Прибор для измерения теплопроводности с горячей охранной зоной Lambda-Meter EP500е

Прибор с горячей охранной зоной (GHP, Guarded Hot Plate) Lambda-Meter EP500e предназначен для определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме различных строительных и конструкционных материалов методом контролируемых пластин (путем измерения электрической мощности, подаваемой на нагревательные элементы зоны измерения горячей плиты прибора) в соответствии с требованиями стандартов ISO 8302, ASTM C177, ГОСТ 7076. Использование прибора данного типа предусмотрено также стандартами EN 1946-2, EN 12667, EN 12664, EN 12939, ГОСТ 31925 и др.

Дополнительные возможности

Преимущества

Технические характеристики

Функции и возможности

Управление прибором осуществляется через сенсорный дисплей с цветным графическим интерфейсом. Интерфейс русифицирован. В процессе измерения отображаются текущее значение теплопроводности и отклонение измеренного значения в течение последних 15 минут измерения. Также отображаются результаты всех измерений, если выполняется измерение при более чем одной средней температуре образца в серии измерений.

Прибор оснащен подъемным механизмом с электроприводом для перемещения средней части прибора (верхней измерительной пластины), позволяющим производить измерение толщины установленного образца при заданной номинальной нагрузке, либо перемещаться на заданную номинальную толщину в случае, когда производятся измерения образцов с очень низкой плотностью. При опускании верхней измерительной пластины непосредственно перед моментом контакта с образцом скорость хода замедляется. Измерение толщины образца проводится согласно требованиям стандартов DIN 18164 и DIN 18165. Подъемный механизм автоматически отключается, если достигнуты нужное для испытаний давление на поверхность образца или номинальная толщина.

В зоне размещения образца имеется контурная подсветка, обеспечивающая хороший обзор рабочей зоны для максимальной точности позиционирования образца по центру измерительной пластины.

Конструкция прибора обеспечивает возможность проведения измерения образца без предварительного термостатирования, а также без использования внешних систем охлаждения и систем продувки рабочего пространства газами. Устранение торцевых стоков тепла обеспечено тремя охранными зонами, состоящими из двух зон нагревательных элементов, а также зоны, состоящей из 12 элементов Пельтье с воздушным охлаждением, окружающими зону измерений с размерами 200 х 200 мм, расположенную в центре рабочей зоны прибора. Измерение температуры пластин проводится интегрально.

В исследовательских лабораториях однозначно должен использоваться GHP-прибор, такой, как Прибор для измерения теплопроводности с горячей охранной зоной Lambda-Meter EP500е, поскольку работа ведётся с материалами, теплофизические свойства которых только изучаются, а следовательно, подобрать стандартные образцы для градуировки HFM-прибора со свойствами, близкими к свойствам исследуемых материалов, не представляется возможным. Особое внимание следует уделять исследованию сыпучих материалов. Стандартных образцов для передачи величины теплопроводности, изготовленных из сыпучих материалов, не существует!

Программное обеспечение

EP500e Control Software Программное обеспечение для проведения измерений, обработки результатов, подготовки отчетов и ведения архива измерений, русский язык.

Управление прибором для проведения измерений осуществляется с помощью персонального компьютера с установленным программным обеспечением, которое обеспечивает следующие возможности:

  • Создание испытания для проведения измерения теплопроводности как при одной заданной температуре, так и для серии из двух или трех измерений при различных температурах.
  • Сопровождение данных об измерении любыми дополнительными сведениями, необходимыми пользователю для идентификации данного измерения (например, тип материала, условия подготовки образца, технология изготовления материала, результаты других испытаний и т.п.).
  • Установка критерия завершения измерения, которым является предельное отклонение измеренного значения теплопроводности образца в течение заданного времени.
  • Отображение в режиме реального времени текущей зависимости лямбда от времени проведения измерения в виде графика. Возможность масштабирования графиков. 
  • Отображение текущего значения теплопроводности образца и отклонения в течение последних 15 минут текущего измерения.
  • Отображение температуры верхней и нижней рабочих пластин.
  • Просмотр графиков и результатов предыдущих измерений, в т.ч. уже завершенных в текущей серии измерений, непосредственно в процессе измерения.
  • Сохранение результатов и графиков проведенных измерений в архиве и возможность их последующего просмотра и печати.
  • Конвертация данных процесса измерения в формат .CSV для последующей обработки с помощью общераспространенных программ работы с электронными таблицами (например, Microsoft Excel).
  • Возможность автоматической коррекции эффекта толщины при измерении теплопроводности таких материалов, как пенополистирол, в соответствии с EN 13163, Приложение B. При этом отображаются как оригинальные данные, полученные при измерении, так и полученные после коррекции с помощью программного обеспечения.
  • В соответствии с Европейскими Стандартами для Теплоизоляционных материалов EN 13162 … 13171 (Параграф 4.2.1 и Приложение А) каждый производитель теплоизоляционных материалов определяет декларируемые значения теплопроводности и соответствующего ей термического сопротивления своей продукции. Это довольно сложный комплекс вычислений, который производится автоматически в базах данных программного обеспечения. Значения λ90/90 и декларируемое значение теплопроводности λD, а также соответствующие им значения термического сопротивления R90/90 и RD автоматически вычисляются и отображаются в базах данных, содержащих результаты выполненных измерений. Каждый новый результат измерения автоматически заносится в базу, а значения автоматически пересчитываются, что гарантирует постоянное отображение самых актуальных данных. Пересчет значений также производится в случае перемещения или удаления результатов измерений из базы.
  • Создание и печать протоколов по результатам измерения. Создание протокола, содержащего данные как по одному измерению в серии, так и по нескольким результатам. Также в протокол могут быть включены данные об образце, указанные оператором перед запуском испытания. Протокол содержит график зависимости теплопроводности материала от температуры измерения, теплопроводность в заданных точках, тепловое сопротивление. Возможность встраивания логотипа пользователя в верхний колонтитул протокола.
  • Программное обеспечение обеспечивает проведение самодиагностики прибора и создание протокола диагностики для последующей его отправки производителю с целью получения консультаций и рекомендаций по обслуживанию прибора и устранению возможных неисправностей.
  • Возможность одновременного независимого управления несколькими Приборами Lambda-Meter EP500е (Мультисессия).

Дополнительные возможности

Конфигурация ISO 9000

В некоторых случаях органы сертификации по стандартам качества ISO не принимают протоколы измерений референтных образцов в качестве подтверждения долгосрочной стабильности показаний прибора. Если необходимость этого известна заранее, прибор может быть заказан в специальной «Конфигурации ISO 9000». Данная опция позволяет пользователю проверить точность измерения прибором каждого из параметров, используемых при определении теплопроводности. Полученные результаты подтверждают, что измерения проводятся с постоянной высокой точностью. Одновременно с этим у прибора имеется возможность проведения специального «измерения по ISO 9000». В процессе измерения на дисплее прибора отображаются текущее значение температуры сенсорных пластин, тепловые потоки через образец в направлении противоположной нагревательной пластины, а также текущие значения напряжение и тока нагрева. Измерители каждого параметра соединены с цветными разъемами на задней панели Прибора для измерения теплопроводности с горячей охранной зоной Lambda-Meter EP500е для проведения верификации. Данный режим позволяет пользователю измерять контрольное напряжение каждого из сигналов, используя сертифицированный цифровой мультиметр, имеющий необходимую точность, и сравнивать получаемые результаты со значениями, отображаемыми на дисплее прибора. Сила тока нагрева может быть верифицирована косвенно, при внешнем (на панели) снятии значения напряжения на внутреннем прецизионном резисторе (0,1%, температурный коэффициент: 1).

Верификация измеренных температур осуществляется путём сравнения отображаемых значений температур на дисплее прибора со значениями на графике зависимости температуры от напряжения, поставляемом вместе с прибором в «Конфигурации ISO 9000».

Прибор для измерения теплопроводности с горячей охранной зоной Lambda-Meter EP500е. Версия С

Версия C Прибора для измерения теплопроводности с горячей охранной зоной Lambda-Meter EP500е по своим характеристикам аналогична прибору в базовой Версии А. Исключением является наличие дополнительного измерительного диапазона, предназначенного для испытания образцов с очень высоким уровнем теплопроводности. Во время работы в данном режиме активируется только часть измерительной поверхности размером 150х150 мм. Данное расширение необходимо также для проведения измерений при отрицательных температурах. Активация дополнительного диапазона измерений происходит автоматически.

Статистический модуль GSH-EPS для программного обеспечения EP500e Control Software

Статистический модуль GSH-EPS для программного обеспечения EP500e Control Software разработан совместно с Обществом контроля качества при производстве жестких пеноматериалов (Güteschutzgemeinschaft-Hartschaum e.V., GSH, Quality Control Committee for the Production of Hard Foams) специально для производителей пенополистиролов (EPS, XPS, ППС) с целью оптимизации расходования сырья при производстве. Получение и дальнейшее применение результатов, полученных с помощью данного модуля, возможно в случаях, когда имеется достаточное количество данных о соотношении теплопроводности материалов и их плотности, а также их зависимости от расхода сырья и других условий производственного процесса. Имея все необходимые данные, с помощью данного модуля можно рассчитать минимальную объемную массу (плотность), необходимую для производства изделия с заданным номинальным значением теплопроводности λ. Для работы данного модуля необходима программа Microsoft Excel 2010 или более поздней версии.

Сканер баркодов для минимизации действий оператора при подготовке и запуске измерений

Если на Вашем предприятии используются внутренние базы данных продукции и образцов, такие как MySQL, MSSQL, Access или даже Excel-таблицы, то Вы можете импортировать и экспортировать данные о материалах, образцах, параметрах и результатах измерений. Данный процесс может быть реализован при помощи баркод-сканера (мобильного или стационарного), принтера этикеток, а также модуля для быстрого программирования серии измерений образца, с полностью автоматизированным контролем серии измерений и последующим экспортом/импортом данных с подключением к защищённой SQL-базе данных (MySQL, MSSQL, Access).

Конфигурация ‘800’ для измерения вакуумных панелей и стеклопакетов

Опоры с одной стороны прибора перемещены, что позволяет проводить измерения больших образцов, таких как вакуумные изоляционные панели или стеклопакеты, которые не вмещаются в прибор в стандартном исполнении и при этом не могут быть обрезаны. Возможность проведения измерений образцов толщиной до 55 мм и шириной до 800 мм, длина образца не ограничена.

Конфигурация ‘1250’ для измерения вакуумных панелей и стеклопакетов

Опоры с обеих сторон прибора перемещены, что позволяет проводить измерения больших образцов, таких как вакуумные изоляционные панели или стеклопакеты, которые не вмещаются в прибор в стандартном исполнении и при этом не могут быть обрезаны. Возможность проведения измерений образцов толщиной до 85 мм и шириной до 1250 мм, длина образца не ограничена.

Модуль для автоматизации измерений теплопроводности твёрдых изоляционных материалов на Приборах Lambda-Meter EP500(e)

Модуль для автоматизации измерений теплопроводности твёрдых изоляционных материалов позволяет полностью автоматизировать процесс измерения образцов путём выполнения программы автоматизированного измерения и устройства для подачи образов в прибор

Преимущества

Приборы GHP (guarded hot plate)

(ГОСТ 7076 тип А.3, ASTM C177)

Приборы HFM (heat flow meter)

(ГОСТ 7076 типы А.1, А.2, ASTM C518)

Измерение

GHP-приборы, такие, как Прибор для измерения теплопроводности с горячей охранной зоной Lambda-Meter EP500е, определяют термическое сопротивление и эффективную теплопроводность путем отдельного измерения каждого из параметров – электрической мощности, разности температур и толщины образца. В процессе измерения в образце устанавливается стационарный тепловой поток — в центральной по сечению плоскости образца прибором создаётся реальная заданная температура измерения (средняя температура образца). При этом, благодаря наличию горячей охранной зоны, тепло не передаётся от горячей лицевой грани образца к холодной ни в одном из направлений, за исключением строго перпендикулярного, что гарантирует наивысшую точность определения электрической мощности, затрачиваемой на поддержание данного стационарного теплового потока в конкретной части образца известной площади. Остальные параметры — температура и толщина образца — также определяются с максимальной точностью. Тепловой поток при этом определяется как отношение электрической мощности (измеряется) к площади зоны измерения (const, ГОСТ 7076, уравнение 15).

Теплопроводность в методе HFM определяется путем измерения электрического напряжения – функции теплового потока при заданной разнице температур, проникающего через образец заданной толщины. Полученные значения напряжения (выходной сигнал тепломера eи в Таблице 1 ГОСТ 7076) используется для определения градуировочных коэффициентов (уравнения Б.1 и Б.2 при градуировке, а затем Б.3 при проведении испытания; ГОСТ 7076, приложение Б), которые, в свою очередь, используются для расчета термического сопротивления и эффективной теплопроводности исследуемого образца (ГОСТ 7076, уравнения 9 и 10). Таким образом, полученное значение теплопроводности является расчетным и основывается на градуировочных значениях стандартных образцов. Кроме того, стандартные образцы должны быть изготовлены из такого же типа материала, с такими же теплофизическими свойствами, такой же толщины и измерены при тех же средних температурах и при таком же температурном градиенте, что и исследуемый материал.

Градуировка (Калибровка)
НЕ требуется

Применения градуировочных коэффициентов не требуется. Происходит прямое измерение термического сопротивления и эффективной теплопроводности образца.

Требуется

HFM-приборы должны подвергаться регулярной градуировке (ГОСТ 7076, Приложение Б) и требуют наличия «трех аттестованных в установленном порядке стандартных образцов термического сопротивления, изготовленных соответственно из оптического кварцевого стекла, органического стекла и пенопласта или стекловолокна» со значениями теплопроводности близкими к значениям, получаемым в ходе измерения основных материалов, и применяемые в разных сочетаниях при градуировки в том или ином диапазоне измерений. Градуировка HFM-прибора должна производиться по нескольким точкам ввиду отсутствия линейной зависимости между измеренным напряжением, теплопроводностью и толщиной образца. Поэтому, помимо теплопроводности, стандартные образцы должны также иметь толщины, близкие к тем, которую имеют исследуемые образцы. Кроме того, градуировку необходимо производить в том же температурном диапазоне, в котором производятся измерения образца.
Согласно разделу «Б.4 Периодичность градуировки прибора» ГОСТ 7076 при проведении регулярных измерений в лаборатории прибор типа HFM необходимо градуировать каждый день(!) до тех пор, пока не будет набрана статистика, подтверждающая стабильность этих градуировок. В любом случае, градуировочный коэффициент необходимо определять каждый раз, когда лаборатория выдаёт результаты своим потребителям. Учитывая, что время измерения одного образца составляет порядка 2-3 часов (быстрее добиться равномерного теплового градиента в образце с высоким термическим сопротивлением невозможно; меньшее время измерения — это ещё одно допущение, которое используется в измерителях теплового потока, приводящее к снижению точности измерения), необходимость проведения регулярной градуировки прибора поглотит значительную часть времени, необходимого для проведения основных измерений.

Градуировка HFM-прибора – это критически важная операция!

Согласно требованиям ASTM C518 правильная градуировка HFM-прибора требует использования стандартных образцов, термическое сопротивление и теплопроводность которых определяется в соответствии с ASTM C177, описывающим методы измерения теплопроводности GHP-приборами. Кроме того, стандартные образцы должны быть изготовлены из такого же типа материала, с такими де теплофизическими свойствами, такой же толщины и измерены при тех же средних температурах и при таком же температурном градиенте.

Точность
Более высокая точность

Измерение каждого из параметров – электрической мощности, температур верхней и нижней пластины и толщины образца, производится отдельно, с одинаково высокой точностью.

Результат всегда получается наиболее точным и не зависит от теплопроводности и других свойств образца, в том числе и при последующем переходе от одной температуры измерения к другой, поскольку способность прибора измерять электрическую мощность не зависит от измеряемого материала.

Менее высокая точность

Стандартные образцы, по которым осуществляется градуировка HFM-приборов, имеют собственную погрешность 2-3%. Погрешность всего измерения складывается из погрешности стандартного образца и собственной погрешности прибора, поскольку в формулу определения градуировочного коэффициента заложены значения термических сопротивлений стандартных образцов (ГОСТ 7076, приложение Б, уравнение Б.3)Важно, что все три стандартных образца также необходимо периодически поверять, как и сам прибор.

Обычно производители HFM-приборов предлагают в качестве стандартного образец из экструдированного полистирола или минеральной ваты. При этом значение теплопроводности таких образцов может многократно или значительно отличаться от теплопроводности, например, вакуумных изоляционных панелей (VIP), корундовой керамики или материалов типа тяжелого бетона. Чем больше различий между стандартными и исследуемыми образцами (по толщине, плотности, структуре, теплопроводности), тем ниже точность измерения! Зачастую HFM-приборы не имеют встроенного измерителя толщины образца, поэтому толщина образца определяется и затем при подготовке измерения задаётся вручную, что также вносит погрешность в полученный результат измерения.

Данные из ASTM C518:

4.2 Proper calibration of the heat flow meter apparatus requires that it be calibrated using specimen(s) having thermal transmission properties determined previously by Test Methods C 177.

NOTE 1 — Calibration of the apparatus typically requires specimens that are similar to the types of materials, thermal conductances, thicknesses, mean temperatures, and temperature gradients as expected for the test specimens.

6.1 The calibration of a heat flow meter apparatus is a very critical operation. Since lateral heat losses or gains of heat are not controlled or eliminated automatically, but only lessened by increasing the size of the guard area and edge insulation, there is no guarantee that the heat losses or gains are negligible under all testing conditions. To ensure that the equipment is performing properly with specimens of different thermal resistances, the apparatus shall be calibrated with materials having similar thermal characteristics and thicknesses as the materials to be evaluated. The apparatus shall be calibrated as a unit, with the heat flux transducer(s) installed in the apparatus.

Размер образцов
Измерение образцов произвольного размера с некоторыми ограничениями

Прибор для измерения теплопроводности с горячей охранной зоной Lambda-Meter EP500е может измерять образцы шириной до 500, 800 или 1200 мм (в зависимости от конфигурации), длиной до нескольких метров. Это очень важно, когда изготовление образцов произвольной формы невозможно или затруднено (например, при производстве вакуумных изоляционных панелей, стеклоблоков, сборных панелей). Минимальный размер образцов равен размерам зоны измерения (стандартно 200 х 200 мм).

Размер образцов ограничен

Поскольку образец располагается в закрытой камере, размеры образца не могут превышать размеры камеры, например, 250 х 250 мм или 300 х 300 мм. При этом зона измерения составляет 50 х 50 мм или 100 х 100 мм. При испытании материалов с неоднородной структурой данное ограничение может существенно влиять на точность измерения. Для достижения приемлемых (сопоставимых с GHP-приборами) по точности результатов может потребоваться измерение от 4 до 16 образцов.

Технические характеристики

Базовая конфигурация Опционально
Температура измерений (средняя температура образца по ГОСТ 7076) Любая в диапазоне от 10 до 40 °С От -10 до 50 °С
При температурах измерений ниже 5 °C: Максимальная толщина образца: 85 мм
Разность температур: фиксированная, 10 К
Разность температур Любая в диапазоне от 5 до 15 К
Зона измерения 200 х 200 мм, расположена в центре рабочей зоны прибора 150 х 150 мм, для образцов с низким термическим сопротивлением, а также измерений при низких температурах
Диапазоны Термическое сопротивление R: от 0,25 до 14 м2·К/Вт
Теплопроводность λ: от 1 до 250 мВт/(м·К)
Вариант расширения 1 (общий диапазон):
Термическое сопротивление R: 0,125..0,5 м2·К/Вт
Теплопроводность λ: 0,002..0,5 Вт/(м·К)
Вариант расширения 2 (дополнительный диапазон):
Термическое сопротивление R: 0,025..0,25 м2·К/Вт
Теплопроводность λ: 0,25..2,5 Вт/(м·К)
Размер испытываемых образцов Стандартный размер 500 х 500 мм
Могут быть испытаны образцы произвольной длины
Минимальный размер образцов равен зоне измерения
Диапазон регулировки давления на поверхность образца От 50 до 2500 Н/м2 (Па)
Разрешение измерения толщины: 0,01 мм
Погрешность измерения толщины: 0,05 мм
Толщина образцов От 10 до 120 мм От 1 до 200 мм
Для измерения образцов толщиной менее 10 мм используется ‘Версия С’ прибора (Опция).
Для образцов толщиной свыше 120 мм до 200 мм:
Температура измерений: 23, 24 или 25 °С. Разность температур: 30 °C
Система также вычислит λ10 в случае, если известен коэффициент теплопроводности, определенный ранее по нескольким температурным точкам при измерении аналогичного материала с толщиной образца менее 120 мм
Окончание измерений Автоматическое
Габариты и вес прибора 630 х 630 х 880 мм, приблизительно 85 кг В зависимости от конфигурации
Прибор внесен в Госреестр СИ РФ После поставки прибора осуществляется первичная поверка с последующей выдачей свидетельства о поверке (для заказчиков в РФ)
T