Kaedah Ujian Standard ASTM E1461 untuk Resapan Terma melalui Kaedah Denyar

Piawaian “Kaedah Ujian Piawai ASTM E1461 untuk Resapan Terma melalui Kilat”, yang dibangunkan oleh Persatuan Pengujian dan Bahan Amerika (ASTM), menerangkan kaedah ujian yang terutamanya melibatkan penentuan resapan terma bahan pepejal isotropik homogen. Nilai resapan terma dalam julat 0,1 hingga 1000 (mm) ^{² s⁻¹} boleh diukur menggunakan kaedah ujian ini pada suhu antara kira-kira 75 hingga 2800 K.

Amalan Piawai ASTM E2585 untuk Resapan Terma oleh Kaedah Denyar adalah tambahan kepada kaedah ujian ini dan memberikan maklumat terperinci tentang penggunaan kaedah denyar. Kedua-dua piawaian ini saling melengkapi.

Kaedah ujian ini ialah bentuk kaedah ujian standard ASTM C714 yang lebih terperinci dan boleh digunakan untuk julat bahan, aplikasi dan suhu yang lebih luas, dan ketepatan pengukuran ditingkatkan.

Kaedah ujian ini bertujuan untuk membolehkan pelbagai jenis reka bentuk peranti. Adalah tidak praktikal bagi kaedah ujian sedemikian untuk menentukan butiran pembinaan dan prosedur yang akan merangkumi semua situasi yang akan menimbulkan cabaran kepada seseorang yang tidak mempunyai pengetahuan teknikal yang berkaitan, atau untuk menyekat penyelidikan dan pembangunan kepada penambahbaikan dalam teknik asas.

Kaedah ujian ini boleh digunakan untuk pengukuran yang dilakukan pada dasarnya padat sepenuhnya (sebaik-baiknya, tetapi keliangan rendah boleh diterima), homogen, dan bahan pepejal isotropik yang legap kepada nadi tenaga yang digunakan. Pengalaman menunjukkan bahawa beberapa penyimpangan daripada peraturan ketat ini boleh ditampung melalui reka bentuk eksperimen yang teliti dan sesuai dan boleh meningkatkan kegunaan kaedah dengan ketara.

Difusi terma ialah sifat terma sementara yang penting yang diperlukan untuk tujuan seperti aplikasi reka bentuk, penentuan suhu operasi yang selamat, kawalan proses dan jaminan kualiti.

Kaedah denyar digunakan untuk mengukur keresapan terma pelbagai jenis bahan pepejal. Ia amat berfaedah kerana geometri sampelnya yang ringkas, keperluan saiz sampel yang kecil, kelajuan pengukuran dan kemudahan penggunaan.

Di bawah keadaan ketat tertentu, apabila kaedah digunakan secara kuantitatif, kapasiti haba tentu bagi sampel pepejal homogen, isotropik, legap boleh ditentukan. Hasil resapan terma, bersama-sama dengan nilai kapasiti haba tentu dan ketumpatan yang sepadan, boleh digunakan untuk memperoleh kekonduksian terma, dalam banyak kes mengikut perhubungan yang diberikan dalam piawai.

Untuk tujuan piawai ini, kekonduksian terma bahan pepejal ialah kadar masa aliran haba mantap melalui ketebalan unit plat tak terhingga bahan homogen, berserenjang dengan permukaan, terhasil daripada perbezaan suhu unit. Oleh kerana sifat ini berbeza mengikut suhu, ia mesti ditakrifkan dari segi suhu purata tertentu. Peresapan haba bahan pepejal ditentukan dengan membahagikan kekonduksian terma dengan hasil ketumpatan dan kapasiti haba per unit jisim.

Semasa ujian, sampel cakera yang kecil dan nipis tertakluk kepada nadi sinaran berintensiti tinggi dan jangka pendek. Tenaga nadi diserap pada permukaan hadapan sampel, dan peningkatan suhu muka belakang (lengkung terma) yang terhasil direkodkan. Nilai peresapan terma dikira daripada ketebalan sampel dan masa yang diperlukan untuk peningkatan suhu muka belakang mencapai peratusan tertentu daripada nilai maksimumnya. Jika resapan terma sampel akan ditentukan pada julat suhu tertentu, pengukuran mesti diulang pada setiap suhu yang berkaitan. Kaedah ujian ini diterangkan secara terperinci dalam beberapa penerbitan dan artikel ulasan. Ringkasan teori disertakan dalam lampiran standard (Lampiran X1).

Sampel biasa ialah cakera bulat nipis dengan luas permukaan hadapan lebih kecil daripada rasuk tenaga. Sampel biasanya berdiameter 10 hingga 12,5 mm (dalam kes khas, sampel sekecil 6 mm dan sebesar 30 mm boleh digunakan). Ketebalan optimum bergantung kepada magnitud anggaran resapan haba dan harus dipilih supaya masa untuk mencapai separuh suhu maksimum adalah dalam julat 10 hingga 1000 ms. Sampel yang lebih nipis lebih disukai pada suhu yang lebih tinggi untuk meminimumkan pembetulan kehilangan haba, tetapi sampel hendaklah sentiasa cukup tebal untuk mewakili bahan ujian. Ketebalan biasanya berkisar antara 1 hingga 6 mm.

Spesimen hendaklah disediakan supaya permukaannya rata dan selari dalam lingkungan 0,5 peratus daripada ketebalannya untuk mengekalkan ralat resapan haba akibat ketebalan purata yang diukur di bawah 1 peratus. Ketidakteraturan (kawah, calar, tanda) harus dielakkan pada kedua-dua permukaan.

Sebelum melakukan pengukuran, adalah amalan yang baik untuk menggunakan salutan grafit yang sangat nipis dan seragam atau bahan emisitiviti tinggi yang lain pada kedua-dua permukaan sampel yang akan diuji. Salutan boleh digunakan dengan kaedah seperti sputtering, lukisan, atau semburan. Ini meningkatkan keupayaan sampel untuk menyerap tenaga yang digunakan, terutamanya untuk bahan yang sangat reflektif. Untuk bahan lutsinar, lapisan emas, perak atau bahan legap lain hendaklah digunakan terlebih dahulu, diikuti dengan salutan grafit. Bagi sesetengah bahan pemantul legap, letupan pasir pada permukaan boleh memberikan penyerapan kejutan dan emisiviti yang mencukupi, terutamanya pada suhu tinggi di mana salutan mungkin tidak stabil atau bertindak balas dengan bahan.

Komponen asas peranti yang digunakan dalam ujian ialah sumber denyar, pemegang sampel, kepungan persekitaran (pilihan), pengesan suhu dan perakam.

• Sumber denyar boleh menjadi laser nadi, lampu kilat atau peranti lain yang mampu menghasilkan denyutan jangka pendek yang mengandungi sejumlah besar tenaga. Tempoh nadi hendaklah kurang daripada 2 peratus daripada masa yang diperlukan untuk peningkatan suhu permukaan belakang mencapai separuh nilai maksimumnya. Pembetulan panjang nadi boleh digunakan, membenarkan tempoh nadi lebih lama daripada 0,5 peratus. Tenaga nadi yang mengenai permukaan sampel hendaklah seragam dari segi ruang dalam intensiti.
• Bilik kawalan alam sekitar diperlukan untuk pengukuran di atas dan di bawah suhu bilik.
• Pengesan suhu boleh menjadi termokopel, pengesan inframerah, pyrometer optik atau mana-mana sensor lain yang mampu memberikan output elektrik linear berkadar dengan peningkatan suhu yang kecil. Ia sepatutnya mampu mengesan perubahan 0,05 K di atas suhu awal sampel. Pengesan dan penguat yang berkaitan harus mempunyai masa tindak balas tidak lebih daripada 2 peratus daripada nilai masa separuh naik.
• Perapi isyarat termasuk litar elektronik yang menyekat bacaan suhu ambien, penapis pancang, penguat dan penukar analog-ke-digital.
• Sistem pemerolehan data mestilah cukup pantas untuk memastikan bahawa, untuk lengkung haba terpantas yang mana sistem itu sesuai, resolusi dalam menentukan masa separuh naik lengkung haba tidak lebih daripada 1 peratus daripada masa separuh naik.
• Suhu sampel diukur menggunakan penderia suhu yang ditentukur seperti termokopel, pyrometer optik atau pengesan suhu rintangan platinum. Penderia suhu hendaklah bersentuhan rapat dengan pemegang sampel atau terletak berhampiran dengan sampel. Menyentuh sampel dengan termokopel tidak disyorkan. Meletakkan termokopel dalam sampel tidak boleh diterima.
• Pengawal suhu atau pengaturcara hendaklah membawa sampel ke suhu yang dikehendaki.

Organisasi kami, yang telah beroperasi selama bertahun-tahun dan mengikuti perkembangan global dalam sains dan teknologi dengan teliti, menggunakan pasukan mahir dan infrastruktur yang luas untuk menjalankan ujian, pengukuran dan analisis dalam pelbagai bidang untuk perniagaan merentas semua sektor. Dalam konteks ini, kami juga menyediakan perkhidmatan ujian mengikut Kaedah Ujian Standard ASTM E1461 untuk Resapan Terma melalui Kaedah Denyar.