La norme « ASTM C177-19 Méthode d'essai standard pour les mesures de flux thermique à l'état stationnaire et de conductivité thermique au moyen d'un appareil à plaque chaude gardée » élaborée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) décrit les critères de mesure en laboratoire du flux thermique à l'état stationnaire à travers des échantillons plats et homogènes en contact avec des limites solides et parallèles dont les surfaces sont maintenues à des températures constantes.
L'appareil d'essai conçu à cet effet est connu sous le nom d'appareil à plaque chauffante gardée et constitue une méthode primaire (ou absolue). Cette méthode d’essai est comparable, mais pas identique, à la méthode d’essai standard ISO 8302.
Cette méthode d’essai établit les exigences générales de conception nécessaires à la fabrication et au fonctionnement d’un dispositif de plaque chauffante protégée satisfaisant. Couvre une large gamme de structures d'appareils, de conditions de test et de conditions de fonctionnement. Les conceptions détaillées adaptées à cette méthode d'essai ne sont pas fournies, mais doivent être développées dans les limites des exigences générales. Des exemples d’outils d’analyse, de concepts et de procédures utilisés dans la conception, la construction, l’étalonnage et le fonctionnement d’un dispositif à plaque chauffante gardée sont inclus dans la norme (Ressources).
Cette méthode de test couvre les modes de mesure unilatéral et bilatéral. Les conceptions de plaques chauffantes blindées distribuées et à source linéaire sont autorisées. L'utilisateur doit se référer aux normes ASTM C1044 et ASTM C1043 pour plus de détails sur ces conceptions de chauffage.
L'appareil à plaque chauffante blindée peut fonctionner avec un flux de chaleur vertical ou horizontal. Toutefois, l’utilisateur est averti que si un flux de chaleur convectif se produit dans les échantillons, les résultats des tests obtenus à partir des deux orientations peuvent différer.
Bien qu'aucune limite supérieure absolue ne puisse être donnée pour l'ampleur de la conductivité de l'échantillon qui peut être mesurée sur la plaque chauffante protégée, pour des raisons pratiques, la conductivité de l'échantillon doit être inférieure à la valeur donnée dans la norme.
Cette méthode d’essai est applicable à la mesure d’une grande variété d’échantillons, des solides opaques aux matériaux poreux ou transparents, et à une large gamme de conditions environnementales, y compris les mesures à des températures extrêmes et avec divers gaz et pressions.
Les inhomogénéités perpendiculaires à la direction du flux thermique, telles que les structures en couches, peuvent être évaluées avec succès à l'aide de cette méthode de test. Cependant, tester des échantillons présentant des inhomogénéités dans la direction du flux de chaleur, comme un système d'isolation à pont thermique, peut donner des résultats spécifiques à l'emplacement et ne doit pas être tenté avec ce type d'appareil. La norme ASTM C1363 est valable pour tester ces systèmes.
Le calcul des propriétés de transfert de chaleur basé sur des mesures effectuées à l'aide de cette méthode doit être effectué conformément à la norme ASTM C1045.
Pour garantir le niveau de précision et d’exactitude attendu, les personnes appliquant cette norme doivent connaître les exigences relatives aux pratiques de mesure et d’essai thermiques et l’application pratique de la théorie du transfert de chaleur en ce qui concerne les matériaux et systèmes d’isolation thermique. Des procédures d'exploitation détaillées, y compris des schémas de conception et des dessins électriques, doivent être disponibles pour chaque appareil afin de garantir que les tests sont conformes à cette méthode d'essai. De plus, les systèmes automatisés de collecte et de traitement des données connectés à l’appareil doivent être validés quant à leur exactitude. Cela peut être réalisé en saisissant des ensembles de données associés à l’étalonnage et aux résultats connus dans des programmes informatiques.
Il n’est pas pratique pour une telle méthode d’essai de spécifier les détails et les procédures de conception et de construction pour couvrir toutes les éventualités, ce qui serait difficile pour une personne sans connaissances techniques de la théorie du flux thermique, des mesures de température et des pratiques générales d’essai. L'utilisateur peut également trouver nécessaire d'être un concepteur ou un fabricant, ou les deux, lors de la réparation ou du remplacement de l'appareil, où les exigences de compréhension fondamentale et de technique expérimentale minutieuse sont plus grandes. La normalisation de cette méthode d’essai n’a pas pour but de restreindre de quelque manière que ce soit le développement futur de dispositifs ou de procédures nouveaux ou améliorés.
Cette méthode d’essai ne précise pas tous les détails nécessaires au fonctionnement de l’appareil. Les décisions concernant l'échantillonnage, la sélection des échantillons, le préconditionnement, le montage et le positionnement des échantillons, la sélection des conditions d'essai et l'évaluation des données d'essai doivent respecter les méthodes d'essai, les directives, les pratiques ou les spécifications de produits ASTM applicables ou les réglementations réglementaires. Si aucune norme applicable n’est disponible, un jugement technique solide reflétant les principes de transfert de chaleur acceptés doit être utilisé et documenté.
Cette méthode d’essai permet d’utiliser une large gamme de conceptions d’instruments et de précisions de conception pour répondre aux exigences de problèmes de mesure spécifiques. La conformité à cette méthode d’essai nécessite une déclaration de l’incertitude de chaque variable rapportée dans le rapport.
La figure donnée dans la norme montre les principaux composants du système idéalisé : deux ensembles de surfaces froides isothermes et une plaque chaude gardée. Il est possible que certains appareils aient plus d'une protection. La plaque chauffante gardée est constituée d'une section mesurée isolée thermiquement de la plaque de protection primaire concentrique par une séparation ou un espace spécifié. Certains appareils peuvent avoir plus d'une protection. L'échantillon d'essai est pris en sandwich entre ces trois unités. En mode de mesure double face, l’échantillon est en fait constitué de deux parties. Dans ce cas, la mesure produit un résultat qui est la moyenne des deux parties et il est donc important que les deux parties soient très proches l'une de l'autre. Lors de l'utilisation du mode de mesure unilatéral, la norme ASTM C1044 s'applique. Pour l'utilisation d'une plaque chauffante protégée qui comprend l'utilisation d'un réchauffeur d'alimentation en ligne, la norme ASTM C1043 s'applique.
La plaque chauffante blindée fournit la puissance (flux de chaleur par unité de temps) nécessaire à la mesure et définit le volume d'essai réel, c'est-à-dire la partie de l'échantillon qui est réellement mesurée. La fonction du blindage primaire de l'appareil à plaque chauffante blindée et de tout blindage coplanaire supplémentaire, s'il est présent, est de fournir des conditions thermiques appropriées dans le volume d'essai pour réduire le flux de chaleur latéral dans l'appareil. Les conditions idéalisées sont illustrées sur la figure par la configuration des surfaces isothermes et des lignes de flux de chaleur constant au sein de l'échantillon.
Les écarts par rapport à la configuration idéalisée sont causés par : les inhomogénéités de l'échantillon, les différences de température entre la section mesurée et la garde (déséquilibre de l'espace) et les différences de température entre le bord extérieur de l'assemblage et l'environnement contrôlé environnant (déséquilibre des bords).
Trois dispositifs de chauffage/refroidissement sont conçus pour créer des surfaces isothermes sur les surfaces des échantillons dans la section transversale mesurée. Les deux surfaces désignées comme assemblages de surfaces froides sont réglées à la même température pour le mode de fonctionnement double face. En pratique, un certain flux de chaleur latéral se produit parce que les plaques et les échantillons sont de taille finie et que l'environnement externe contrôlé est généralement à une température différente de celle du bord de la section mesurée. La protection primaire de la plaque chauffante blindée limite l'ampleur du flux thermique latéral dans la section mesurée. L'efficacité de la protection primaire est déterminée, en partie, par le rapport entre sa dimension latérale, la taille de la section mesurée et l'épaisseur de l'échantillon.
La conformité à cette méthode d'essai nécessite : l'établissement de conditions stables et la mesure du flux de chaleur unidirectionnel à travers la section mesurée, la surface de la section mesurée, le gradient de température à travers l'échantillon en termes de température de la surface chaude et de température de la surface froide (ou de manière équivalente, la température entre les deux surfaces), l'épaisseur de chaque échantillon et l'équilibre de protection entre la section mesurée et la protection primaire.
Notre organisation, qui s'efforce de soutenir les entreprises de tous les secteurs avec une large gamme d'études de tests, de mesures, d'analyses et d'évaluation qu'elle réalise depuis des années, dispose d'un personnel solide qui suit de près les développements dans le monde dans le domaine de la science et de la technologie et s'améliore constamment. Dans ce contexte, des services d’essais sont également fournis aux entreprises conformément à la norme « ASTM C177-19 Méthode d’essai standard pour les mesures de flux thermique à l’état stationnaire et les propriétés de conductivité thermique au moyen d’un appareil à plaque chauffante protégée ».
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