TPS-laboratorium

Det finns många metoder och datorprogram för att beräkna temperatur och värmeflöde i konstruktioner. Det saknas emellertid lämpliga metoder som är allmänt vedertagna och standardiserade för att bestämma termiska egenskaper hos material vid höga temperaturer.

SP Brandteknik (numera RISE Fire Research) har under de senaste tio åren undersökt användningen av TPS (Transient Plane Source) metoden för mätningar av materials termiska egenskaper vid rumstemperatur och vid höga temperaturer där metoden är speciellt lämplig. Metoden har utvecklats i Sverige av Silas Gustafsson vid Chalmers Tekniska Högskola.

Vi har investerat i en TPS utrustning och ett laboratorium för att kunna mäta materials termiska egenskaper framför allt vid höga temperaturer.

TPS går ut på att en mycket tunn dubbel metallspiral är i nära kontakt med materialet som skall studeras. Denna metallspiral utnyttjas både som värmekälla och som resistanstermometer. Vid mätningar i fasta kroppar kläms remsan mellan två ytor av samma material, se figur. När en konstant elektrisk ström ledes genom spiralen utvecklas värme, varvid temperaturen och därmed resistansen hos spiralen ökar. Denna temperaturökning beror på hur snabbt det i spiralen utvecklade värmet ledes bort genom det omgivande materialet. Uppvärmningen sker under en viss tid och spänningen över spiralen registreras under tiden. Eftersom strömstyrkan är konstant, är spänningen proportionell mot spiralens resistans. När spänningens variation i tiden är känd, kan provmaterialets värmeledningsförmåga och specifik värmekapacitet beräknas.

Vid mätning vid höga temperaturer placeras provkropparna och sensorn i en ugn med en konstant temperatur.

TPS-metoden har flera fördelar, bl a.:
  • korta provningstider och därmed låga kostnader,
  • en enda mätning för bestämning av både värmeledningsförmåga och specifik värmekapacitet,
  • samma instrument för bestämning av värmeledningsförmåga från 0,005 till 500 W/mK,
  • anisotropa material och tunna filmer kan analyseras.
Stort uppdrag från SKB

I ett uppdrag från Svensk Kärnbränslehantering AB (SKB) som kommer att pågå under drygt fem år, skall bergs termiska egenskaper bestämmas med hjälp av TPS-metoden. Berggrundens termiska egenskaper vid olika djup och vid olika temperaturer skall undersökas genom mer än 2500 mätningar. Dessa data skall sedan användas för bedömning av bergets lämplighet för djupförvar av utbränt kärnbränsle.

I andra projekt har de termiska egenskaperna för träbaserade material, cementbaserade material och polymera- och metalliska material bestämts vid olika temperaturnivåer upp till 700 °C.

Brandforsk har finansierats forskning för att kunna bestämma olika materials termiska egenskaper vid höga temperaturer. Resultaten kommer att användas i beräkningar relaterat till branddimensionering av olika komponenter. Detta är ett mycket intressant projekt med tanke på att det inte finns någon allmänt vedertagen metod för att bestämma termiska egenskaperna vid höga temperaturer. De värden som finns redovisade i t ex Eurocode 2 för betong baseras endast på jämförelse mellan beräkningar och provningar i relativ få fall.

Vi har utvecklat förutsättningar för mätningar under vatten och mätningar vid temperaturer under fryspunkten. Metoden är alltså tillämpbar inte bara för brandtekniska problem utan också inom helt andra områden.

 

Relaterad information

Forskning

Visa A-Ö ...

Experimentella resurser

Visa A-Ö ...

Kontaktpersoner

Johan Sjöström

Tel: 010-516 58 55

SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, Box 857, 501 15 Borås, Tel 010-516 50 00, E-post info@sp.se

SP, Innventia och Swedish ICT har gått samman i RISE för att bli en starkare forsknings- och innovationspartner för näringsliv och samhälle.
Under 2017 kommer sp.se att vara en av flera webbplatser inom RISE. Besök gärna ri.se för mer information om RISE.