तापीय चालकता माप: Difference between revisions
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तापीय चालकता को मापने के कई संभावित प्रकार हैं, उनमें से प्रत्येक पदार्थ की सीमित सीमा के लिए उपयुक्त है, जो तापीय गुणों और मध्यम तापमान पर निर्भर करता है। एक प्रतिरूप की तापीय चालकता को मापने के लिए विधियों के तीन वर्ग उपस्थित हैं: स्थिर-अवस्था, समय-प्रक्षेत्र और आवृत्ति-प्रक्षेत्र विधियाँ। | |||
== स्थिर-अवस्था के | == स्थिर-अवस्था के प्रकार == | ||
सामान्य | सामान्य रूप में, स्थिर-अवस्था तकनीकें माप करती हैं जब मापे गए पदार्थ का तापमान समय के साथ नहीं बदलता है। यह संकेत विश्लेषण को स्पष्ट बनाता है (स्थिर अवस्था का तात्पर्य निरंतर संकेतों से है)। हानि यह है कि सामान्यतः एक अच्छी तरह से व्यवस्थित प्रयोगात्मक व्यवस्था की आवश्यकता होती है। | ||
स्थिर-अवस्था विधियाँ, | सामान्य रूप से स्थिर-अवस्था विधियाँ, सतह क्षेत्र <math>A(m^2) | ||
</math> | </math> और मोटाई, <math>x (m)</math> वाले प्रतिरूप के लिए एक ज्ञात ऊष्मा प्रवाह <math>\dot Q (W/m^2)</math> को उपयोजित करके काम करती हैं; एक बार प्रतिरूप के स्थिर-अवस्था का तापमान पहुँच जाता है, तो प्रतिरूप की मोटाई में तापमान, <math>\Delta T</math>, के अंतर को मापा जाता है। एक आयामी ऊष्मा प्रवाह और एक समदैशिक माध्यम को मानने के बाद, फूरियर के नियम का उपयोग तब मापी गई तापीय चालकता <math>k</math> की गणना के लिए किया जाता है: | ||
:<math>\dot Q=-k A \frac{\Delta T}{x}</math> | :<math>\dot Q=-k A \frac{\Delta T}{x}</math> | ||
स्थिर-अवस्था मापन में त्रुटि के प्रमुख स्रोतों में | स्थिर-अवस्था मापन में त्रुटि के प्रमुख स्रोतों में व्यवस्था में विकिरण और संवहन ताप हानियां सम्मलित हैं, साथ ही तापीय चालकता के लिए प्रसार करने वाले प्रतिरूप की मोटाई में त्रुटियां भी सम्मलित हैं। | ||
भूविज्ञान और [[भूभौतिकी]] में, समेकित | भूविज्ञान और [[भूभौतिकी]] में, समेकित चट्टान प्रतिदर्श के लिए सबसे सामान्य विधि [[विभाजित बार|विभाजित गृह]] है। तापमान और आवश्यक दबावों के साथ-साथ प्रतिदर्श आकार के आधार पर इन उपकरणों में कई संशोधन हैं। ज्ञात चालकता के दो प्रतिदर्श (सामान्यतः पीतल की प्लेट) के मध्य अज्ञात चालकता का एक प्रतिदर्श रखा जाता है। व्यवस्था सामान्यतः शीर्ष पर गर्म पीतल की प्लेट के साथ लंबवत होती है, मध्य में शीत पीतल की प्लेट के मध्य का प्रतिदर्श होता है। प्रतिरूप के अंतर्गत किसी भी संवहन को रोकने के लिए शीर्ष पर गर्मी की आपूर्ति की जाती है और नीचे की ओर जाने के लिए बनाया जाता है। प्रतिदर्श स्थिर अवस्था में पहुंचने के बाद माप लिया जाता है (शून्य ताप प्रवणता या पूरे प्रतिरूप पर निरंतर गर्मी के साथ), इसमें सामान्यतः लगभग 30 मिनट और अधिक समय लगता है। | ||
=== अन्य स्थिर-अवस्था विधियाँ === | === अन्य स्थिर-अवस्था विधियाँ === | ||
ऊष्मा के अच्छे संवाहकों के लिए, सरेल | ऊष्मा के अच्छे संवाहकों के लिए, [[विभाजित बार|सरेल गृह विधि]] का उपयोग किया जा सकता है।<ref>[http://media.uws.ac.uk/~davison/labpage/searle/searle.html Searle's Bar for a good heat conductor]. Media.uws.ac.uk. Retrieved on 2017-09-05.</ref> गर्मी के खराब संवाहकों के लिए, लीज़ डिस्क विधि का उपयोग किया जा सकता है।<ref>[http://academia.hixie.ch/bath/Thermal/home.html Ian Hickson's Lees' Disc Experiment]. Academia.hixie.ch. Retrieved on 2013-12-12.</ref> | ||
== | == काल प्रक्षेत्र प्रकार == | ||
क्षणिक तकनीकें गर्म करने की प्रक्रिया के | क्षणिक तकनीकें गर्म करने की प्रक्रिया के समय मापन करती हैं। लाभ यह है कि माप अपेक्षाकृत जल्दी किया जा सकता है। क्षणिक विधियाँ सामान्यतः सुई जांच द्वारा की जाती हैं। | ||
तापीय चालकता को मापने के लिए गैर-स्थिर- | तापीय चालकता को मापने के लिए गैर-स्थिर-अवस्था विधियों को निरंतर मान प्राप्त करने के लिए संकेत की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, संकेत का अध्ययन समय के कार्य के रूप में किया जाता है। इन विधियों का लाभ यह है कि इन्हें सामान्य रूप से अधिक तेज़ी से निष्पादित किया जा सकता है, क्योंकि स्थिर स्थिति की स्थिति के लिए प्रतीक्षा करने की कोई आवश्यकता नहीं है। हानि यह है कि आकड़ो का गणितीय विश्लेषण सामान्यतः अधिक कठिन होता है। | ||
=== [[क्षणिक गर्म तार विधि]] === | === [[क्षणिक गर्म तार विधि]] === | ||
क्षणिक गर्म तार विधि (THW) गैसों, तरल पदार्थों की तापीय चालकता को मापने के लिए एक बहुत ही लोकप्रिय, सटीक और सटीक तकनीक है।<ref name="cite1">{{cite book|editor-last1=Wakeham|editor-first1=W.A. |editor-last2=Nagashima|editor-first2=A. |editor-last3=Sengers|editor-first3=J.V. |chapter=Measurement of the Transport Properties of Fluids|title=प्रायोगिक ऊष्मप्रवैगिकी, खंड III|location=Oxford |publisher=Blackwell Scientific Publications|date=1991}}</ref> ठोस,<ref>{{cite journal|last1=Assael|first1=M.J. |last2=Antoniadis|first2=K.D.|last3=Metaxa|first3=I.N. |last4=Mylona|first4=S.K. |last5=Assael|first5=J.-A.M. |last6=Wu|first6=J.|last7=Hu|first7=M. |title=सॉलिड्स की थर्मल कंडक्टिविटी के मापन के लिए एक उपन्यास पोर्टेबल एब्सोल्यूट ट्रांसिएंट हॉट-वायर इंस्ट्रूमेंट|journal= International Journal of Thermophysics|volume=36 |issue=10–11 |pages=3083–3105 |doi=10.1007/s10765-015-1964-6|year=2015 |bibcode=2015IJT....36.3083A |s2cid=118547999 }}</ref> nanofluid<ref>{{cite journal|last1=Assael|first1=M.J. |last2=Chen|first2=C.F.|last3=Metaxa|first3=I. |last4=Wakeham|first4=W.A. |title=पानी में कार्बन नैनोट्यूब के निलंबन की तापीय चालकता|journal= International Journal of Thermophysics|volume=25 |issue=4 |pages=971–985 |doi=10.1023/B:IJOT.0000038494.22494.04|year=2004 |bibcode=2004IJT....25..971A |s2cid=97459543 }}</ref> और रेफ्रिजरेंट<ref>{{cite journal |last1=Mylona |first1=Sofia K. |last2=Hughes |first2=Thomas J. |last3=Saeed |first3=Amina A. |last4=Rowland |first4=Darren |last5=Park |first5=Juwoon |last6=Tsuji |first6=Tomoya |last7=Tanaka |first7=Yukio |last8=Seiki |first8=Yoshio |last9=May |first9=Eric F. |title=Thermal conductivity data for refrigerant mixtures containing R1234yf and R1234ze(E) |journal= The Journal of Chemical Thermodynamics|volume=133 |pages=135–142 |doi=10.1016/j.jct.2019.01.028|year=2019 |s2cid=104413076 }}</ref> एक विस्तृत तापमान और दबाव सीमा में। यह तकनीक अनंत लंबाई वाले पतले ऊर्ध्वाधर धातु के तार के क्षणिक तापमान वृद्धि को रिकॉर्ड करने पर आधारित है, जब उस पर एक स्टेप वोल्टेज लगाया जाता है। तार एक द्रव में डूबा हुआ है और विद्युत ताप तत्व और प्रतिरोध थर्मामीटर दोनों के रूप में कार्य कर सकता है। क्षणिक गर्म तार विधि का अन्य तापीय चालकता पद्धति पर लाभ है क्योंकि पूर्ण विकसित सिद्धांत है और कोई अंशांकन या एकल-बिंदु अंशांकन नहीं है। इसके अलावा बहुत कम मापने के समय (1 एस) के कारण माप में कोई संवहन | क्षणिक गर्म तार विधि (THW) गैसों, तरल पदार्थों की तापीय चालकता को मापने के लिए एक बहुत ही लोकप्रिय, सटीक और सटीक तकनीक है।<ref name="cite1">{{cite book|editor-last1=Wakeham|editor-first1=W.A. |editor-last2=Nagashima|editor-first2=A. |editor-last3=Sengers|editor-first3=J.V. |chapter=Measurement of the Transport Properties of Fluids|title=प्रायोगिक ऊष्मप्रवैगिकी, खंड III|location=Oxford |publisher=Blackwell Scientific Publications|date=1991}}</ref> ठोस,<ref>{{cite journal|last1=Assael|first1=M.J. |last2=Antoniadis|first2=K.D.|last3=Metaxa|first3=I.N. |last4=Mylona|first4=S.K. |last5=Assael|first5=J.-A.M. |last6=Wu|first6=J.|last7=Hu|first7=M. |title=सॉलिड्स की थर्मल कंडक्टिविटी के मापन के लिए एक उपन्यास पोर्टेबल एब्सोल्यूट ट्रांसिएंट हॉट-वायर इंस्ट्रूमेंट|journal= International Journal of Thermophysics|volume=36 |issue=10–11 |pages=3083–3105 |doi=10.1007/s10765-015-1964-6|year=2015 |bibcode=2015IJT....36.3083A |s2cid=118547999 }}</ref> nanofluid<ref>{{cite journal|last1=Assael|first1=M.J. |last2=Chen|first2=C.F.|last3=Metaxa|first3=I. |last4=Wakeham|first4=W.A. |title=पानी में कार्बन नैनोट्यूब के निलंबन की तापीय चालकता|journal= International Journal of Thermophysics|volume=25 |issue=4 |pages=971–985 |doi=10.1023/B:IJOT.0000038494.22494.04|year=2004 |bibcode=2004IJT....25..971A |s2cid=97459543 }}</ref> और रेफ्रिजरेंट<ref>{{cite journal |last1=Mylona |first1=Sofia K. |last2=Hughes |first2=Thomas J. |last3=Saeed |first3=Amina A. |last4=Rowland |first4=Darren |last5=Park |first5=Juwoon |last6=Tsuji |first6=Tomoya |last7=Tanaka |first7=Yukio |last8=Seiki |first8=Yoshio |last9=May |first9=Eric F. |title=Thermal conductivity data for refrigerant mixtures containing R1234yf and R1234ze(E) |journal= The Journal of Chemical Thermodynamics|volume=133 |pages=135–142 |doi=10.1016/j.jct.2019.01.028|year=2019 |s2cid=104413076 }}</ref> एक विस्तृत तापमान और दबाव सीमा में। यह तकनीक अनंत लंबाई वाले पतले ऊर्ध्वाधर धातु के तार के क्षणिक तापमान वृद्धि को रिकॉर्ड करने पर आधारित है, जब उस पर एक स्टेप वोल्टेज लगाया जाता है। तार एक द्रव में डूबा हुआ है और विद्युत ताप तत्व और प्रतिरोध थर्मामीटर दोनों के रूप में कार्य कर सकता है। क्षणिक गर्म तार विधि का अन्य तापीय चालकता पद्धति पर लाभ है क्योंकि पूर्ण विकसित सिद्धांत है और कोई अंशांकन या एकल-बिंदु अंशांकन नहीं है। इसके अलावा बहुत कम मापने के समय (1 एस) के कारण माप में कोई संवहन उपस्थित नहीं है और केवल द्रव की तापीय चालकता को बहुत उच्च सटीकता के साथ मापा जाता है। | ||
अकादमिया में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश टीएचडब्ल्यू सेंसर में लंबाई में केवल अंतर के साथ दो समान बहुत पतले तार होते हैं।<ref name="cite1" />एक तार का उपयोग कर सेंसर,<ref>{{cite journal |last1=Nagasaka |first1=N. |last2=Nagashima |first2=A. |title= Simultaneous measurement of the thermal conductivity and the thermal diffusivity of liquids by the transient hot‐wire method|journal= Review of Scientific Instruments|volume=52 |issue=2 |pages=229–232 |doi=10.1063/1.1136577|year=1981 |bibcode=1981RScI...52..229N }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Fujii |first1=M. |last2=Zhang |first2=X. |last3=Imaishi |first3=N. |last4=Fujiwara |first4=S. |last5=Sakamoto |first5=T. |title=माइक्रोग्रैविटी स्थितियों के तहत तापीय चालकता और तरल पदार्थों की तापीय विसारकता का एक साथ माप|journal= International Journal of Thermophysics|volume=18 |issue=2 |pages=327–339 |doi=10.1007/BF02575164|year=1997 |bibcode=1997IJT....18..327F |s2cid=122155913 }}</ref> शिक्षा और उद्योग दोनों में उपयोग किया जाता है, दो-तार सेंसर पर लाभ के साथ सेंसर को संभालने और तार को बदलने में आसानी होती है। | अकादमिया में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश टीएचडब्ल्यू सेंसर में लंबाई में केवल अंतर के साथ दो समान बहुत पतले तार होते हैं।<ref name="cite1" />एक तार का उपयोग कर सेंसर,<ref>{{cite journal |last1=Nagasaka |first1=N. |last2=Nagashima |first2=A. |title= Simultaneous measurement of the thermal conductivity and the thermal diffusivity of liquids by the transient hot‐wire method|journal= Review of Scientific Instruments|volume=52 |issue=2 |pages=229–232 |doi=10.1063/1.1136577|year=1981 |bibcode=1981RScI...52..229N }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Fujii |first1=M. |last2=Zhang |first2=X. |last3=Imaishi |first3=N. |last4=Fujiwara |first4=S. |last5=Sakamoto |first5=T. |title=माइक्रोग्रैविटी स्थितियों के तहत तापीय चालकता और तरल पदार्थों की तापीय विसारकता का एक साथ माप|journal= International Journal of Thermophysics|volume=18 |issue=2 |pages=327–339 |doi=10.1007/BF02575164|year=1997 |bibcode=1997IJT....18..327F |s2cid=122155913 }}</ref> शिक्षा और उद्योग दोनों में उपयोग किया जाता है, दो-तार सेंसर पर लाभ के साथ सेंसर को संभालने और तार को बदलने में आसानी होती है। | ||
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एकल-क्षणिक गर्म तार विधि का उपयोग करके इंजन शीतलक के मापन के लिए एक एएसटीएम मानक प्रकाशित किया गया है।<ref>{{citation |title=ASTM D7896-14 – Standard Test Method for Thermal Conductivity, Thermal Diffusivity and Volumetric Heat Capacity of Engine Coolants and Related Fluids by Transient Hot Wire Liquid Thermal Conductivity Method, ASTM International, West Conshohocken, PA |date=2014 |doi=10.1520/D7896-14 }}</ref> | एकल-क्षणिक गर्म तार विधि का उपयोग करके इंजन शीतलक के मापन के लिए एक एएसटीएम मानक प्रकाशित किया गया है।<ref>{{citation |title=ASTM D7896-14 – Standard Test Method for Thermal Conductivity, Thermal Diffusivity and Volumetric Heat Capacity of Engine Coolants and Related Fluids by Transient Hot Wire Liquid Thermal Conductivity Method, ASTM International, West Conshohocken, PA |date=2014 |doi=10.1520/D7896-14 }}</ref> | ||
=== क्षणिक विमान स्रोत विधि === | === क्षणिक विमान स्रोत विधि === | ||
[[File:TPS sensor, model Hot Disk 4922.jpg|thumb|टीपीएस सेंसर, मॉडल हॉट डिस्क 4922, सर्पिल त्रिज्या लगभग 15 मिमी]]ट्रांसिएंट प्लेन सोर्स मेथड, एक प्लेन सेंसर का उपयोग और एक विशेष गणितीय मॉडल जो गर्मी चालकता का वर्णन करता है, इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ मिलकर, | [[File:TPS sensor, model Hot Disk 4922.jpg|thumb|टीपीएस सेंसर, मॉडल हॉट डिस्क 4922, सर्पिल त्रिज्या लगभग 15 मिमी]]ट्रांसिएंट प्लेन सोर्स मेथड, एक प्लेन सेंसर का उपयोग और एक विशेष गणितीय मॉडल जो गर्मी चालकता का वर्णन करता है, इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ मिलकर, तापीय ट्रांसपोर्ट प्रॉपर्टीज को मापने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली विधि को सक्षम बनाता है। यह कम से कम 0.01-500 W/m/K (ISO 22007-2 के अनुसार) की तापीय चालकता सीमा को कवर करता है और इसका उपयोग विभिन्न प्रकार की सामग्रियों, जैसे ठोस, तरल, पेस्ट और पतली फिल्मों आदि को मापने के लिए किया जा सकता है। 2008 में इसे पॉलिमर (नवंबर 2008) के तापीय ट्रांसपोर्ट गुणों को मापने के लिए आईएसओ-मानक के रूप में अनुमोदित किया गया था। यह टीपीएस मानक आइसोट्रोपिक और अनिसोट्रोपिक पदार्थ दोनों का परीक्षण करने के लिए इस पद्धति के उपयोग को भी सम्मलित करता है। | ||
ट्रांसिएंट प्लेन सोर्स तकनीक | ट्रांसिएंट प्लेन सोर्स तकनीक सामान्यतः दो प्रतिदर्श को आधा करती है, जिसके मध्य में सेंसर सैंडविच होता है। सामान्यतः प्रतिरूप सजातीय होने चाहिए, लेकिन प्रतिदर्श पैठ को अधिकतम करने के लिए सेंसर आकार के उचित चयन के साथ, विषम पदार्थ के क्षणिक विमान स्रोत परीक्षण का विस्तारित उपयोग संभव है। सेंसर समर्थन के रूप में उपयोग की जाने वाली ज्ञात इन्सुलेशन पदार्थ की शुरूआत के साथ, इस विधि का उपयोग एकल-पक्षीय कॉन्फ़िगरेशन में भी किया जा सकता है। | ||
चपटे संवेदक में विद्युत प्रवाहकीय निकल (नी) धातु का एक निरंतर दोहरा सर्पिल होता है, जो एक पतली पन्नी से उकेरा जाता है। निकल सर्पिल पतली [[ polyimide ]] फिल्म केप्टन की दो परतों के | चपटे संवेदक में विद्युत प्रवाहकीय निकल (नी) धातु का एक निरंतर दोहरा सर्पिल होता है, जो एक पतली पन्नी से उकेरा जाता है। निकल सर्पिल पतली [[ polyimide ]] फिल्म केप्टन की दो परतों के मध्य स्थित है। पतली केप्टन फिल्म सेंसर को विद्युत रोधन और यांत्रिक स्थिरता प्रदान करती है। मापने के लिए सेंसर को प्रतिरूप के दो हिस्सों के मध्य रखा जाता है। माप के समय एक निरंतर विद्युत प्रभाव संवाहक सर्पिल से होकर गुजरता है, जिससे सेंसर का तापमान बढ़ जाता है। पदार्थ के तापीय परिवहन गुणों के आधार पर, उत्पन्न गर्मी सेंसर के दोनों किनारों पर प्रतिरूप में फैल जाती है। सेंसर में तापमान बनाम समय की प्रतिक्रिया रिकॉर्ड करके, तापीय चालकता, तापीय प्रसार और पदार्थ की विशिष्ट ताप क्षमता की गणना की जा सकती है। अत्यधिक चालक पदार्थ के लिए, बहुत बड़े प्रतिदर्श की आवश्यकता होती है (कुछ लीटर मात्रा)। | ||
=== संशोधित क्षणिक विमान स्रोत (एमटीपीएस) विधि === | === संशोधित क्षणिक विमान स्रोत (एमटीपीएस) विधि === | ||
[[File:Thermal Conductivity Measurement, Modified Transient Plane Source Technique.png|thumb|संशोधित क्षणिक विमान स्रोत सेंसर]][https://www.youtube.com/watch?v=Htmi5J8zbQM डॉ. नैन्सी मैथिस] द्वारा विकसित संशोधित ट्रांसिएंट प्लेन सोर्स मेथड (एमटीपीएस) उपरोक्त विधि का एक रूपांतर है। डिवाइस एक तरफा, इंटरफेशियल, हीट रिफ्लेक्शन सेंसर का उपयोग करता है जो | [[File:Thermal Conductivity Measurement, Modified Transient Plane Source Technique.png|thumb|संशोधित क्षणिक विमान स्रोत सेंसर]][https://www.youtube.com/watch?v=Htmi5J8zbQM डॉ. नैन्सी मैथिस] द्वारा विकसित संशोधित ट्रांसिएंट प्लेन सोर्स मेथड (एमटीपीएस) उपरोक्त विधि का एक रूपांतर है। डिवाइस एक तरफा, इंटरफेशियल, हीट रिफ्लेक्शन सेंसर का उपयोग करता है जो प्रतिरूप के लिए एक क्षणिक, निरंतर ताप स्रोत उपयोजित करता है। इस पद्धति और ऊपर वर्णित पारंपरिक क्षणिक विमान स्रोत तकनीक के मध्य का अंतर यह है कि हीटिंग तत्व एक बैकिंग पर समर्थित है, जो यांत्रिक समर्थन, विद्युत इन्सुलेशन और तापीय इन्सुलेशन प्रदान करता है। यह संशोधन तरल पदार्थ, पाउडर, पेस्ट और ठोस पदार्थों के परीक्षण में अधिकतम लचीलापन प्रदान करने के लिए एक तरफा इंटरफेसियल माप प्रदान करता है। | ||
=== क्षणिक रेखा स्रोत विधि === | === क्षणिक रेखा स्रोत विधि === | ||
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कहाँ | कहाँ | ||
: <math>Q</math> <nowiki>[</nowiki>[[Watt]]·[[Metre]] में प्रति इकाई लंबाई की [[शक्ति (भौतिकी)]] है<sup>−1</sup><nowiki>]</nowiki> | : <math>Q</math> <nowiki>[</nowiki>[[Watt]]·[[Metre]] में प्रति इकाई लंबाई की [[शक्ति (भौतिकी)]] है<sup>−1</sup><nowiki>]</nowiki> | ||
: <math>k</math> <nowiki>[</nowiki>Watt·Metre में | : <math>k</math> <nowiki>[</nowiki>Watt·Metre में प्रतिरूप की तापीय चालकता है<sup>−1</sup>·[[केल्विन]]<sup>−1</sup><nowiki>]</nowiki> | ||
: <math>\mathrm{Ei}(x)</math> चरघातांकी समाकलन है, एक पारलौकिक गणितीय फलन | : <math>\mathrm{Ei}(x)</math> चरघातांकी समाकलन है, एक पारलौकिक गणितीय फलन | ||
: <math>r</math> लाइन स्रोत के लिए रेडियल दूरी है | : <math>r</math> लाइन स्रोत के लिए रेडियल दूरी है | ||
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:<math>T(t,r) = \frac{Q}{4 \pi k} \left\{ -\gamma -\ln \left( \frac{r^2}{4 a} \right) + \ln (t) \right\} </math> | :<math>T(t,r) = \frac{Q}{4 \pi k} \left\{ -\gamma -\ln \left( \frac{r^2}{4 a} \right) + \ln (t) \right\} </math> | ||
ध्यान दें कि RHS पर कोष्ठक में पहले दो पद अचर हैं। इस प्रकार यदि जांच तापमान को समय के प्राकृतिक लघुगणक के विरुद्ध प्लॉट किया जाता है, तो तापीय चालकता को क्यू के ज्ञान से दी गई ढलान से निर्धारित किया जा सकता है। | ध्यान दें कि RHS पर कोष्ठक में पहले दो पद अचर हैं। इस प्रकार यदि जांच तापमान को समय के प्राकृतिक लघुगणक के विरुद्ध प्लॉट किया जाता है, तो तापीय चालकता को क्यू के ज्ञान से दी गई ढलान से निर्धारित किया जा सकता है। सामान्यतः इसका अर्थ है पहले 60 से 120 सेकंड के आकड़ो को अनदेखा करना और 600 से 1200 सेकंड के लिए मापना। सामान्यतः, इस विधि का उपयोग उन गैसों और तरल पदार्थों के लिए किया जाता है जिनकी तापीय चालकता 0.1 और 50 W/(mK) के मध्य होती है। यदि तापीय चालकता बहुत अधिक है, तो आरेख अक्सर रैखिकता नहीं दिखाता है, इसलिए कोई मूल्यांकन संभव नहीं है।<ref>{{Cite web|url=https://www.tec-science.com/thermodynamics/heat/transient-hot-wire-method-method-for-determining-thermal-conductivity-thw/|title=तापीय चालकता (THW) निर्धारित करने के लिए क्षणिक-गर्म-तार विधि विधि|last=tec-science|date=2020-02-10|website=tec-science|language=en-US|access-date=2020-02-10}}</ref> | ||
=== संशोधित क्षणिक रेखा स्रोत विधि === | === संशोधित क्षणिक रेखा स्रोत विधि === | ||
[[जियोथर्मल हीट पंप]] (जीएचपी/जीएसएचपी) प्रणाली के डिजाइन के लिए पृथ्वी के एक बड़े द्रव्यमान की तापीय चालकता को मापने के लिए क्षणिक रेखा स्रोत विधि पर भिन्नता का उपयोग किया जाता है। इसे | [[जियोथर्मल हीट पंप|जियोतापीय हीट पंप]] (जीएचपी/जीएसएचपी) प्रणाली के डिजाइन के लिए पृथ्वी के एक बड़े द्रव्यमान की तापीय चालकता को मापने के लिए क्षणिक रेखा स्रोत विधि पर भिन्नता का उपयोग किया जाता है। इसे सामान्यतः GHP उद्योग द्वारा ग्राउंड तापीय रिस्पांस टेस्टिंग (TRT) कहा जाता है।<ref name=Chiasson1999>{{Cite journal | title = ग्राउंड सोर्स हीट पंप सिस्टम के मॉडलिंग में प्रगति| url = http://www.solis.pl/index.php/content/download/375/1291/file/GROUND%20SOURCE%20HEAT.pdf | year = 1999 | author = Chiasson, A.D. | publisher = Oklahoma State University | access-date = 2009-04-23 }}</ref><ref>http://www.igshpa.okstate.edu/research/papers/tc_testing_copyright.pdf Soil Thermal Conductivity Tests | ||
Richard A. Beier, Mechanical Engineering Technology Department, Oklahoma State University</ref><ref>http://www.hvac.okstate.edu/sites/default/files/pubs/papers/2002/08-Witte_VanGelder_Spitler_02.pdf In Situ Measurement of Ground Thermal Conductivity: A Dutch Perspective, Henk J.L. Witte, Guus J. van Gelder, Jeffrey D. Spitler</ref> उचित जीएचपी डिजाइन के लिए जमीनी चालकता और तापीय क्षमता को समझना आवश्यक है, और इन गुणों को मापने के लिए टीआरटी का उपयोग पहली बार 1983 (मोजेन्सन) में प्रस्तुत किया गया था। 1996 में एक्लोफ और गेहलिन द्वारा पेश की गई और अब ASHRAE द्वारा अनुमोदित अब | Richard A. Beier, Mechanical Engineering Technology Department, Oklahoma State University</ref><ref>http://www.hvac.okstate.edu/sites/default/files/pubs/papers/2002/08-Witte_VanGelder_Spitler_02.pdf In Situ Measurement of Ground Thermal Conductivity: A Dutch Perspective, Henk J.L. Witte, Guus J. van Gelder, Jeffrey D. Spitler</ref> उचित जीएचपी डिजाइन के लिए जमीनी चालकता और तापीय क्षमता को समझना आवश्यक है, और इन गुणों को मापने के लिए टीआरटी का उपयोग पहली बार 1983 (मोजेन्सन) में प्रस्तुत किया गया था। 1996 में एक्लोफ और गेहलिन द्वारा पेश की गई और अब ASHRAE द्वारा अनुमोदित अब सामान्यतः इस्तेमाल की जाने वाली प्रक्रिया में जमीन में गहराई तक एक पाइप लूप डालना सम्मलित है (एक अच्छी तरह से बोर में, ज्ञात तापीय गुणों के ग्राउट पदार्थ के साथ बोर के गुदा को भरना, गर्म करना पाइप लूप में तरल पदार्थ, और बोर में इनलेट और रिटर्न पाइप से लूप में तापमान की गिरावट को मापना। ग्राउंड तापीय कंडक्टिविटी का अनुमान लाइन स्रोत सन्निकटन विधि का उपयोग करके लगाया जाता है - मापी गई तापीय प्रतिक्रिया के लॉग पर एक सीधी रेखा की साजिश रचते हुए। इस प्रक्रिया के लिए एक बहुत ही स्थिर तापीय स्रोत और पम्पिंग सर्किट की आवश्यकता होती है। | ||
अधिक उन्नत ग्राउंड टीआरटी विधियां वर्तमान में विकास के अधीन हैं। डीओई अब एक नए उन्नत | अधिक उन्नत ग्राउंड टीआरटी विधियां वर्तमान में विकास के अधीन हैं। डीओई अब एक नए उन्नत तापीय कंडक्टिविटी परीक्षण को मान्य कर रहा है, जिसमें कहा गया है कि उपस्थिता दृष्टिकोण के रूप में आधे समय की आवश्यकता होती है, जबकि एक स्थिर तापीय स्रोत की आवश्यकता भी समाप्त हो जाती है।<ref name="Advanced Thermal Conductivity Testing">http://www.sbv.org/a/pages/level3-geothermal-round1-2 Advanced Thermal Conductivity Testing for Geothermal Heating and Cooling Systems, U.S. Department of Energy, Small Business Vouchers Pilot</ref> यह नई तकनीक बहु-आयामी मॉडल-आधारित टीआरटी आकड़ो विश्लेषण पर आधारित है। | ||
=== [[लेजर फ्लैश विधि]] === | === [[लेजर फ्लैश विधि]] === | ||
लेजर फ्लैश विधि का उपयोग मोटाई की दिशा में एक पतली डिस्क की उष्मीय विसारकता को मापने के लिए किया जाता है। यह विधि सामने के चेहरे पर एक छोटी ऊर्जा नाड़ी द्वारा निर्मित पतली-डिस्क | लेजर फ्लैश विधि का उपयोग मोटाई की दिशा में एक पतली डिस्क की उष्मीय विसारकता को मापने के लिए किया जाता है। यह विधि सामने के चेहरे पर एक छोटी ऊर्जा नाड़ी द्वारा निर्मित पतली-डिस्क प्रतिरूप के पीछे के चेहरे पर तापमान वृद्धि के मापन पर आधारित है। एक संदर्भ प्रतिरूप के साथ विशिष्ट ऊष्मा प्राप्त की जा सकती है और ज्ञात घनत्व के साथ तापीय चालकता का परिणाम निम्नानुसार होता है | ||
:<math>k(T) = a(T) \cdot c_P(T) \cdot \rho(T)</math> | :<math>k(T) = a(T) \cdot c_P(T) \cdot \rho(T)</math> | ||
कहाँ | कहाँ | ||
: <math>k</math> <nowiki>[</nowiki>Watt·Metre में | : <math>k</math> <nowiki>[</nowiki>Watt·Metre में प्रतिरूप की तापीय चालकता है<sup>−1</sup>·केल्विन<sup>−1</sup><nowiki>]</nowiki> | ||
: <math>a</math> <nowiki>[</nowiki>मीटर में | : <math>a</math> <nowiki>[</nowiki>मीटर में प्रतिरूप की तापीय विसरणशीलता है<sup>2</sup> ·दूसरा<sup>−1</sup><nowiki>]</nowiki> | ||
: <math>c_P</math> <nowiki>[</nowiki>Jul·[[किलोग्राम]] में | : <math>c_P</math> <nowiki>[</nowiki>Jul·[[किलोग्राम]] में प्रतिरूप की ऊष्मा क्षमता है<sup>−1</sup>·केल्विन<sup>−1</sup><nowiki>]</nowiki> | ||
: <math>\rho</math> <nowiki>[</nowiki>किलोग्राम·मीटर में | : <math>\rho</math> <nowiki>[</nowiki>किलोग्राम·मीटर में प्रतिरूप का [[घनत्व]] है<sup>−3</sup><nowiki>]</nowiki> | ||
यह व्यापक तापमान रेंज (-120 डिग्री सेल्सियस से 2800 डिग्री सेल्सियस) पर विभिन्न सामग्रियों की बहुलता के लिए उपयुक्त है।<ref name="ISO22007-4">{{ citation | title=ISO22007-4:2008 Plastics – Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity – Part 4: Laser flash method | url=http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=40683}}</ref> | यह व्यापक तापमान रेंज (-120 डिग्री सेल्सियस से 2800 डिग्री सेल्सियस) पर विभिन्न सामग्रियों की बहुलता के लिए उपयुक्त है।<ref name="ISO22007-4">{{ citation | title=ISO22007-4:2008 Plastics – Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity – Part 4: Laser flash method | url=http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=40683}}</ref> | ||
=== | === काल प्रक्षेत्र थर्मोरेफ्लेक्शन विधि === | ||
{{main|Time-domain thermoreflectance}} | {{main|Time-domain thermoreflectance}} | ||
काल प्रक्षेत्र थर्मोरेफ्लेक्टेंस एक ऐसी विधि है जिसके द्वारा पदार्थ के तापीय गुणों को मापा जा सकता है, सबसे महत्वपूर्ण तापीय चालकता। इस पद्धति को विशेष रूप से पतली फिल्म पदार्थ पर उपयोजित किया जा सकता है, जिसमें ऐसे गुण होते हैं जो बल्क में समान सामग्रियों की तुलना में बहुत भिन्न होते हैं। इस तकनीक के पीछे विचार यह है कि एक बार पदार्थ गर्म हो जाने पर, सतह के प्रतिबिंब में परिवर्तन का उपयोग तापीय गुणों को प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है। परावर्तकता में परिवर्तन को समय के संबंध में मापा जाता है, और प्राप्त आंकड़ों का मिलान एक ऐसे मॉडल से किया जा सकता है जिसमें गुणांक होते हैं जो तापीय गुणों के अनुरूप होते हैं। | |||
=== DynTIM विधि === | === DynTIM विधि === | ||
DynTIM एक थोक तापीय चालकता मापन प्रणाली है। DynTIM हीटर या तापमान संवेदक तत्व के लिए पावर डायोड का उपयोग करके वास्तविक | DynTIM एक थोक तापीय चालकता मापन प्रणाली है। DynTIM हीटर या तापमान संवेदक तत्व के लिए पावर डायोड का उपयोग करके वास्तविक तापीय इंटरफ़ेस पदार्थ के पर्यावरणीय मापदंडों की नकल करके काम करता है।<ref>{{cite journal |last1=Vass-Várnai |first1=András |last2=Sárkány |first2=Zoltán |last3=Rencz |first3=Márta |title=इन-सीटू वातावरण की नकल करने वाली थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री के लिए लक्षण वर्णन विधि|journal=Microelectronics Journal |date=September 2012 |volume=43 |issue=9 |pages=661–668 |doi=10.1016/j.mejo.2011.06.013 }}</ref> डायोड के चारों ओर मजबूत तापीय इन्सुलेशन होने से, गर्मी केवल एक उजागर कूलिंग टैब के माध्यम से निकल जाती है, जिसका उपयोग तापीय इंटरफ़ेस पदार्थ मापन के लिए जांच के रूप में किया जाता है। यह विधि ASTM D5470 मानक के साथ समानताएं साझा करती है, जैसे विभिन्न पदार्थ मोटाई स्तरों पर तापीय प्रतिरोध की माप।<ref>A. Vass-Várnai, M.Rencz: ‘Testing interface thermal resistance‘ In: Proceedings of eTherm'08 - The 1st International Symposium on Thermal Design and Thermophysical Property for Electronics. Tsukuba, Japan, 2008.06.18-2008.06.20. pp. 73-76. | ||
</ref> सिस्टम को उच्च तापीय चालकता | </ref> सिस्टम को उच्च तापीय चालकता तापीय इंटरफ़ेस पदार्थ को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इंसुलेटर की माप के लिए इसकी प्रयोज्यता अधिक सीमित है। | ||
== फ़्रीक्वेंसी- | == फ़्रीक्वेंसी-प्रक्षेत्र विधियाँ == | ||
===3ω-पद्धति=== | ===3ω-पद्धति=== | ||
{{Main|3ω-method}} | {{Main|3ω-method}} | ||
सामग्रियों के इलेक्ट्रो- | सामग्रियों के इलेक्ट्रो-तापीय लक्षण वर्णन के लिए एक लोकप्रिय तकनीक 3ω-पद्धति है, जिसमें एक पतली धातु संरचना (सामान्यतः एक तार या एक फिल्म) एक प्रतिरोधी हीटर और [[प्रतिरोध तापमान डिटेक्टर]] (आरटीडी) के रूप में कार्य करने के लिए प्रतिरूप पर जमा की जाती है। हीटर आवृत्ति ω पर एसी करंट से संचालित होता है, जो एकल अवधि के समय एसी संकेत के दोलन के कारण आवृत्ति 2ω पर आवधिक जूल हीटिंग को प्रेरित करता है। प्रतिरूप के गर्म होने और तापमान प्रतिक्रिया के मध्य कुछ देरी होगी जो सेंसर/प्रतिरूप के तापीय गुणों पर निर्भर है। यह तापमान प्रतिक्रिया हीटर से एसी वोल्टेज संकेत के आयाम और चरण (तरंगों) को आवृत्तियों की एक श्रृंखला में प्रवेश करके मापा जाता है (सामान्यतः [[लॉक-इन एम्पलीफायर]] का उपयोग करके पूरा किया जाता है। लॉक-इन-एम्पलीफायर)। ध्यान दें, संकेत का चरण (तरंगें) हीटिंग संकेत और तापमान प्रतिक्रिया के मध्य अंतराल है। मापा वोल्टेज में मौलिक और तीसरे हार्मोनिक घटक (क्रमशः ω और 3ω) दोनों सम्मलित होंगे, क्योंकि धातु हीटर/सेंसर के [[तापमान गुणांक]] (टीसीआर) के कारण धातु संरचना का जौल हीटिंग आवृत्ति 2ω के साथ प्रतिरोध में दोलनों को प्रेरित करता है। निम्नलिखित समीकरण में कहा गया है: | ||
:<math>V=IR=I_0e^{i\omega t}\left (R_0+\frac{\partial R}{\partial T}\Delta T \right )=I_0e^{i\omega t}\left (R_0+C_0e^{i2\omega t} \right )</math>, | :<math>V=IR=I_0e^{i\omega t}\left (R_0+\frac{\partial R}{\partial T}\Delta T \right )=I_0e^{i\omega t}\left (R_0+C_0e^{i2\omega t} \right )</math>, | ||
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जहां सी<sub>0</sub> स्थिर है। तापीय चालकता ΔT बनाम लॉग (ω) वक्र के रैखिक ढलान द्वारा निर्धारित की जाती है। 3ω-पद्धति के मुख्य लाभ विकिरण प्रभाव को कम करना और स्थिर-अवस्था तकनीकों की तुलना में तापीय चालकता की तापमान निर्भरता का आसान अधिग्रहण है। हालांकि पतली फिल्म पैटर्निंग और माइक्रोलिथोग्राफी में कुछ विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है, इस तकनीक को उपलब्ध सर्वोत्तम छद्म-संपर्क विधि माना जाता है।<ref name="TEhandbook">Rowe, David Michael. Thermoelectrics handbook : macro to nano / edited by D.M. Rowe. Boca Raton: CRC/Taylor & Francis, 2006. {{ISBN|0-8493-2264-2}}</ref> (सामान्य) | जहां सी<sub>0</sub> स्थिर है। तापीय चालकता ΔT बनाम लॉग (ω) वक्र के रैखिक ढलान द्वारा निर्धारित की जाती है। 3ω-पद्धति के मुख्य लाभ विकिरण प्रभाव को कम करना और स्थिर-अवस्था तकनीकों की तुलना में तापीय चालकता की तापमान निर्भरता का आसान अधिग्रहण है। हालांकि पतली फिल्म पैटर्निंग और माइक्रोलिथोग्राफी में कुछ विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है, इस तकनीक को उपलब्ध सर्वोत्तम छद्म-संपर्क विधि माना जाता है।<ref name="TEhandbook">Rowe, David Michael. Thermoelectrics handbook : macro to nano / edited by D.M. Rowe. Boca Raton: CRC/Taylor & Francis, 2006. {{ISBN|0-8493-2264-2}}</ref> (सामान्य) | ||
=== फ्रीक्वेंसी- | === फ्रीक्वेंसी-प्रक्षेत्र हॉट-वायर विधि === | ||
क्षणिक गर्म तार विधि को कमरे के तापमान से 800 °C तक ठोस और पिघले हुए यौगिकों की तापीय चालकता को सटीक रूप से मापने के लिए 3ω-विधि के साथ जोड़ा जा सकता है। उच्च तापमान वाले तरल पदार्थों में, संवहन और विकिरण से त्रुटियां स्थिर-अवस्था बनाती हैं और समय-क्षेत्र तापीय चालकता माप व्यापक रूप से भिन्न होते हैं;<ref>{{Cite journal|last1=Chliatzou|first1=Ch. D.|last2=Assael|first2=M. J.|last3=Antoniadis|first3=K. D.|last4=Huber|first4=M. L.|last5=Wakeham|first5=W. A.|date=2018|title=Reference Correlations for the Thermal Conductivity of 13 Inorganic Molten Salts|journal=Journal of Physical and Chemical Reference Data|language=en|volume=47|issue=3|pages=033104|doi=10.1063/1.5052343|issn=0047-2689|pmc=6459620|pmid=30983644|bibcode=2018JPCRD..47c3104C}}</ref> यह पिघला हुआ नाइट्रेट्स के पिछले मापों में स्पष्ट है।<ref>{{Cite journal|last1=Zhao|first1=Qing-Guo|last2=Hu|first2=Chun-Xu|last3=Liu|first3=Su-Jie|last4=Guo|first4=Hang|last5=Wu|first5=Yu-Ting|date=2017-12-01|title=The thermal conductivity of molten NaNO3, KNO3, and their mixtures|journal=Energy Procedia|series=Leveraging Energy Technologies and Policy Options for Low Carbon Cities|language=en|volume=143|pages=774–779|doi=10.1016/j.egypro.2017.12.761|issn=1876-6102|doi-access=free}}</ref> फ़्रीक्वेंसी- | क्षणिक गर्म तार विधि को कमरे के तापमान से 800 °C तक ठोस और पिघले हुए यौगिकों की तापीय चालकता को सटीक रूप से मापने के लिए 3ω-विधि के साथ जोड़ा जा सकता है। उच्च तापमान वाले तरल पदार्थों में, संवहन और विकिरण से त्रुटियां स्थिर-अवस्था बनाती हैं और समय-क्षेत्र तापीय चालकता माप व्यापक रूप से भिन्न होते हैं;<ref>{{Cite journal|last1=Chliatzou|first1=Ch. D.|last2=Assael|first2=M. J.|last3=Antoniadis|first3=K. D.|last4=Huber|first4=M. L.|last5=Wakeham|first5=W. A.|date=2018|title=Reference Correlations for the Thermal Conductivity of 13 Inorganic Molten Salts|journal=Journal of Physical and Chemical Reference Data|language=en|volume=47|issue=3|pages=033104|doi=10.1063/1.5052343|issn=0047-2689|pmc=6459620|pmid=30983644|bibcode=2018JPCRD..47c3104C}}</ref> यह पिघला हुआ नाइट्रेट्स के पिछले मापों में स्पष्ट है।<ref>{{Cite journal|last1=Zhao|first1=Qing-Guo|last2=Hu|first2=Chun-Xu|last3=Liu|first3=Su-Jie|last4=Guo|first4=Hang|last5=Wu|first5=Yu-Ting|date=2017-12-01|title=The thermal conductivity of molten NaNO3, KNO3, and their mixtures|journal=Energy Procedia|series=Leveraging Energy Technologies and Policy Options for Low Carbon Cities|language=en|volume=143|pages=774–779|doi=10.1016/j.egypro.2017.12.761|issn=1876-6102|doi-access=free}}</ref> फ़्रीक्वेंसी-प्रक्षेत्र में संचालित करके, तरल की तापीय चालकता को 25 माइक्रोन व्यास के गर्म-तार का उपयोग करके मापा जा सकता है, परिवेश के तापमान में उतार-चढ़ाव के प्रभाव को अस्वीकार करते हुए, विकिरण से त्रुटि को कम करना, और संवहन से त्रुटियों को कम करके जांच की गई मात्रा को नीचे रखना 1 μL।<ref>{{Cite journal|last1=Wingert|first1=M. C.|last2=Zhao|first2=A. Z.|last3=Kodera|first3=Y.|last4=Obrey|first4=S. J.|last5=Garay|first5=J. E.|date=2020-05-01|title=Frequency-domain hot-wire sensor and 3D model for thermal conductivity measurements of reactive and corrosive materials at high temperatures|journal=Review of Scientific Instruments|language=en|volume=91|issue=5|pages=054904|doi=10.1063/1.5138915|pmid=32486705 |bibcode=2020RScI...91e4904W|issn=0034-6748|doi-access=free}}</ref> | ||
=== फ्रीस्टैंडिंग सेंसर-आधारित 3ω-विधि === | === फ्रीस्टैंडिंग सेंसर-आधारित 3ω-विधि === | ||
फ्रीस्टैंडिंग सेंसर-आधारित 3ω तकनीक<ref>{{cite journal|last1=Qiu|first1=L.|last2=Tang|first2=D. W.|last3=Zheng|first3=X. H.|last4=Su|first4=G. P.|title=The freestanding sensor-based 3ω technique for measuring thermal conductivity of solids: Principle and examination|journal=Review of Scientific Instruments|date=2011|volume=82|issue=4|pages=045106–045106–6|doi=10.1063/1.3579495|pmid=21529038|bibcode=2011RScI...82d5106Q}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Qiu|first1=L.|last2=Zheng|first2=X. H.|last3=Zhu|first3=J.|last4=Tang|first4=D. W.|title=Note: Non-destructive measurement of thermal effusivity of a solid and liquid using a freestanding serpentine sensor-based 3ω technique|journal=Review of Scientific Instruments|date=2011|volume=82|issue=8|pages=086110–086110–3|doi=10.1063/1.3626937|pmid=21895288|bibcode=2011RScI...82h6110Q}}</ref> थर्मोफिजिकल गुण माप के लिए पारंपरिक 3ω विधि के लिए एक उम्मीदवार के रूप में प्रस्तावित और विकसित किया गया है। विधि क्रायोजेनिक तापमान से लगभग 400 K तक ठोस, पाउडर और तरल पदार्थ के निर्धारण को | फ्रीस्टैंडिंग सेंसर-आधारित 3ω तकनीक<ref>{{cite journal|last1=Qiu|first1=L.|last2=Tang|first2=D. W.|last3=Zheng|first3=X. H.|last4=Su|first4=G. P.|title=The freestanding sensor-based 3ω technique for measuring thermal conductivity of solids: Principle and examination|journal=Review of Scientific Instruments|date=2011|volume=82|issue=4|pages=045106–045106–6|doi=10.1063/1.3579495|pmid=21529038|bibcode=2011RScI...82d5106Q}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Qiu|first1=L.|last2=Zheng|first2=X. H.|last3=Zhu|first3=J.|last4=Tang|first4=D. W.|title=Note: Non-destructive measurement of thermal effusivity of a solid and liquid using a freestanding serpentine sensor-based 3ω technique|journal=Review of Scientific Instruments|date=2011|volume=82|issue=8|pages=086110–086110–3|doi=10.1063/1.3626937|pmid=21895288|bibcode=2011RScI...82h6110Q}}</ref> थर्मोफिजिकल गुण माप के लिए पारंपरिक 3ω विधि के लिए एक उम्मीदवार के रूप में प्रस्तावित और विकसित किया गया है। विधि क्रायोजेनिक तापमान से लगभग 400 K तक ठोस, पाउडर और तरल पदार्थ के निर्धारण को सम्मलित करती है।<ref>{{cite journal|last1=Qiu|first1=L.|last2=Zheng|first2=X. H.|last3=Su|first3=G. P.|last4=Tang|first4=D. W.|title=Design and Application of a Freestanding Sensor Based on 3ω Technique for Thermal-Conductivity Measurement of Solids, Liquids, and Nanopowders|journal=International Journal of Thermophysics|date=21 September 2011|volume=34|issue=12|pages=2261–2275|doi=10.1007/s10765-011-1075-y|s2cid=121187257}}</ref> ठोस प्रतिदर्श के लिए, विधि थोक और दसियों माइक्रोमीटर मोटी वेफर्स/झिल्लियों दोनों पर उपयोजित होती है,<ref>{{cite journal|last1=Qiu|first1=L.|last2=Zheng|first2=X.H.|last3=Yue|first3=P.|last4=Zhu|first4=J.|last5=Tang|first5=D.W.|last6=Dong|first6=Y.J.|last7=Peng|first7=Y.L.|title=Adaptable thermal conductivity characterization of microporous membranes based on freestanding sensor-based 3ω technique|journal=International Journal of Thermal Sciences|date=March 2015|volume=89|pages=185–192|doi=10.1016/j.ijthermalsci.2014.11.005}}</ref> घनी या झरझरा सतह।<ref>{{cite journal|last1=Qiu|first1=L.|last2=Li|first2=Y. M.|last3=Zheng|first3=X. H.|last4=Zhu|first4=J.|last5=Tang|first5=D. W.|last6=Wu|first6=J. Q.|last7=Xu|first7=C. H.|title=मैक्रो-पोरस पॉलिमर-व्युत्पन्न SiOC सिरेमिक का थर्मल-कंडक्टिविटी अध्ययन|journal=International Journal of Thermophysics|date=1 December 2013|volume=35|issue=1|pages=76–89|doi=10.1007/s10765-013-1542-8|s2cid=95284477}}</ref> तापीय चालकता और तापीय प्रवाहकता को क्रमशः चयनित सेंसरों का उपयोग करके मापा जा सकता है। दो मूल रूप अब उपलब्ध हैं: रैखिक स्रोत फ्रीस्टैंडिंग सेंसर और प्लानर स्रोत फ्रीस्टैंडिंग सेंसर। थर्मोफिजिकल गुणों की श्रेणी को तकनीक के विभिन्न रूपों द्वारा कवर किया जा सकता है, इस अपवाद के साथ कि अनुशंसित तापीय चालकता रेंज जहां उच्चतम परिशुद्धता प्राप्त की जा सकती है, रैखिक स्रोत फ्रीस्टैंडिंग सेंसर के लिए 0.01 से 150 W/m•K है और 500 से 8000 J/m2•K•s0.5 प्लानर स्रोत फ्रीस्टैंडिंग सेंसर के लिए। | ||
== मापने के उपकरण == | == मापने के उपकरण == | ||
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उदाहरण के लिए, ITP-MG4 Zond (रूस) की ऊष्मा चालकता का मापक यंत्र देखें।<ref>{{Cite web|url=http://www.stroypribor.ru/produkt/catalog/izmeriteli-teploprovodnosti/izmeritel-teploprovodnosti-itp-mg4-zond.html|title=Измеритель теплопроводности ИТП-МГ4 "Зонд"|website=www.stroypribor.ru|access-date=2018-07-14}}</ref> | उदाहरण के लिए, ITP-MG4 Zond (रूस) की ऊष्मा चालकता का मापक यंत्र देखें।<ref>{{Cite web|url=http://www.stroypribor.ru/produkt/catalog/izmeriteli-teploprovodnosti/izmeritel-teploprovodnosti-itp-mg4-zond.html|title=Измеритель теплопроводности ИТП-МГ4 "Зонд"|website=www.stroypribor.ru|access-date=2018-07-14}}</ref> | ||
== मानक == | == मानक == | ||
* EN 12667, निर्माण | * EN 12667, निर्माण पदार्थ और उत्पादों का तापीय प्रदर्शन। संरक्षित गर्म प्लेट और ताप प्रवाह मीटर विधियों के माध्यम से तापीय प्रतिरोध का निर्धारण। उच्च और मध्यम तापीय प्रतिरोध के उत्पाद, {{ISBN|0-580-36512-3}}. | ||
* आईएसओ 8301, | * आईएसओ 8301, तापीय इन्सुलेशन - स्थिर-अवस्था तापीय प्रतिरोध और संबंधित गुणों का निर्धारण - हीट फ्लो मीटर तंत्र [http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=15421] | ||
* आईएसओ 8497, | * आईएसओ 8497, तापीय इन्सुलेशन - परिपत्र पाइपों के लिए तापीय इन्सुलेशन के स्थिर-अवस्था तापीय ट्रांसमिशन गुणों का निर्धारण, {{ISBN|0-580-26907-8}} [http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=15707] | ||
* ISO 22007-2:2008 प्लास्टिक - तापीय चालकता और तापीय प्रसार का निर्धारण - भाग 2: क्षणिक समतल ताप स्रोत (हॉट डिस्क) विधि [http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm? सीएसनंबर = 40683] | * ISO 22007-2:2008 प्लास्टिक - तापीय चालकता और तापीय प्रसार का निर्धारण - भाग 2: क्षणिक समतल ताप स्रोत (हॉट डिस्क) विधि [http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm? सीएसनंबर = 40683] | ||
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Revision as of 19:52, 26 April 2023
तापीय चालकता को मापने के कई संभावित प्रकार हैं, उनमें से प्रत्येक पदार्थ की सीमित सीमा के लिए उपयुक्त है, जो तापीय गुणों और मध्यम तापमान पर निर्भर करता है। एक प्रतिरूप की तापीय चालकता को मापने के लिए विधियों के तीन वर्ग उपस्थित हैं: स्थिर-अवस्था, समय-प्रक्षेत्र और आवृत्ति-प्रक्षेत्र विधियाँ।
स्थिर-अवस्था के प्रकार
सामान्य रूप में, स्थिर-अवस्था तकनीकें माप करती हैं जब मापे गए पदार्थ का तापमान समय के साथ नहीं बदलता है। यह संकेत विश्लेषण को स्पष्ट बनाता है (स्थिर अवस्था का तात्पर्य निरंतर संकेतों से है)। हानि यह है कि सामान्यतः एक अच्छी तरह से व्यवस्थित प्रयोगात्मक व्यवस्था की आवश्यकता होती है।
सामान्य रूप से स्थिर-अवस्था विधियाँ, सतह क्षेत्र और मोटाई, वाले प्रतिरूप के लिए एक ज्ञात ऊष्मा प्रवाह को उपयोजित करके काम करती हैं; एक बार प्रतिरूप के स्थिर-अवस्था का तापमान पहुँच जाता है, तो प्रतिरूप की मोटाई में तापमान, , के अंतर को मापा जाता है। एक आयामी ऊष्मा प्रवाह और एक समदैशिक माध्यम को मानने के बाद, फूरियर के नियम का उपयोग तब मापी गई तापीय चालकता की गणना के लिए किया जाता है:
स्थिर-अवस्था मापन में त्रुटि के प्रमुख स्रोतों में व्यवस्था में विकिरण और संवहन ताप हानियां सम्मलित हैं, साथ ही तापीय चालकता के लिए प्रसार करने वाले प्रतिरूप की मोटाई में त्रुटियां भी सम्मलित हैं।
भूविज्ञान और भूभौतिकी में, समेकित चट्टान प्रतिदर्श के लिए सबसे सामान्य विधि विभाजित गृह है। तापमान और आवश्यक दबावों के साथ-साथ प्रतिदर्श आकार के आधार पर इन उपकरणों में कई संशोधन हैं। ज्ञात चालकता के दो प्रतिदर्श (सामान्यतः पीतल की प्लेट) के मध्य अज्ञात चालकता का एक प्रतिदर्श रखा जाता है। व्यवस्था सामान्यतः शीर्ष पर गर्म पीतल की प्लेट के साथ लंबवत होती है, मध्य में शीत पीतल की प्लेट के मध्य का प्रतिदर्श होता है। प्रतिरूप के अंतर्गत किसी भी संवहन को रोकने के लिए शीर्ष पर गर्मी की आपूर्ति की जाती है और नीचे की ओर जाने के लिए बनाया जाता है। प्रतिदर्श स्थिर अवस्था में पहुंचने के बाद माप लिया जाता है (शून्य ताप प्रवणता या पूरे प्रतिरूप पर निरंतर गर्मी के साथ), इसमें सामान्यतः लगभग 30 मिनट और अधिक समय लगता है।
अन्य स्थिर-अवस्था विधियाँ
ऊष्मा के अच्छे संवाहकों के लिए, सरेल गृह विधि का उपयोग किया जा सकता है।[1] गर्मी के खराब संवाहकों के लिए, लीज़ डिस्क विधि का उपयोग किया जा सकता है।[2]
काल प्रक्षेत्र प्रकार
क्षणिक तकनीकें गर्म करने की प्रक्रिया के समय मापन करती हैं। लाभ यह है कि माप अपेक्षाकृत जल्दी किया जा सकता है। क्षणिक विधियाँ सामान्यतः सुई जांच द्वारा की जाती हैं।
तापीय चालकता को मापने के लिए गैर-स्थिर-अवस्था विधियों को निरंतर मान प्राप्त करने के लिए संकेत की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, संकेत का अध्ययन समय के कार्य के रूप में किया जाता है। इन विधियों का लाभ यह है कि इन्हें सामान्य रूप से अधिक तेज़ी से निष्पादित किया जा सकता है, क्योंकि स्थिर स्थिति की स्थिति के लिए प्रतीक्षा करने की कोई आवश्यकता नहीं है। हानि यह है कि आकड़ो का गणितीय विश्लेषण सामान्यतः अधिक कठिन होता है।
क्षणिक गर्म तार विधि
क्षणिक गर्म तार विधि (THW) गैसों, तरल पदार्थों की तापीय चालकता को मापने के लिए एक बहुत ही लोकप्रिय, सटीक और सटीक तकनीक है।[3] ठोस,[4] nanofluid[5] और रेफ्रिजरेंट[6] एक विस्तृत तापमान और दबाव सीमा में। यह तकनीक अनंत लंबाई वाले पतले ऊर्ध्वाधर धातु के तार के क्षणिक तापमान वृद्धि को रिकॉर्ड करने पर आधारित है, जब उस पर एक स्टेप वोल्टेज लगाया जाता है। तार एक द्रव में डूबा हुआ है और विद्युत ताप तत्व और प्रतिरोध थर्मामीटर दोनों के रूप में कार्य कर सकता है। क्षणिक गर्म तार विधि का अन्य तापीय चालकता पद्धति पर लाभ है क्योंकि पूर्ण विकसित सिद्धांत है और कोई अंशांकन या एकल-बिंदु अंशांकन नहीं है। इसके अलावा बहुत कम मापने के समय (1 एस) के कारण माप में कोई संवहन उपस्थित नहीं है और केवल द्रव की तापीय चालकता को बहुत उच्च सटीकता के साथ मापा जाता है।
अकादमिया में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश टीएचडब्ल्यू सेंसर में लंबाई में केवल अंतर के साथ दो समान बहुत पतले तार होते हैं।[3]एक तार का उपयोग कर सेंसर,[7][8] शिक्षा और उद्योग दोनों में उपयोग किया जाता है, दो-तार सेंसर पर लाभ के साथ सेंसर को संभालने और तार को बदलने में आसानी होती है।
एकल-क्षणिक गर्म तार विधि का उपयोग करके इंजन शीतलक के मापन के लिए एक एएसटीएम मानक प्रकाशित किया गया है।[9]
क्षणिक विमान स्रोत विधि
ट्रांसिएंट प्लेन सोर्स मेथड, एक प्लेन सेंसर का उपयोग और एक विशेष गणितीय मॉडल जो गर्मी चालकता का वर्णन करता है, इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ मिलकर, तापीय ट्रांसपोर्ट प्रॉपर्टीज को मापने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली विधि को सक्षम बनाता है। यह कम से कम 0.01-500 W/m/K (ISO 22007-2 के अनुसार) की तापीय चालकता सीमा को कवर करता है और इसका उपयोग विभिन्न प्रकार की सामग्रियों, जैसे ठोस, तरल, पेस्ट और पतली फिल्मों आदि को मापने के लिए किया जा सकता है। 2008 में इसे पॉलिमर (नवंबर 2008) के तापीय ट्रांसपोर्ट गुणों को मापने के लिए आईएसओ-मानक के रूप में अनुमोदित किया गया था। यह टीपीएस मानक आइसोट्रोपिक और अनिसोट्रोपिक पदार्थ दोनों का परीक्षण करने के लिए इस पद्धति के उपयोग को भी सम्मलित करता है।
ट्रांसिएंट प्लेन सोर्स तकनीक सामान्यतः दो प्रतिदर्श को आधा करती है, जिसके मध्य में सेंसर सैंडविच होता है। सामान्यतः प्रतिरूप सजातीय होने चाहिए, लेकिन प्रतिदर्श पैठ को अधिकतम करने के लिए सेंसर आकार के उचित चयन के साथ, विषम पदार्थ के क्षणिक विमान स्रोत परीक्षण का विस्तारित उपयोग संभव है। सेंसर समर्थन के रूप में उपयोग की जाने वाली ज्ञात इन्सुलेशन पदार्थ की शुरूआत के साथ, इस विधि का उपयोग एकल-पक्षीय कॉन्फ़िगरेशन में भी किया जा सकता है।
चपटे संवेदक में विद्युत प्रवाहकीय निकल (नी) धातु का एक निरंतर दोहरा सर्पिल होता है, जो एक पतली पन्नी से उकेरा जाता है। निकल सर्पिल पतली polyimide फिल्म केप्टन की दो परतों के मध्य स्थित है। पतली केप्टन फिल्म सेंसर को विद्युत रोधन और यांत्रिक स्थिरता प्रदान करती है। मापने के लिए सेंसर को प्रतिरूप के दो हिस्सों के मध्य रखा जाता है। माप के समय एक निरंतर विद्युत प्रभाव संवाहक सर्पिल से होकर गुजरता है, जिससे सेंसर का तापमान बढ़ जाता है। पदार्थ के तापीय परिवहन गुणों के आधार पर, उत्पन्न गर्मी सेंसर के दोनों किनारों पर प्रतिरूप में फैल जाती है। सेंसर में तापमान बनाम समय की प्रतिक्रिया रिकॉर्ड करके, तापीय चालकता, तापीय प्रसार और पदार्थ की विशिष्ट ताप क्षमता की गणना की जा सकती है। अत्यधिक चालक पदार्थ के लिए, बहुत बड़े प्रतिदर्श की आवश्यकता होती है (कुछ लीटर मात्रा)।
संशोधित क्षणिक विमान स्रोत (एमटीपीएस) विधि
डॉ. नैन्सी मैथिस द्वारा विकसित संशोधित ट्रांसिएंट प्लेन सोर्स मेथड (एमटीपीएस) उपरोक्त विधि का एक रूपांतर है। डिवाइस एक तरफा, इंटरफेशियल, हीट रिफ्लेक्शन सेंसर का उपयोग करता है जो प्रतिरूप के लिए एक क्षणिक, निरंतर ताप स्रोत उपयोजित करता है। इस पद्धति और ऊपर वर्णित पारंपरिक क्षणिक विमान स्रोत तकनीक के मध्य का अंतर यह है कि हीटिंग तत्व एक बैकिंग पर समर्थित है, जो यांत्रिक समर्थन, विद्युत इन्सुलेशन और तापीय इन्सुलेशन प्रदान करता है। यह संशोधन तरल पदार्थ, पाउडर, पेस्ट और ठोस पदार्थों के परीक्षण में अधिकतम लचीलापन प्रदान करने के लिए एक तरफा इंटरफेसियल माप प्रदान करता है।
क्षणिक रेखा स्रोत विधि
इस पद्धति के पीछे भौतिक मॉडल अनंत लाइन स्रोत है जिसमें प्रति इकाई लंबाई निरंतर शक्ति होती है। तापमान प्रोफ़ाइल दूरी पर समय पर इस प्रकार है
कहाँ
- [Watt·Metre में प्रति इकाई लंबाई की शक्ति (भौतिकी) है−1]
- [Watt·Metre में प्रतिरूप की तापीय चालकता है−1·केल्विन−1]
- चरघातांकी समाकलन है, एक पारलौकिक गणितीय फलन
- लाइन स्रोत के लिए रेडियल दूरी है
- [मीटर में तापीय विसरणशीलता है2·दूसरा−1]
- [Second] में हीटिंग शुरू होने के बाद से कितना समय बीत चुका है
एक प्रयोग करते समय, एक निश्चित दूरी पर एक बिंदु पर तापमान को मापता है, और समय में उस तापमान का पालन करता है। बड़े समय के लिए, निम्न संबंध का उपयोग करके घातीय अभिन्न का अनुमान लगाया जा सकता है
कहाँ
- यूलर-मास्चेरोनी स्थिरांक है
यह निम्नलिखित अभिव्यक्ति की ओर जाता है
ध्यान दें कि RHS पर कोष्ठक में पहले दो पद अचर हैं। इस प्रकार यदि जांच तापमान को समय के प्राकृतिक लघुगणक के विरुद्ध प्लॉट किया जाता है, तो तापीय चालकता को क्यू के ज्ञान से दी गई ढलान से निर्धारित किया जा सकता है। सामान्यतः इसका अर्थ है पहले 60 से 120 सेकंड के आकड़ो को अनदेखा करना और 600 से 1200 सेकंड के लिए मापना। सामान्यतः, इस विधि का उपयोग उन गैसों और तरल पदार्थों के लिए किया जाता है जिनकी तापीय चालकता 0.1 और 50 W/(mK) के मध्य होती है। यदि तापीय चालकता बहुत अधिक है, तो आरेख अक्सर रैखिकता नहीं दिखाता है, इसलिए कोई मूल्यांकन संभव नहीं है।[10]
संशोधित क्षणिक रेखा स्रोत विधि
जियोतापीय हीट पंप (जीएचपी/जीएसएचपी) प्रणाली के डिजाइन के लिए पृथ्वी के एक बड़े द्रव्यमान की तापीय चालकता को मापने के लिए क्षणिक रेखा स्रोत विधि पर भिन्नता का उपयोग किया जाता है। इसे सामान्यतः GHP उद्योग द्वारा ग्राउंड तापीय रिस्पांस टेस्टिंग (TRT) कहा जाता है।[11][12][13] उचित जीएचपी डिजाइन के लिए जमीनी चालकता और तापीय क्षमता को समझना आवश्यक है, और इन गुणों को मापने के लिए टीआरटी का उपयोग पहली बार 1983 (मोजेन्सन) में प्रस्तुत किया गया था। 1996 में एक्लोफ और गेहलिन द्वारा पेश की गई और अब ASHRAE द्वारा अनुमोदित अब सामान्यतः इस्तेमाल की जाने वाली प्रक्रिया में जमीन में गहराई तक एक पाइप लूप डालना सम्मलित है (एक अच्छी तरह से बोर में, ज्ञात तापीय गुणों के ग्राउट पदार्थ के साथ बोर के गुदा को भरना, गर्म करना पाइप लूप में तरल पदार्थ, और बोर में इनलेट और रिटर्न पाइप से लूप में तापमान की गिरावट को मापना। ग्राउंड तापीय कंडक्टिविटी का अनुमान लाइन स्रोत सन्निकटन विधि का उपयोग करके लगाया जाता है - मापी गई तापीय प्रतिक्रिया के लॉग पर एक सीधी रेखा की साजिश रचते हुए। इस प्रक्रिया के लिए एक बहुत ही स्थिर तापीय स्रोत और पम्पिंग सर्किट की आवश्यकता होती है।
अधिक उन्नत ग्राउंड टीआरटी विधियां वर्तमान में विकास के अधीन हैं। डीओई अब एक नए उन्नत तापीय कंडक्टिविटी परीक्षण को मान्य कर रहा है, जिसमें कहा गया है कि उपस्थिता दृष्टिकोण के रूप में आधे समय की आवश्यकता होती है, जबकि एक स्थिर तापीय स्रोत की आवश्यकता भी समाप्त हो जाती है।[14] यह नई तकनीक बहु-आयामी मॉडल-आधारित टीआरटी आकड़ो विश्लेषण पर आधारित है।
लेजर फ्लैश विधि
लेजर फ्लैश विधि का उपयोग मोटाई की दिशा में एक पतली डिस्क की उष्मीय विसारकता को मापने के लिए किया जाता है। यह विधि सामने के चेहरे पर एक छोटी ऊर्जा नाड़ी द्वारा निर्मित पतली-डिस्क प्रतिरूप के पीछे के चेहरे पर तापमान वृद्धि के मापन पर आधारित है। एक संदर्भ प्रतिरूप के साथ विशिष्ट ऊष्मा प्राप्त की जा सकती है और ज्ञात घनत्व के साथ तापीय चालकता का परिणाम निम्नानुसार होता है
कहाँ
- [Watt·Metre में प्रतिरूप की तापीय चालकता है−1·केल्विन−1]
- [मीटर में प्रतिरूप की तापीय विसरणशीलता है2 ·दूसरा−1]
- [Jul·किलोग्राम में प्रतिरूप की ऊष्मा क्षमता है−1·केल्विन−1]
- [किलोग्राम·मीटर में प्रतिरूप का घनत्व है−3]
यह व्यापक तापमान रेंज (-120 डिग्री सेल्सियस से 2800 डिग्री सेल्सियस) पर विभिन्न सामग्रियों की बहुलता के लिए उपयुक्त है।[15]
काल प्रक्षेत्र थर्मोरेफ्लेक्शन विधि
काल प्रक्षेत्र थर्मोरेफ्लेक्टेंस एक ऐसी विधि है जिसके द्वारा पदार्थ के तापीय गुणों को मापा जा सकता है, सबसे महत्वपूर्ण तापीय चालकता। इस पद्धति को विशेष रूप से पतली फिल्म पदार्थ पर उपयोजित किया जा सकता है, जिसमें ऐसे गुण होते हैं जो बल्क में समान सामग्रियों की तुलना में बहुत भिन्न होते हैं। इस तकनीक के पीछे विचार यह है कि एक बार पदार्थ गर्म हो जाने पर, सतह के प्रतिबिंब में परिवर्तन का उपयोग तापीय गुणों को प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है। परावर्तकता में परिवर्तन को समय के संबंध में मापा जाता है, और प्राप्त आंकड़ों का मिलान एक ऐसे मॉडल से किया जा सकता है जिसमें गुणांक होते हैं जो तापीय गुणों के अनुरूप होते हैं।
DynTIM विधि
DynTIM एक थोक तापीय चालकता मापन प्रणाली है। DynTIM हीटर या तापमान संवेदक तत्व के लिए पावर डायोड का उपयोग करके वास्तविक तापीय इंटरफ़ेस पदार्थ के पर्यावरणीय मापदंडों की नकल करके काम करता है।[16] डायोड के चारों ओर मजबूत तापीय इन्सुलेशन होने से, गर्मी केवल एक उजागर कूलिंग टैब के माध्यम से निकल जाती है, जिसका उपयोग तापीय इंटरफ़ेस पदार्थ मापन के लिए जांच के रूप में किया जाता है। यह विधि ASTM D5470 मानक के साथ समानताएं साझा करती है, जैसे विभिन्न पदार्थ मोटाई स्तरों पर तापीय प्रतिरोध की माप।[17] सिस्टम को उच्च तापीय चालकता तापीय इंटरफ़ेस पदार्थ को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इंसुलेटर की माप के लिए इसकी प्रयोज्यता अधिक सीमित है।
फ़्रीक्वेंसी-प्रक्षेत्र विधियाँ
3ω-पद्धति
सामग्रियों के इलेक्ट्रो-तापीय लक्षण वर्णन के लिए एक लोकप्रिय तकनीक 3ω-पद्धति है, जिसमें एक पतली धातु संरचना (सामान्यतः एक तार या एक फिल्म) एक प्रतिरोधी हीटर और प्रतिरोध तापमान डिटेक्टर (आरटीडी) के रूप में कार्य करने के लिए प्रतिरूप पर जमा की जाती है। हीटर आवृत्ति ω पर एसी करंट से संचालित होता है, जो एकल अवधि के समय एसी संकेत के दोलन के कारण आवृत्ति 2ω पर आवधिक जूल हीटिंग को प्रेरित करता है। प्रतिरूप के गर्म होने और तापमान प्रतिक्रिया के मध्य कुछ देरी होगी जो सेंसर/प्रतिरूप के तापीय गुणों पर निर्भर है। यह तापमान प्रतिक्रिया हीटर से एसी वोल्टेज संकेत के आयाम और चरण (तरंगों) को आवृत्तियों की एक श्रृंखला में प्रवेश करके मापा जाता है (सामान्यतः लॉक-इन एम्पलीफायर का उपयोग करके पूरा किया जाता है। लॉक-इन-एम्पलीफायर)। ध्यान दें, संकेत का चरण (तरंगें) हीटिंग संकेत और तापमान प्रतिक्रिया के मध्य अंतराल है। मापा वोल्टेज में मौलिक और तीसरे हार्मोनिक घटक (क्रमशः ω और 3ω) दोनों सम्मलित होंगे, क्योंकि धातु हीटर/सेंसर के तापमान गुणांक (टीसीआर) के कारण धातु संरचना का जौल हीटिंग आवृत्ति 2ω के साथ प्रतिरोध में दोलनों को प्रेरित करता है। निम्नलिखित समीकरण में कहा गया है:
- ,
जहां सी0 स्थिर है। तापीय चालकता ΔT बनाम लॉग (ω) वक्र के रैखिक ढलान द्वारा निर्धारित की जाती है। 3ω-पद्धति के मुख्य लाभ विकिरण प्रभाव को कम करना और स्थिर-अवस्था तकनीकों की तुलना में तापीय चालकता की तापमान निर्भरता का आसान अधिग्रहण है। हालांकि पतली फिल्म पैटर्निंग और माइक्रोलिथोग्राफी में कुछ विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है, इस तकनीक को उपलब्ध सर्वोत्तम छद्म-संपर्क विधि माना जाता है।[18] (सामान्य)
फ्रीक्वेंसी-प्रक्षेत्र हॉट-वायर विधि
क्षणिक गर्म तार विधि को कमरे के तापमान से 800 °C तक ठोस और पिघले हुए यौगिकों की तापीय चालकता को सटीक रूप से मापने के लिए 3ω-विधि के साथ जोड़ा जा सकता है। उच्च तापमान वाले तरल पदार्थों में, संवहन और विकिरण से त्रुटियां स्थिर-अवस्था बनाती हैं और समय-क्षेत्र तापीय चालकता माप व्यापक रूप से भिन्न होते हैं;[19] यह पिघला हुआ नाइट्रेट्स के पिछले मापों में स्पष्ट है।[20] फ़्रीक्वेंसी-प्रक्षेत्र में संचालित करके, तरल की तापीय चालकता को 25 माइक्रोन व्यास के गर्म-तार का उपयोग करके मापा जा सकता है, परिवेश के तापमान में उतार-चढ़ाव के प्रभाव को अस्वीकार करते हुए, विकिरण से त्रुटि को कम करना, और संवहन से त्रुटियों को कम करके जांच की गई मात्रा को नीचे रखना 1 μL।[21]
फ्रीस्टैंडिंग सेंसर-आधारित 3ω-विधि
फ्रीस्टैंडिंग सेंसर-आधारित 3ω तकनीक[22][23] थर्मोफिजिकल गुण माप के लिए पारंपरिक 3ω विधि के लिए एक उम्मीदवार के रूप में प्रस्तावित और विकसित किया गया है। विधि क्रायोजेनिक तापमान से लगभग 400 K तक ठोस, पाउडर और तरल पदार्थ के निर्धारण को सम्मलित करती है।[24] ठोस प्रतिदर्श के लिए, विधि थोक और दसियों माइक्रोमीटर मोटी वेफर्स/झिल्लियों दोनों पर उपयोजित होती है,[25] घनी या झरझरा सतह।[26] तापीय चालकता और तापीय प्रवाहकता को क्रमशः चयनित सेंसरों का उपयोग करके मापा जा सकता है। दो मूल रूप अब उपलब्ध हैं: रैखिक स्रोत फ्रीस्टैंडिंग सेंसर और प्लानर स्रोत फ्रीस्टैंडिंग सेंसर। थर्मोफिजिकल गुणों की श्रेणी को तकनीक के विभिन्न रूपों द्वारा कवर किया जा सकता है, इस अपवाद के साथ कि अनुशंसित तापीय चालकता रेंज जहां उच्चतम परिशुद्धता प्राप्त की जा सकती है, रैखिक स्रोत फ्रीस्टैंडिंग सेंसर के लिए 0.01 से 150 W/m•K है और 500 से 8000 J/m2•K•s0.5 प्लानर स्रोत फ्रीस्टैंडिंग सेंसर के लिए।
मापने के उपकरण
एक तापीय चालकता परीक्षक, जेमोलॉजी के उपकरणों में से एक, यह निर्धारित करता है कि हीरे की विशिष्ट उच्च तापीय चालकता का उपयोग करके रत्न असली हीरे हैं या नहीं।
उदाहरण के लिए, ITP-MG4 Zond (रूस) की ऊष्मा चालकता का मापक यंत्र देखें।[27]
मानक
- EN 12667, निर्माण पदार्थ और उत्पादों का तापीय प्रदर्शन। संरक्षित गर्म प्लेट और ताप प्रवाह मीटर विधियों के माध्यम से तापीय प्रतिरोध का निर्धारण। उच्च और मध्यम तापीय प्रतिरोध के उत्पाद, ISBN 0-580-36512-3.
- आईएसओ 8301, तापीय इन्सुलेशन - स्थिर-अवस्था तापीय प्रतिरोध और संबंधित गुणों का निर्धारण - हीट फ्लो मीटर तंत्र [1]
- आईएसओ 8497, तापीय इन्सुलेशन - परिपत्र पाइपों के लिए तापीय इन्सुलेशन के स्थिर-अवस्था तापीय ट्रांसमिशन गुणों का निर्धारण, ISBN 0-580-26907-8 [2]
- ISO 22007-2:2008 प्लास्टिक - तापीय चालकता और तापीय प्रसार का निर्धारण - भाग 2: क्षणिक समतल ताप स्रोत (हॉट डिस्क) विधि सीएसनंबर = 40683
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बाहरी संबंध
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- A brief review of new methods measuring thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat within a single measurement is available at [7].
- A brief description of Modified Transient Plane Source (MTPS) at http://patents.ic.gc.ca/opic-cipo/cpd/eng/patent/2397102/page/2397102_20120528_description.pdf