DIN 51908-2006 Testing of carbon materials - Determination of thermal conductivity at room temperature by means of a comparative method - Solid material《炭素材料试验 用比较法测定室温导热率 固体物质》.pdf

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1、Mai 2006DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 7DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 71.060.10!,j“9715898www.din.deDDIN 51908Prfung v

2、on Kohlenstoffmaterialien Bestimmung der Wrmeleitfhigkeit bei Raumtemperatur nach einemVergleichsverfahren FeststoffeTesting of carbon materials Determination of thermal conductivity at room temperature by means of a comparativemethod Solid materialEssai des matriaux au carbone Dtermination de la co

3、nductivit thermique temprature ambiante par la mthodecomparative Matires solidesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 51908:1984-04www.beuth.deGesamtumfang 10 SeitenDIN 51908:2006-05 2 Vorwort Die vorliegende Norm wurde vom Arbeitsausschuss NMP 281 Prfverfahren f

4、r Kohlenstoff und Graphit des Normenausschusses Materialprfung (NMP) ausgearbeitet. nderungen Gegenber DIN 51908:1984-04 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Probekrpergre gendert; b) Kalibrierung ergnzt. Frhere Ausgaben DIN 51908: 1984-04 DIN 51908:2006-05 3 1 Anwendungsbereich Das Verfahren n

5、ach dieser Norm dient der Bestimmung der Wrmeleitfhigkeit bei Raumtemperatur von Kohlenstoff- und Graphitmaterialien. Es knnen sowohl Formkrper als auch Material in gekrnter Form, Gewebe und Folien mit einer Wrmeleitfhigkeit von 0,1 bis etwa 250 W/(K m) geprft werden. Das in dieser Norm festgelegte

6、Verfahren ist auch zur Bestimmung der Wrmeleitfhigkeit bei Temperaturen bis etwa 100 C geeignet. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweis

7、ungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 862, Messschieber Anforderungen, Prfung DIN 863-1, Prfen geometrischer Gren Messschrauben Teil 1: Bgelmessschrauben, Normal-ausfhrung; Begriffe, Anforderungen, Prfung DIN 1319-3, Grundlagen der Messt

8、echnik Teil 3: Auswertung von Messungen einer einzelnen Messgre, Messunsicherheit DIN 1333, Zahlenangaben DIN 52612-1, Wrmeschutztechnische Prfungen Bestimmung der Wrmeleitfhigkeit mit dem Platten-gert Durchfhrung und Auswertung DIN EN 573-3, Aluminium und Aluminiumlegierungen Chemische Zusammensetz

9、ung und Form von Halbzeug Teil 3: Chemische Zusammensetzung 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Wrmeleitfhigkeit Stoffeigenschaft, die bestimmt, wie gro der Wrmestrom dQ/dt (Wrmemenge je Zeitspanne) ist, der bei einer gegebenen Temperaturdifferenz durch ei

10、nen Krper der Hhe h und der Querschnittsflche A in Richtung der Flchennormale fliet AhtQ=1dd(1) ANMERKUNG Siehe auch DIN 52612-1. 4 Kurzbeschreibung des Verfahrens Die Wrmeleitfhigkeit wird nach einem Vergleichsverfahren bestimmt. Zu diesem Zweck wird der zu messende Probekrper in Reihe mit einem Ve

11、rgleichsprobekrper bekannter Wrmeleitfhigkeit zwischen zwei Messkpfen, die auf 20 C und 40 C eingestellt sind, eingespannt (siehe Bild 1). DIN 51908:2006-05 4 Der Temperaturabfall, der sich im Vergleichsprobekrper einstellt und als Thermospannung mit einem fest eingebauten Differentialthermoelement

12、gemessen wird, ist ein Ma fr die Wrmeleitfhigkeit des Probekrpers bei etwa 30 C. Mit Hilfe der Kalibrierkurve wird aus der gemessenen Thermospannung in mV die Wrmeleitfhigkeit, bezogen auf die Hhe des Probekrpers, ermittelt. Legende 1 Stativ 2 Hhenverstellung 3 Thermometeranschlsse 4 Oberer Messkopf

13、 5 Vergleichsprobekrper 6 Probekrper 7 Unterer Messkopf 8 Gleichspannungs-Messverstrker mit Anzeigegert Bild 1 Wrmeleitfhigkeitsmessgert 5 Bezeichnung Bezeichnung des Vergleichsverfahrens zur Bestimmung der Wrmeleitfhigkeit bei Raumtemperatur von Kohlenstoff- und Graphitmaterialien (A): Prfung DIN 5

14、1908 A DIN 51908:2006-05 5 6 Gerte und Prfmittel 6.1 Gerte a) Wrmeleitfhigkeitsmessgert1)(siehe Bild 1), bestehend aus: Stativ; Zwei Flssigkeitsthermostate mit Fehlergrenzen von 0,02 K; Gleichspannungs-Messverstrker mit Anzeigegert, Klasse 0,5; b) Lngenmessgert mit Fehlergrenzen von 1 %, z. B. Messs

15、chieber nach DIN 862 oder Bgelmess-schraube nach DIN 863-1; c) Haarlineal. 6.2 Prfmittel Vaseline oder Glycerin als Kontaktmittel Siliciumcarbid-Pulver, Krnung 10 m 7 Probekrper Der Durchmesser der Probekrper betrgt vorzugsweise 20 mm bis 50 mm, wobei deren Hhe zwischen etwa 0,1 mm bis 40 mm liegen

16、darf. Mit anderen Messkpfen lassen sich auch Probekrper mit Durchmessern z. B. von 10 mm oder 40 mm verwenden. Um die Messabweichung mglichst klein zu halten, ist die Hhe h der Probekrper entsprechend der zu erwartenden Wrmeleitfhigkeit so zu whlen, dass der Wert fr /h der Probekrper zwischen 0,2 /h

17、 und 5 /h des Vergleichsprobekrpers (siehe Bild 2) liegt. Die Probekrper werden durch Drehen oder Schleifen auf den gewnschten Durchmesser bearbeitet (Grenzabmae 0,1 mm). Danach werden die Stirnflchen senkrecht zur Achse plangedreht oder geschliffen. Die Einhaltung einer Grenzabweichung fr die Hhe d

18、es Probekrpers ist dabei nicht erforderlich. Die Parallelittstoleranz der Stirnflchen darf 2 % der Hhe der Probekrper nicht berschreiten. Anschlieend werden beide Stirnflchen maschinell oder von Hand gelppt. Als Lppmittel wird eine Aufschlmmung von Siliciumcarbid-Pulver (Krnung 10 m) in Wasser verwe

19、ndet. Beim Lppen ist darauf zu achten, dass die Probekrper nicht verkantet werden. Um anhaftende Lppmittelreste zu entfernen, werden die Probekrper mit Wasser abgesplt und danach getrocknet. Die Ebenheit der Stirnflchen der Probekrper wird mit einem Haarlineal geprft (Kontrolle durch visuelle Beurte

20、ilung des Lichtspaltes zwischen Stirnflche und auf-gesetztem Haarlineal). Die Ebenheitstoleranz betrgt 0,01 mm. Proben aus Folien und Geweben werden ausgestanzt oder ausgeschnitten. Die fertigen Probekrper werden mit dem Lngenmessgert gemessen. 1) ber Bezugsquellen gibt Auskunft: DIN-Bezugsquellen f

21、r normgerechte Erzeugnisse im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin. DIN 51908:2006-05 6 8 Durchfhrung 8.1 Kalibrierung Zur Ermittlung der Wrmeleitfhigkeit wird fr jede Messapparatur eine Kalibrierkurve erstellt. Fr die Erstellung einer Kalibrierkurve werden Referen

22、zprobekrper aus verschiedenen Materialien bekannter Wrmeleitfhigkeit mit unterschiedlichen Hhen, z. B. 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm und 30 mm, verwendet. Empfohlen werden Referenzprobekrper aus den in der Tabelle 1 festgelegten Materialien. Die Messung der Referenzkurve zur Erstellung der Kalibr

23、ierkurve wird, wie unter 8.2 beschrieben, durchgefhrt. Zwischen 20 C und 100 C ndert sich die Wrmeleitfhigkeit der in der Tabelle aufgefhrten Referenz-probekrper etwa linear mit der Temperatur. Die Wrmeleitfhigkeit der Referenzprobekrper wird durch den Hersteller des Messgertes oder die Physikalisch

24、 Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig, bestimmt. Aus den Thermospannungen in mV als Funktion der Wrmeleitfhigkeit, bezogen auf die Hhe der Probe-krper, wird die Kalibrierkurve erstellt (siehe Bild 2). DIN 51908:2006-05 7 Bild 2 Beispiel einer Kalibrierkurve fr Probekrper mit einem Durchmesse

25、r von 20 mm, Temperaturen 1= 20 C, 2= 40 C, = 20 C DIN 51908:2006-05 8 Tabelle 1 Referenzprobekrper2)Wrmeleitfhigkeit W/(K m) bei Material 20 C 100 C Kieselglas 1,35 1,49 hochlegierter Stahl 14,2 15,5 niederlegierter Stahl 62 61 Kupfer-Zink-Legierung 109 122 Aluminium mit einem Massenanteil von 99,9

26、 %, z. B. nach DIN EN 573-3 235 236 8.2 Messung (siehe Bild 1) Die Flssigkeitsthermostate werden mit den beiden Messkpfen des Wrmeleitfhigkeitsmessgertes verbunden und auf die Messtemperaturen (unterer Messkopf: 1= 20 C, oberer Messkopf: 2= 40 C) eingestellt. Vor dem Einsetzen des Probekrpers in die

27、 Messapparatur werden die Stirnflchen des Probekrpers und der Messkpfe sorgfltig mit einem Fensterleder oder Papiertuch gereinigt. Der Wrme-bergangswiderstand zwischen dem Probekrper und den Messkpfen wird durch Aufbringen eines Kontaktmittels verringert. Fr die metallischen Referenzprobekrper wird

28、Glycerin und fr porse Krper wie Kohlenstoff- und Graphitmaterialien, insbesondere bei grobkrnigen Materialien, Vaseline verwendet. Die Stirnflchen der Probekrper werden mit einem dnnen Film des Kontaktmittels berzogen. Der Probekrper wird zentrisch auf die Kontaktflche des unteren Messkopfes gesetzt

29、, der obere Messkopf nach unten bewegt und der Probekrper mit der vorgegebenen Kraft (Markierung am unteren Messkopf) eingespannt. Es ist darauf zu achten, dass die Kontaktflchen des Probekrpers und der Messkpfe zentrisch aufeinandertreffen und der Probekrper beim Einspannen nicht verrutscht. Ein gu

30、tes Anliegen der Flchen wird durch die kardanische Aufhngung des unteren Messkopfes erreicht. Bei Probekrpern ber 30 mm Hhe ist es zweckmig, die Wrmeverluste durch einen Schutzring aus Material geringer Wrmeleitfhigkeit (Schaumstoff) mglichst klein zu halten. Wenn die Anzeige des am Differentialther

31、moelement angeschlossenen Messverstrkers konstant bleibt, hat sich in der Messapparatur das Wrmegleichgewicht eingestellt und der Messvorgang ist beendet. Die Einstellzeit betrgt blicherweise etwa 5 min bis 10 min. Die Thermospannung wird vom Anzeigegert abgelesen. Krnige Materialien, aus denen kein

32、e Probekrper in der beschriebenen Form hergestellt werden knnen, werden zur Bestimmung der Wrmeleitfhigkeit in eine auf den unteren Messkopf aufgesetzte Hlse (innere Durchmesser z. B. 10 mm, 20 mm oder 40 mm) aus schlecht leitendem Material (z. B. Polyvinylchlorid (PVC) eingefllt, der obere Messkopf

33、 auf das eingefllte Material aufgesetzt und wie blich angepresst. Die weitere Messung wird, wie bereits beschrieben, durchgefhrt. Fr die Auswertung ist eine besondere Kalibrierkurve nicht erforderlich. 2) ber Bezugsquellen gibt Auskunft: DIN-Bezugsquellen fr normgerechte Erzeugnisse im DIN Deutsches

34、 Institut fr Normung e. V., Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin. DIN 51908:2006-05 9 9 Auswertung Die am Anzeigeinstrument abgelesene Thermospannung U in mV ergibt mit Hilfe der Kalibrierkurve (siehe Bild 2) einen Wert fr die Wrmeleitfhigkeit, bezogen auf die Hhe des Probekrpers, hin mm1mKW, aus dem durc

35、h Multiplikation mit der Hhe des Probekrpers die Wrmeleitfhigkeit berechnet wird. Bezglich des Rundens auf die letzte anzugebende Stelle ist DIN 1333 zu bercksichtigen. 10 Prfbericht Im Prfbericht sind unter Hinweis auf diese Norm anzugeben: a) Art und Bezeichnung der Probekrper; b) Anzahl der Probe

36、krper; c) Mittelwert-Messtemperaturen (Mittelwert von 1+ 2); d) Wrmeleitfhigkeit bei 10 W/(K m) auf 0,5 W/(K m) gerundet, 10 W/(K m) auf 0,05 W(K m) gerundet und Einzelwerte, Mittelwerte; e) von dieser Norm abweichende, vereinbarte Bedingungen; f) Prfdatum. 11 Przision des Verfahrens (siehe DIN 1319

37、-3) Wiederholbarkeit Der Unterschied zwischen zwei Ergebnissen, die von demselben Beobachter mit demselben Gert unter konstanten Arbeitsbedingungen an derselben Probe ermittelt werden, wrde auf die Dauer bei blicher und korrekter Anwendung des Verfahrens nur in einem von zwanzig Fllen um mehr als 5

38、% vom Mittelwert berschreiten. DIN 51908:2006-05 10 Literaturhinweise 1 ASTM C 767:1993, Standard method of test for thermal conductivity of carbon refractories (Standardverfahren fr die Prfung der Wrmeleitfhigkeit von hitzebestndigen Kohlenstoffen).3)2 F. Kohlrausch, Praktische Physik, Stuttgart 1968, Bd.1, Seite 371 - 383, Kap.4.6.4 Wrmeleitung. 3) Zu beziehen bei: Beuth Verlag GmbH, AuslandsNormen-Service (ANS), 10772 Berlin.