防护热板法测定EPS板导热系数检测结果不确定度评定

防护热板法测定EPS板导热系数检测结果不确定度评定

 张建军

霍尔果斯润诚检测技术服务有限公司

摘要：通过防护热板法对EPS板的导热系数检测结果不确定度评定，分析导热系数测定过程中不确定度的来源、影响因素等，经过具体的计算，进而对导热系数测定过程中的不确定度来源进行更好的控制，并合理表征测量结果的分散性，从而提高检测结果的真实准确可靠。

关键词：导热系数；防护热板法：不确定度；评定

引  言：导热系数做为节能保温材料主要性能之一，是判别保温材料性能优劣的一项重要指标；为了保证导热系数检测结果的可靠性或当测量不确定度与检验检测结果的有效性或应用：有关客户有要求时，当测量不确定度影响到对规范限度的符合性时，方法有规定时，我们有必要对检测结果的不确定度进行评定分析。

一、检测过程

1.1依据GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法》【1】对EPS板导热系数测定，设备选用PDR-Ⅱ-3030C平板导热系数测定仪，试件数量规格尺寸为300mm×300mm×25mm两块，所有试验在温度（23±2）℃、相对湿度（50±10）%的条件下进行。平板导热系数测定仪参数设定:计量面积0.0225㎡，热板温度为35.0℃，冷板温度为15.0℃，设备修正系数0.66；试验平均温度（25±2）℃，试验温差15℃～20℃。

1.2试件在（23±2）℃、相对湿度（50±10）%的条件下状态调节不少于16h【2】,游标卡尺测量厚度测点均匀分布测量五次，取五次平均值，两块样品分别测量计算，开起导热系数仪对EPS板进行检测，用四次稳态数据计算平均值做为最终结果，按照上述步骤连续测定四次，得出4组导热系数数据进行不确定度分析。

二、建立数学模型

导热系数的数学模型：

三、测量不确定度来源分析

3.1环境条件引入的不确定度分量；

3.2游标卡尺精度引入的不确定度分量;

3.3试件测厚过程中人员读数引入的不确定分量；

3.4温度传感器示值误差引入的不确定度分量；

3.5加热功率允许误差引入的不确定度分量；

3.6计量面积为固定值A=0.0225㎡，其引入的不确度可以忽略不计；

3.7用绝热材料导热系数参比板校正导热系数测定仪引入的不确定分量；

3.8测量重复性引起的标准不确定度；

四、测量不确定度A类评定

4.1测量重复性引入不确定度分量

4.1.1由同一检测员在相同环境下使用相同设备对同一组EPS板试件测量厚度共10次，检测结果详见表1

表1

平均值：

标准差：

标准不确定度为：

4.1.2由同一检测员在相同环境下使用相同设备对同一组EPS板试件测量导热系数共4次，检测结果详见表2

表2

（1）导热系数：

极差：

单次标准偏差：，查表的极差系数C=2.06,自由度【3】；

标准不确定度：

（2）由平板导热系数测定仪对热板温度T1随机的测量重复性引起,由表2的4次测量数据可得:

极差：

单次标准偏差：，查表的极差系数C=2.06,自由度；

标准不确定度：

（3）由平板导热系数测定仪对冷板温度T2随机的测量重复性引起,由表2的4次测量数据可得:

极差：

单次标准偏差：，查表的极差系数C=2.06,自由度；

标准不确定度：

（4）由平板导热系数测定仪对加热功率随机的测量重复性引起,由表2的4次测量数据可得:

极差：

单次标准偏差：，查表的极差系数C=2.06,自由度；

标准不确定度：

五、测量不确定度B类评定

5.1环境条件引入的不确定度分量

实验室内有控温控湿设备，可满足此次试验的环境要求，所以环境条件引入的测量不确定度可忽略不计。

5.2数显游标卡尺精度引入的不确定度分量

数显游标卡尺精度为0.01mm,测量结果按均匀分考虑，置信因子 【3】，其标准不确定度为：

5.3试件测厚过程中人员读数引入的不确定分量；

本次检测中，检测人员为熟练人员，游标卡尺为数字显示，人员读数引入的不确定度很小，可忽略不计；

5.4温度传感器示值误差引入的不确定度分量

5.4.1热面温度传感器经计量单位校准，校准结果扩展不确定度为 U=0.2℃,k=2

试件热面温度传感器示值误差引入的标准不确定度为：;

5.4.2冷面温度传感器经计量单位校准，校准结果扩展不确定度为 U=0.2℃,k=2

试件冷面温度传感器示值误差引入的标准不确定为：

;

5.5加热功率允许误差引入的不确定度分量

平板导热系数测定仪测量加热器功率误差在0.1%之内，测量结果按均匀分布考虑，置信因子 ，其标准不确定度为：；

其相对不确定度：。

    5.6用绝热材料导热系数参比板校正导热系数测定仪引入的不确定分量

绝热材料导热系数参比版其国家标准样品证书里，平均温度298K，导热系数标准值为0.0328W/(m•K),扩展不确定度U=0.0002,k=2 ;

标准不确定度为：；

其相对不确定度：。

六、合成量纲一致的标准不确定度

6.1不确定度分量评定：

合成标准不确定度：

其相对不确度为：

6.2不确定度分量评定：

相对不确定度为：

6.3不确定度分量评定：

合成标准不确定度：

其相对不确度为：

6.4不确定度分量评定：

合成标准不确定度：

其相对不确度为：

6.5不确定度分量评定：

合成标准不确定度：

其相对不确度为：

七、合成相对标准不确定度

以上相对不确定度各分量各不相关，导热系数的合成相对不确定为：

合成标准不确定度为：

八、扩展不确定度的评定

置信水平采用95%，包含因子k=2【3】,则扩展不确定度为：

九、扩展不确定度的报告及表示

    导热系数：（0.03438±0.00069）W/(m•K)

十、结果分析

通过对影响因素的不确定度分量评定，试件平均厚度重复性测量引入的标准不确定度影响远大于厚度测量设备精度引入不确定度。影响导热系数检测结果的主要因素是温度和设备修正系数，因此应定期对平板导热系数测定仪热冷板温度校准检定，经常对平板导热系数测定仪进行标定，标准板标定的准确性是检测结果准确性的可靠保障，仪器用标准板标定在日常工作中尤其重要，能减少不必要的不确定度的来源。

参考文献

[1]绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法：GB/T10294-2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2]绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）：GB/T10801.1-2021[S].北京：中国标准出版社，2021.

[3]测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1-2012[S].北京:中国质检出版社，2012.