232

również w boczne płyty ochronne, o temperaturze regulowanej, zależnie od wielkości uciekającego przez boki próbki strumienia ciepła. Eliminacja strat ciepła realizowana jest dzięki utrzymywaniu temperatury płyt w układzie sprzężenia zwrotnego, dzięki czemu zapewniony jest warunek prawie zerowego gradientu temperatury między próbką a otoczeniem. Stosowane są również zasypki izolacyjne przestrzeni pomiarowej lub kombinacja obu metod ograniczania strat ciepła. Pomiar współczynnika przewodzenia ciepła może być realizowany metodą bezpośrednią lub pośrednią.

5

Rys. 3.61. Schemat konstrukcji aparatów płytowych do wyznaczania współczynnika przewodzenia ciepła: a) aparat z ochronną płytą grzejną; b) aparat z czujnikiem gęstości strumienia cieplnego;

l - płyta ciepła, 2 - badana próbka, 3 - ciepłomierz, 4 - płyta zimna, 5 - ochronna płyta grzejna

W metodzie bezpośredniej (rys. 3.6la) określa się ilość mocy wydzielonej poprzez grzejnik pomiarowy płyty ciepłej otoczony grzejnikiem ochronnym o tej samej temperaturze. Współczynnik przewodzenia ciepła określa się wprost z prawa Fouriera. W typowej konstrukcji aparatu pracującego w oparciu o metodę bezpośrednią, w celu ograniczenia do minimum strat ciepła, jednocześnie bada się dwie próbki umieszczone po obu stronach płyty ciepłej. Dodatkowo możliwe jest określenie wpływu różnych czynników, np. kierunku przepływu ciepła przez próbkę. W aparatach płytowych, pracujących w oparciu o metodę pośrednią (rys. 3.6lb), gęstość strumienia cieplnego zamieniana jest na proporcjonalny sygnał napięciowy, a poprzez porównanie jego wartości z wzorcem określana jest wartość współczynnika przewodzenia ciepła badanej próbki. Czujnik gęstości strumienia cieplnego, tzw. ciepłomierz umieszczony jest między płytą zimną a badaną próbką lub między obiema płytami. Za pomocą regulatorów temperatury ustawiana jest temperatura ciepłej i zimnej płyty. Po ustabilizowaniu się temperatury przeprowadza się kalibrację aparatu za pomocą próbki wzorcowej. Następnie badaną próbkę umieszcza się w komorze pomiarowej i, po uzyskaniu stałych temperatur obu płyt, odczytuje się wartość sygnału napięciowego z ciepłomierza.

Współczynnik przewodzenia ciepła X oblicza się z zależności

(3.107)

gdzie:

X - współczynnik przewodzenia ciepła, W/mK; / - stała kalibracji, W/m²mV;

Q - wartość średnia wskazań ciepłomierza, mV; d - średnia grubość próbki, m;

AT - średnia wartość różnic temperatur, K.

232