Унапређење поступка заштићене топле плоче за одређивање топлотне проводности термоизолационих материјала

Abstract

Ова докторска теза обухвата истраживачки рад на унапређењу мерења топлотне проводности термоизолационих чврстих материјала у Метролошкој лабораторији за температуру и термофизичке величине (МЛТВ) Института за нуклеарне науке ВИНЧА. Топлотна проводност се, као једна од најзначајнијих термофизичких величина чврстих материјала, мери различитим експерименталним методама. Метода која код слабо проводних материјала може обезбедити резултате са најмањом могућом мерном несигурношћу је метода заштићене топле плоче и она се као референтна користи у свим најзначајнијим националним метролошким лабораторијама у свету. Експериментална поставка којом се примењује ова метода је установљена у Институту ВИНЧА још 60-их година прошлог века и била је функционална до средине 80-их. Топлотна проводност термоизолационих материјала се у том периоду мерила са релативном мерном несигурношћу од 3 % до 10 %. У складу са убрзаним развојем МЛТВ почетком овог века, као и њеним каснијим признавањем као именоване националне лабораторије за термофизичке величине, приступило се ревитализацији експерименталне поставке и унапређењу поступка одређивања топлотне проводности. У оквиру рада на овој дисертацији је унапређена како сложена мерна апаратура кроз моделовање, израду и тестирање нових елемената и система, тако и калибрациони и мерни поступак и начин обраде мерних сигнала. Као резултат широког унапређења, данас се у Институту ВИНЧА топлотна проводност термоизолационих чврстих материјала може мерити са високом тачношћу и прецизношћу, тј. малом релативном мерном несигурношћу која достиже ниво од 2 %. Тим резултатом, који је потврђен преко међународног међулабораторијског поређења извршеног у оквиру Eura-Thermal пројекта, Метролошка лабораторија за температуру и термофизичке величине Института ВИНЧА се сврстала у ред значајних светских лабораторија те врсте.

This PhD thesis implies research on improving the thermal conductivity measurement of thermal insulations in the Metrological Laboratory for Temperature and Thermophysical Properties (MLTV) of the Institute of Nuclear Sciences VINČA. Thermal conductivity, as one of the most important thermophysical properties of solid materials, is measured by various experimental methods. A method that may provide results with a lowest possible measurement uncertainty for poorly conductive materials is the guarded hot plate method and it is used as a reference technique in all most important national metrology laboratories in the world. A related experimental setup was established at the Institute VINČA in the 1960s and was functional until the mid-80s. Thermal conductivity of thermal insulation materials was measured in this period with a relative uncertainty of 3 % to 10 %. In accordance with a fast development of MLTV at the beginning of this century, as well as its subsequent recognition as the designated laboratory for thermophysical properties, a revitalization of the experimental setup and an improvement of the corresponding measurement process began. Within the scope of this dissertation, the measurement apparatus was improved through modelling, designing and testing of new elements and systems, as well as through new calibration, measuring and data reduction procedures. As a result of these improvements, today, the Institute VINČA is capable to measure the thermal conductivity of insulation materials with a high accuracy and precision, i.e. with small relative uncertainties down to a level of 2 %. With this result, which was confirmed through an international inter-laboratory comparison performed within the framework of the Eura-Thermal project, the MLTV of the Institute VINČA has been ranked among the world's leading laboratories of this kind.