Se colocan dos especímenes teniendo casi la misma densidad, tamaño y espesor en cada lado de la placa caliente con guarda y se sujetan firmemente por medio de las placas frías. Idealmente, las placas caliente y frías proporcionan condiciones de frontera de temperatura constante a las superficies de los especímenes. Con un aislamiento adecuado en la dirección lateral, el aparato está diseñado para proporcionar flujo de calor unidimensional Q[1] a través del área de medición de un par de muestras. La guarda secundaria es omitida algunas veces cuando las temperaturas de prueba son cercanas a la temperatura ambiente y el espesor del espécimen no es muy grande.

La placa caliente está formada de una sección de medición y otra sección de guarda primaria (o guarda para simplificar) que se fabrican de una pieza continua de material conductor térmico. Las dos placas frías se fabrican de material conductor térmico con pasajes concéntricos en su interior para el flujo de fluido proveniente del baño líquido de temperatura controlada.  Las placas caliente y frías se hacen lo suficientemente gruesas de tal manera que para las conductancias térmicas de los especímenes típicos, las variaciones de temperatura radial y axial sean bastante pequeñas.

La potencia a la placa caliente en la sección de medición se obtiene de una fuente estable de potencia, para la sección de guarda se requiere de otra fuente de potencia independiente de la primera. La medición de temperatura en las placas caliente y frías se hace a través de sensores de temperatura (típicamente termopares o termómetros de resistencia). Controles de temperatura, selectores de canales y otros instrumentos forman parte de la instrumentación para el aparato.

Durante las mediciones de conductividad térmica en el aparato, se realizan mediciones de Q y las temperaturas de las placas de manera periódica. Cuando la temperatura de las placas esta cerca de su temperatura final y es estable y Q no ha cambiado monótonamente, (estado estacionario) los datos se colectan por varias horas y se promedian sobre un intervalo de tiempo. Las mediciones de conductividad térmica (aparente)[2] l del par de muestras se determinan en concordancia con el método C 177 de la ASTM y la norma ISO 8302 [ii,[i]].

El valor de la conductividad térmica se obtiene de la medición de las demás magnitudes que intervienen en la ecuación (3) para un aparato de placa caliente con guarda con dos especímenes y dos diferencias de temperatura de la placa caliente con respecto a la placa fría y con espesores del espécimen muy parecidos (dentro del 1% de su valor, como puede ser el caso de los materiales de referencia) se tiene [iii]:

                                          (3)

 donde

Q = Flujo de calor unidimensional a través del área de medición,

DT_promedio= la media aritmética de la diferencia de temperatura (DT₁+DT₂)/2, donde DT₁ y DT₂  es la diferencia de temperaturas entre una placa fría y la placa caliente y la otra placa fría y la placa caliente respectivamente.

L_promedio= (L₁+L₂)/2 es la media aritmética del espesor de los dos especímenes L₁ y L₂,  y

2A     = Es el área a través de la cual fluye el calor, el factor dos considera el hecho de que Q sale a través de las dos caras de área A.

Para el caso cuando el espécimen es cuadrado y las placas son circulares, se coloca un aislamiento de compresibilidad y conductividad térmica similar que rodee al espécimen.

La incertidumbre de las mediciones de conductividad térmica en el aparato de placa caliente con guarda convencional depende del mantenimiento de condiciones estacionarias y temperatura uniforme y sobre la incertidumbre de la medición de las temperaturas, flujo de calor suministrado y geometría. Otro factor importante es el balance de temperaturas a través de la separación entre la sección de medición y la de aislamiento de la placa caliente. A pesar de que los aparatos de placa caliente se han usado por muchos años con mejoras continuas, todavía se experimenta considerable dificultad para establecer los errores asociados con este aparato.

La determinación de la conductividad térmica por este método es absoluta o primaria ya que sólo se requieren mediciones de longitud, temperatura y potencia eléctrica.

Aparato con medidor de flujo de calor

Un aparato con medidor de flujo de calor consiste de dos placas isotérmicas (una caliente y otra fría), uno o más transductores de flujo de calor, equipo para medir y controlar la temperatura, el espesor y la salida del transductor de flujo de calor y equipo para el control de las condiciones ambientales cuando son necesarias. En la Figura 3 se muestra el esquema de tal aparato.

El aparato de placa caliente con medidor de flujo de calor establece un flujo de calor unidimensional de estado estacionario a través de un espécimen de prueba entre dos placas paralelas a temperaturas diferentes pero constantes. Con una calibración apropiada del (los) transductor(es)  con patrones de calibración y midiendo las temperaturas de las placas y la separación entre ellas. La ley de conducción de calor de Fourier se usa para calcular la conductividad térmica.

 Este aparato utiliza un método comparativo o secundario de medición [[i],[ii] y [iii]] ya que se usan especímenes de propiedades de transporte conocidas (materiales de referencia) para calibrar el aparato. Estos materiales de referencia deben ser trazables a laboratorios primarios nacionales en los cuales se utiliza el método primario del aparato de placa caliente con guarda.