ДСТУ Б В.2.7-41-95 (ГОСТ 30290-94) Будівельні матеріали. Матеріали і вироби будівельні. Метод визначення теплопровідності поверхневим перетворювачем .

ГОСТ 3029094

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ     СТАНДАРТ

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ СТРОИТЕЛЬНЫЕ

Метод определения теплопроводности поверхностным преобразователем

Building materials and products.

Surface convepter method of thermal conductivity determination

Дата введения 19960101

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским институтом строительной физики (НИИСФ) Российской Федерации

ВНЕСЕН Минстроем России

2 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации и техническому нормированию в строительстве (МНТКС) 10 ноября 1993 г.

За принятие проголосовали

Наименование государства	Наименование органа государственного управления строительством
Азербайджанская Республика Республика Армения Республика Беларусь Республика Казахстан Кыргызская Республика Республика Молдова Российская Федерация Республика Таджикистан	Госстрой Азербайджанской Республики Госупрархитектуры Республики Армения Госстрой Республики Беларусь Минстрой Республики Казахстан Госстрой Кыргызской Республики Минархстрой Республики Молдова Минстрой России Госстрой Республики Таджикистан

3 ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ с 1 января 1996 г. в качестве государственного стандарта Российской Федерации Постановлением Минстроя России от 29 мая 1995 г. № 1849

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт распространяется на строительные материалы и изделия теплопроводностью от 0,02 до 1 Вт/(м·К) и устанавливает метод неразрушающего ускоренного определения теплопроводности в интервале температур 278313 К (540°С).

Метод заключается в создании одностороннего кратковременного теплового импульса на поверхности изделия и регистрации изменения температуры на этой поверхности.

Стандарт не распространяется на многослойные изделия.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 8.31591 ГСИ. Стандартные образцы. Основные положения, порядок разработки, аттестации, утверждения, регистрации и применения

ГОСТ 12730.278 Бетоны. Метод определения влажности

ГОСТ 2171884 Материалы строительные. Диэлькометрический метод измерения влажности

ГОСТ 2342287 Материалы строительные. Нейтронный метод определения влажности

ГОСТ 2346885 Микрокалькуляторы. Общие технические условия

3 СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ

3.1 Для испытаний применяют измерительный комплекс (рисунок 1), состоящий из:

первичного преобразователя, предназначенного для преобразования импульса электрической энергии в тепловую и создания электрического сигнала, характеризующего изменение температуры поверхности материала изделия под воздействием теплового импульса. Техническая характеристика первичного преобразователя приведена в приложении А;

вторичного измерительного прибора для регистрации электрического сигнала;

импульсного источника тока с таймером теплового импульса (приложения Б, В), обеспечивающего нагрев пластины первичного преобразователя.

3.2 В качестве вторичного измерительного прибора применяют вольтметр чувствительностью не хуже 1·10-6 В с цифропечатающим автономным или встроенным устройством и таймером опроса датчика (приложение Г), задающим интервалы регистрации.

Допускается применение других измерительных приборов, удовлетворяющих требованию настоящего стандарта.

1 исследуемое изделие; 2 первичный преобразователь; 3 вторичный измерительный прибор для регистрации электрического сигнала; 4 импульсный источник тока с таймером теплового импульса; 5 основание

Рисунок 1 Блок-схема измерительного комплекса для определения теплопроводности материалов изделий

4 ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ИСПЫТАНИЙ

4.1 Для испытаний отбирают изделия, соответствующие требованиям нормативных документов на эти изделия. Изделия должны иметь плоскую поверхность для размещения первичного преобразователя и обеспечения теплового контакта между ними.

Допускается определять теплопроводность на изделиях правильной и неправильной формы.

4.2 Количество изделий, отбираемых для испытания, устанавливают в нормативных документах на эти изделия, но не менее трех.

4.3 Для испытаний сыпучих материалов их засыпают в рамку размером 300х300х50 мм, выравнивают поверхность исследуемого материала для создания теплового контакта с размещенным на нем первичным преобразователем. Размер гранул испытываемого сыпучего материала должен быть не более 5 мм.

4.4 Теплопроводность материалов изделий определяют в сухом и влажном состоянии. Влажность материалов изделий определяют согласно нормативным документам на изделия и методы определения влажности (ГОСТ 21718, ГОСТ 23422 или ГОСТ 12730.2).

5 ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

5.1 Испытания проводят при установившемся тепловом равновесии между исследуемым изделием, телом первичного преобразователя и окружающей средой, для чего устанавливают первичный преобразователь на поверхность изделия, подготовленного к испытаниям в соответствии с разделом 4, и выдерживают до появления на табло вторичного измерительного прибора установившихся показаний.

При испытании изделия толщиной менее 15 мм одна из его поверхностей должна находиться в тепловом контакте с поверхностью массивного основания (рисунок 1).

5.2 Регистрируют установившийся сигнал, поступающий от первичного преобразователя, и включают цифровую печать.

5.3 Подают тепловой импульс нажатием соответствующей пусковой кнопки.

5.4 Через равные промежутки времени, автоматически устанавливаемые вторичным измерительным прибором, регистрируют изменение   сигнала,   пропорционального   избыточной   температуре поверхности исследуемого изделия. Регистрацию проводят до появления повторяющихся значений.

5.5 Измерения проводят не менее чем на пяти участках поверхности исследуемого изделия, в том числе на участках с неоднородными по теплопроводности включениями.

6 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

6.1 Элементам массива экспериментальных данных присваивают порядковые номера n = 1, 2, ... i, ... , k, ... , l, ... , m, ... , n с момента подачи теплового импульса. Выделяют рабочую область экспериментального массива (область nmin < n < nmах), определяемую при градуировке измерительного комплекса в зависимости от плотности исследуемого материала (приложение Д).

Пример обработки экспериментального массива приведен в приложении Е.

6.2 При проведении испытаний изделии толщиной более 15 мм теплопроводность А в ваттах на метр-кельвин для одного измерения вычисляют по формуле

         (1)

,                                           (2)

,                                             (3)

 

,                                    (4)

 

,                                       (5)

 

где Ca, Сr, bэ, аэ коэффициенты, определяемые при градуировке и зависящие от мощности теплового импульса, чувствительности датчика температуры, размеров нагревателя, теплофизических свойств тела первичного преобразователя;

l и т порядковые номера элементов рабочей зоны, удовлетворяющие условиям

l > nmin; m < nmах; m = 2l;

xl и хm величины, вычисляемые как алгебраическая разность показаний регистрирующего устройства до и после подачи импульса в моменты времени, соответствующие l и т (приложение Е).

Теплопроводность рекомендуется рассчитывать на микрокалькуляторе типа МК-56 по ГОСТ 23468 или другом программирующем устройстве, имеющем не менее 14 ячеек памяти, по программе, приведенной в приложении Ж.

Допускается графическая обработка экспериментального массива в соответствии с приложением И.

6.3 При проведении испытаний изделий толщиной менее 15 мм теплопроводность исследуемого материала для одного измерения вычисляют по формуле

10	Пх4	64		32	В	ОЕ		54.	Пxc	6С
11		21		33	Пxa	6		55	х	12
12	B?	ОЕ:		34		11		56	Пх6	66
13	Пх3	63		35	ПхО	60		57	х	12
14	х	12		36	x	12		58		21
15	F1/x	23		37	xПd	4Г		59	xПO	60
16	ПxB	61		38	Пх8	68		60	Пх7	67
17	x	12		39	В?	ОЕ		61	В	ОЕ
18	xП8	48		40	Пх7	67		62	Пxa	6
19	Пх6	66		41		11		63		11
20		21		42	xПO	40		64	ПхО	60
21	B?	ОЕ		43	Пх9	69		65	x	12
22	Пх5	65		44	В?	ОЕ		66	СП	50

Градуировочные коэффициенты		Экспериментальный массив
Исходные данные	Ячейки памяти	Исходные дачные	Ячейки памяти
CQ bэ CR CR/aэ	3 9 6 8	ni nl nm Xi Xl Xm	2 4 6 1 3 5

ПРИЛОЖЕНИЕ И

(рекомендуемое)

ГРАФИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Для графической обработки результатов испытаний в координатах х и n строят фрагменты экспериментального массива (рисунок И.1) и находят точку пересечения экспериментальной кривой с характеристической прямой р. Длину полученного на прямой р отрезка от оси абсцисс до точки пересечения с экспериментальной кривой откладывают по оси абсцисс рисунка И.2, восстанавливают перпендикуляр до пересечения с кривой ? = f(р) и на оси ординат находят значение.

Две характеристические линии р и ? = f(р) (рисунки И.1 и И.2) получают экспериментальным путем на группе материалов (не менее пяти) с известными значениями теплопроводности.

В координатах х и n строят для каждого материала соответствующий экспериментальный массив х -fi(n), находят границы области стабильности согласно рисунка Д.1 и проводят в этой области секущую характеристическую прямую р.

Затем в координатах ? и р строят характеристическую линию ? = f(p) (рисунок И.2), откладывая по оси абсцисс длины отрезков (рисунок И.1) от точки пересечения О секущей р с осью абсцисс до точки пересечения р с кривой х = fi(n) для каждого материала, а по оси ? соответствующее известное значение теплопроводности этого материала.

Рисунок И.1 Экспериментальный массив х = fi(n) с границами области стабильности определения теплопроводности и характеристическая прямая р для графического определения теплопроводности материала.

 

Рисунок И.2 Зависимость значений теплопроводности от длины отрезка, отсекаемого на характеристической линии р экспериментальной кривой х =fi(n).

ПРИЛОЖЕНИЕ К

(рекомендуемое)

ПРИМЕР ГРАДУИРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

Таблицы Е.1 и Е.2 результатов первичной обработки экспериментальных данных содержат величины  с целью иллюстрации методики градуировки измерительного комплекса, когда в полученных массивах выделяют области, где выполняется условие = const. Из таблиц следует, что условие  = const выполняется на участке массива n = 3, 4, 5 для пенобетона и на участке n = 3, 4, 5, 6, 7 для пенополистирола.

Среднее значение  для образца пенобетона составляет 1076, для образца пенополистирола 1455.

Чтобы воспользоваться формулами (Д.1) и (Д.2), находят тепловые активности материалов образцов по формуле (Д.3), при этом для пенобетона Ср = 840·400 Дж/(м3·К), b1 = 183 Дж/(м2 ·с1/2 ·К); для пенополистирола Ср = 840·150 Дж/(м3 ·К), b2 = 198 Дж/(м2·с1/2 ·К)

По формулам (Д.1) и (Д.2) находят bэ = 115 и СQ = 310000

По формуле (Д.4) для пеностирола вычисляют СR/аэ по всему массиву, учитывая, что на интервале 18 < n < 36 эта величина сохраняет стабильные значения:

n	16	18	20	22	24	26	28	30	32	34	36
cr /аэ	45,9	47,8	48,1	47,8	46,0	48,4	48,3	47,9	48,0	48,1	48,2

Приняв (CR/aэ) среднее = 48, можно рассчитать СR но формуле (Д.5), пользуясь экспериментальным массивом, полученным на образце пенобетона, при этом его температуропроводность составляет а = 0,1/(840·400) м2/с.

n	12	14	16	18	20	22	24	26	28	30
СRx105	1,01	1,17	1,16	1,15	1,16	1,14	1,15	1,15	1,14	1,16

Откуда СRсреднее = 1,154х10-5 для области 14 < п < 30.

Рассчитываемые градуировочные коэффициенты сохраняют стабильные значения на участках 18 < n < 36 для пенополистирола и 14 < n < 30 для пенобетона. За пределами указанных границ отклонение значений градуировочных коэффициентов от среднего значения превышает статистически допустимые отклонения, что может сказаться на результатах расчета теплопроводности, поэтому при вычислении ) при выборе точек экспериментального массива рекомендуется придерживаться области стабильности, приведенной на рисунке Д.1, однако и за пределами указанных границ могут быть получены удовлетворительные результаты.

Полученные таким образом градуировочные коэффициенты можно откорректировать, проведя серию испытаний нескольких теплоизоляционных материалов различной

плотности с известными теплофизическими характеристиками, а также выявить область стабильных значений А, представив ее в виде графической зависимости верхней и нижней границы области экспериментального массива, полученного для каждого из материалов, от его плотности (рисунок Д.1).

ПРИЛОЖЕНИЕ Л

(рекомендуемое)

ПРИМЕР ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ОБРАЗЦОВ ПЕНОБЕТОНА ПЛОТНОСТЬЮ 400 кг/м3 И ПЕНОПОЛИСТИРОЛА ПЛОТНОСТЬЮ 150 кг/м3

Для обеспечения теплового контакта между поверхностями образца и первичного преобразователя измерительного комплекса к поверхности образца прикладывают ребро металлической линейки и в случае, если зазор между поверхностью образца и ребром линейки не превышает 0,2 мм, на его поверхность устанавливают первичный преобразователь, включают вторичное измерительное устройство и контролируют показания прибора до появления на табло установившихся значений, затем включают цифропечатающее устройство, регистрируя сигнал, характеризующий тепловое состояние образца до подачи импульса, подают тепловой импульс, продолжая регистрацию температуры на поверхности исследуемого образца. Согласно рисунку Д.1 для материала плотностью 400 кг/м3  рабочая область экспериментального массива ограничена порядковыми номерами nmin = 14 и nmах = 30, поэтому после 30 замеров с момента подачи импульса регистрацию сигнала можно прекратить. Для материала плотностью 150 кг/м3 nmin = 18 и nтах = 36, при этом достаточно провести 36 циклов печати. Если порядковый номер не удалось точно зафиксировать, то после появления на табло вторичного измерительного устройства близких по значению показаний регистрацию прекращают. Максимальное число точек регистрации не превышает 40 при интервале регистрации, равном 4 с.

Содержание

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Средства испытаний

4 Подготовка к проведению испытаний

5 Проведение испытаний

6 Обработка результатов испытаний

Приложение А Техническая характеристика первичного преобразователя

Приложение Б Таймер теплового импульса для изделий толщиной более 15 мм

Приложение В Таймер теплового импульса для изделий толщиной менее 15 мм

Приложение Г Таймер опроса датчика

Приложение Д Градуировка измерительного комплекса

Приложение Е Пример обработки экспериментальных данных  

Приложение Ж Программа для вычисления теплопроводности  

Приложение И Графическая обработка результатов испытаний  

Приложение К Пример градуировки измерительного комплекса

Приложение Л Пример проведения эксперимента

УДК 691:536.2:006.354    ОКС 91.100      Ж19    ОКСТУ 5709

Ключевые слова: материалы и изделия строительные, теплопроводность, неразрушающий метод, поверхностный преобразователь