Rayon corrigé (mm) Différence en %
Capteur de bande verticale TPS
2
2,026
1,30
3,2
3,201
0,03
6,4
6,405
0,08
Capteur à double spirale TPS
2
2,115
5,75
3,2
3,28
2,50
6,4
6,591
2,98
9,9
10,11
2,12

Modules TPS

Thermtest propose une sélection toujours plus vaste de modules de test, regroupés en offres tridimensionnelles et unidimensionnelles en fonction de leur théorie de test

3-Dimensionnel

3-Dimensional Standard

Standard

Conductivité thermique en masse, diffusivité thermique, chaleur spécifique et effusivité thermique.

3-Dimensional Anisotropic

Anisotrope

conductivité thermique et diffusivité thermique dans le plan et hors du plan.
slab

Dalle

Isolation dans le plan, pour la conductivité thermique, la diffusivité thermique et la chaleur spécifique volumétrique pour les feuilles fines conductrices.

1-Dimensionnel

Standard 1-Dimensional

Standard

Isolation hors du plan, pour la conductivité thermique, la diffusivité thermique pour les formes allongées, les tiges et les barres

Couche mince

Résistance thermique et conductivité thermique des films et revêtements autoportants.

General

1-dimensional tps module

Chaleur spécifique

Mesure directe de la chaleur spécifique de haute précision. Différentes dimensions de cellules disponibles, pour une meilleure précision des matériaux hétérogènes.

Accessoires TPS

Four à Moufle

Four à Moufle

Four à Moufle

Four ventilé

Capteur bilatéral

Capteur bilatéral

Capteur bilatéral pour des tests de laboratoire précis

Extended TPS-Sensors

Capteurs TPS étendus

Support de compression + Température

Support de compression + Température

Four Tubulaire

Four Tubulaire

Interrupteur extensible TPS

Interrupteur extensible TPS

tps sensor

Capteur à ressort

Capteur à ressort pour tester des échantillons de grande taille ou lorsqu'un seul exemplaire de l’échantillon est disponible
Cellules d'essai

Cellules d'essai

Transient Plane Source (TPS) Models Comparison


MP-1 avec TPS

TPS-2

TPS-3

TPS-4

Modèles

MP-1 avec TPS

TPS-2

TPS-3

MP-2 avec TPS-4

Conductivité thermique (W/m•K)

0,005 à 1800 W/m•K

0,01 à 100 | 0,01 à 500 W/m•K

0,03 à 80 W/m•K

0,03 à 5 W/m•K

Propriétés supplémentaires

Diffusivité thermique, Chaleur spécifique, Effusivité thermique, Résistance de contact

Diffusivité thermique, Chaleur spécifique, Effusivité thermique

Diffusivité thermique, Chaleur spécifique, Effusivité thermique

Non

Taille de l'échantillon

5 x 5 mm à illimité

10 x 10 mm à illimité

40 x 40 mm à illimité

35 x 35 mm à illimité

Épaisseur de l'échantillon

0,01 mm à illimité

0,1 mm à illimité

5 mm à illimité

5 mm à illimité

Durée du test (secondes)

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 et 40

Plage de Température

Température ambiante de

De 0 à 300°C

-160°C | -50°C | -20°C | 0 à 300°C

Température ambiante de

De 0 à 300°C

-75 à 200°C

Température ambiante de

10 à 80°C

Température ambiante de

10 à 40°C

Capteur à deux faces (symétrique)

Oui

Oui

Oui

Non

Capteur simple face (asymétrique)

Oui

Oui

Non

Oui

Capteurs TPS (Rayon, mm)

0,5, 0,8, 2, 3,2, 6,4, 10, 15, 30

2, 3,2, 6,4, 10

10

6,4

Résistance du contact (Unités)

Mesuré et Manuel

Manuel

Manuel

Automatique

Conductivité thermique en vrac - 3D

Oui

Oui

Oui

Oui

Conductivité thermique anisotrope

Oui

Oui

Non

Non

Conductivité thermique des dalles

Oui

Oui

Non

Non

Chaleur spécifique directe

Oui

Oui

Non

Non

Conductivité thermique 1-D

Oui

Non

Non

Non

Couche mince/revêtements

Oui

Non

Non

Non

Commutateur intégré

(x 4 channels)

Oui

Non

Non

Non

Appareils de Température

Oui

Non

Non

Non

Fours - Automatisés

Oui

Oui

Non

Non

Méthode THW optionnelle pour les liquides

Oui

Non

Non

Oui

Conforme à la norme ISO 22007-2

Oui

Oui

Non

Non

Capteurs et cellules THW

Capteur THW-RT (de 10 à 40°C)

Capteur THW-RT (de 10 à 40°C)

Capteur THW pour liquides, pâtes et poudres à petites particules en composite pour des mesures à pression ambiante.

Capteur THW-L200 (de -50 à 200°C) jusqu’à 20 bar

Le capteur THW pour les liquides, les pâtes et les poudres à petites particules est conçu en acier inoxydable avec une cellule liquide étanche permettant d’utiliser la contre-pression pour tester les points d’ébullition antérieurs.
Capteur THW-L300 (de -50 à 300°C) jusqu’à 35 bar

Capteur THW-L300 (de -50 à 300°C) jusqu’à 35 bar

Le capteur THW haute température pour les liquides, les pâtes et les poudres à petites particules est conçu en acier inoxydable avec une cellule liquide étanche permettant d’utiliser la contre-pression pour tester les points d’ébullition antérieurs.

Capteur THW-LT (de -160 à 200°C) jusqu’à 35 bar

Capteur THW-LT (de -160 à 200°C) jusqu’à 35 bar

Capteur THW à basse température pour les liquides, les pâtes et les poudres à petites particules dans des conditions cryogéniques.

Cellule de pâte et de PCM

Cellule de pâte et de PCM

Matériaux à changement de phase spéciaux (MCP) avec accès facile à charger. La conception unique du ressort permet l'expansion et la contraction de l'échantillon, tout en assurant que l'échantillon reste en contact constant avec le fil THW lors de la mesure.

Cellule de poudre à densité ambiante

Cellule de poudre à densité ambiante

La cellule de poudre à densité ambiante THW est adaptée aux tests de base sur des échantillons de poudre et à la pression ambiante.

Cellule d'observation

Cellule d'observation

La cellule d'observation THW est utilisée pour les tests sur les liquides, les poudres et les pâtes. La cellule est dotée d'orifices en verre pratiques pour observer ce qui se passe avec votre échantillon. On l’utilise typiquement dans la séparation de phases, l'ébullition ou la décantation de particules, entre autres.

Cellule de poudre à densité variable

La cellule de test THW avec système de compression à vis est conçue pour faire varier la densité des échantillons de poudre. Elle peut aussi être utilisée pour s'assurer que les poudres restent en contact avec le fil THW.

Essais du THW

Afin de démontrer la précision de la méthode du fil chaud transitoire, voici des mesures thermophysiques de l'eau et de l'éthylène glycol. Une faible contre-pression peut être appliquée, afin de permettre des tests au-delà des points d'ébullition.

Eau

Conductivité thermique (W/m•K)

tc eau

Diffusivité thermique

td eau

VOL. CHALEUR SPECIFIQUE

Ethylene Glycol

Conductivité thermique (W/m•K)

tc glycol

Diffusivité thermique

td glycol

VOL. CHALEUR SPECIFIQUE

vsh glycol

Tests MP-1 PCM

Le test des matériaux à changement de phase est possible avec l'utilisation du PCM en option. La conception unique du ressort garantit que l'échantillon reste en contact avec le fil de détection pendant les changements de phase. La conductivité thermique, la diffusivité thermique et la chaleur spécifique de l'isopropanol ont été mesurées de 20°C à -110°C. La forte augmentation « anormale » de la conductivité thermique pendant la transition de phase est attendue lors de la fusion des échantillons.

Isopropanol

Conductivité thermique (W/m•K)

pcm

Diffusivité thermique

pcm

VOL. CHALEUR SPECIFIQUE

VOL. CHALEUR SPECIFIQUE

Transient Hot Wire (THW) Models Comparison


mp-1 thw

THW-L1

thw-l2

Modèles

MP-1 avec THW

THW-L1

THW-L2

MP-2 avec THW-L3

Matériaux

Pâtes, liquides et poudres

Pâtes, liquides et poudres

Pâtes, liquides et poudres

Pâtes, liquides et poudres

Modules d'essai

En masse

En masse

En masse

En masse

Other Materials

Solides avec TPS

Non

Non

Solides avec TPS, TLS

Conductivité thermique (W/m•K)

0,01 à 2 W/m•K

0,01 à 2 W/m•K

0,01 à 2 W/m•K

0,01 à 1 W/m•K

Taille de l'échantillon

20 mL

20 mL

15 mL

15 mL

Propriétés supplémentaires

Diffusivité thermique et Chaleur spécifique

Diffusivité thermique et Chaleur spécifique

Non

Non

Plage de Température

Température ambiante de

10 à 200 °C | -50/-15/0 à 200 °C

-160/-45/-15/0 à 300 °C

10 à 200 °C | -50/-15/0 à 200 °C

-160/-45/-15/0 à 300 °C

-50 à 100 °C

Température ambiante de

10 à 40°C

Pression

Jusqu’ à 35 bar

Jusqu’ à 35 bar

Ambiante

Ambiante

Temps d'essai

1 seconde

1 seconde

1 seconde | < 5 secondes

1 seconde

Points de données

400 Points de données

100 Points de données

60 Points de données

60 Points de données

Précision

2 %

2 %

5 %

5 %

Répétabilité

1 %

1 %

2 %

2 %

Normes

ASTM D7896-19

ASTM D7896-19

ASTM D7896-19

ASTM D7896-19

Appareil de refroidissement externe requis

No | Yes*

No | Yes*

Oui

Oui

*Dépendant du modèle utilisé

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