วิธีทดสอบมาตรฐาน ASTM C177-19 สำหรับการวัดฟลักซ์ความร้อนแบบคงที่และคุณสมบัติการนำความร้อนโดยใช้อุปกรณ์แผ่นความร้อนแบบมีฉนวนป้องกัน

มาตรฐาน “ASTM C177-19 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับการวัดฟลักซ์ความร้อนสถานะคงที่และการนำความร้อนโดยใช้อุปกรณ์แผ่นความร้อนที่ได้รับการป้องกัน” ที่พัฒนาโดยสมาคมการทดสอบและวัสดุแห่งอเมริกา (ASTM) อธิบายเกณฑ์สำหรับการวัดฟลักซ์ความร้อนสถานะคงที่ในห้องปฏิบัติการผ่านชิ้นงานที่แบนและเป็นเนื้อเดียวกันเมื่อสัมผัสกับขอบขนานที่เป็นของแข็งซึ่งมีพื้นผิวที่ถูกรักษาไว้ที่อุณหภูมิคงที่

อุปกรณ์ทดสอบที่ออกแบบมาเพื่อจุดประสงค์นี้เรียกว่าอุปกรณ์แผ่นร้อนแบบมีการป้องกัน และเป็นวิธีหลัก (หรือวิธีสัมบูรณ์) วิธีทดสอบนี้เปรียบเทียบได้กับวิธีการทดสอบมาตรฐาน ISO 8302 แต่ไม่เหมือนกันทุกประการ

วิธีทดสอบนี้กำหนดข้อกำหนดการออกแบบทั่วไปที่จำเป็นในการผลิตและการใช้งานอุปกรณ์แผ่นร้อนแบบป้องกันที่น่าพอใจ ครอบคลุมโครงสร้างอุปกรณ์ เงื่อนไขการทดสอบ และเงื่อนไขการทำงานที่หลากหลาย ไม่มีการจัดทำรายละเอียดการออกแบบที่เหมาะสมสำหรับวิธีการทดสอบนี้ แต่จะต้องพัฒนาภายในข้อจำกัดของข้อกำหนดทั่วไป ตัวอย่างของเครื่องมือการวิเคราะห์ แนวคิด และขั้นตอนที่ใช้ในการออกแบบ การสร้าง การสอบเทียบ และการทำงานของอุปกรณ์แผ่นร้อนแบบป้องกันนั้นรวมอยู่ในมาตรฐาน (ทรัพยากร)

วิธีทดสอบนี้ครอบคลุมทั้งโหมดการวัดด้านเดียวและสองด้าน อนุญาตให้มีการออกแบบแผ่นความร้อนแบบกระจายและแบบป้องกันแหล่งกำเนิดไฟฟ้า ผู้ใช้ควรดูมาตรฐาน ASTM C1044 และ ASTM C1043 เพื่อดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการออกแบบเครื่องทำความร้อนเหล่านี้

เครื่องทำความร้อนแบบแผ่นป้องกันสามารถใช้งานได้กับการไหลของความร้อนแบบแนวตั้งหรือแนวนอน อย่างไรก็ตาม ผู้ใช้จะต้องได้รับคำเตือนว่าหากเกิดการไหลของความร้อนแบบพาความร้อนภายในตัวอย่าง ผลการทดสอบที่ได้จากการวางแนวทั้งสองแบบอาจแตกต่างกัน

แม้ว่าจะไม่สามารถระบุขีดจำกัดสูงสุดที่แน่นอนสำหรับขนาดของค่าการนำไฟฟ้าของตัวอย่างที่สามารถวัดได้บนแผ่นความร้อนที่ได้รับการป้องกัน แต่ด้วยเหตุผลทางปฏิบัติ ค่าการนำไฟฟ้าของตัวอย่างควรจะน้อยกว่าค่าที่กำหนดไว้ในมาตรฐาน

วิธีทดสอบนี้สามารถนำไปใช้ได้กับการวัดตัวอย่างที่หลากหลาย ตั้งแต่ของแข็งทึบแสงไปจนถึงวัสดุที่มีรูพรุนหรือโปร่งใส และสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย เช่น การวัดที่อุณหภูมิที่รุนแรงและก๊าซและความดันที่หลากหลาย

ความไม่สม่ำเสมอที่ตั้งฉากกับทิศทางการไหลของความร้อน เช่น โครงสร้างแบบชั้น สามารถประเมินได้สำเร็จโดยใช้การทดสอบวิธีนี้ อย่างไรก็ตาม การทดสอบตัวอย่างที่มีความไม่สม่ำเสมอในทิศทางการไหลของความร้อน เช่น ระบบฉนวนที่เชื่อมความร้อน อาจให้ผลลัพธ์เฉพาะตำแหน่ง และไม่ควรพยายามทำโดยใช้อุปกรณ์ดังกล่าว มาตรฐาน ASTM C1363 มีผลใช้บังคับสำหรับการทดสอบระบบเหล่านี้

การคำนวณคุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนจากการวัดที่ทำโดยใช้วิธีนี้ควรทำตามมาตรฐาน ASTM C1045

เพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยำและความถูกต้องตามระดับที่คาดหวัง ผู้ที่นำมาตรฐานนี้ไปใช้จะต้องมีความรู้เกี่ยวกับข้อกำหนดสำหรับการวัดความร้อนและการทดสอบ ตลอดจนการประยุกต์ใช้ทฤษฎีการถ่ายเทความร้อนในทางปฏิบัติที่เกี่ยวข้องกับวัสดุและระบบฉนวนกันความร้อน ต้องมีขั้นตอนการปฏิบัติงานโดยละเอียด รวมถึงแผนผังการออกแบบและภาพวาดทางไฟฟ้าสำหรับแต่ละอุปกรณ์เพื่อให้แน่ใจว่าการทดสอบเป็นไปตามวิธีการทดสอบนี้ นอกจากนี้ ระบบรวบรวมและประมวลผลข้อมูลอัตโนมัติที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ควรได้รับการตรวจสอบความถูกต้อง สามารถทำได้โดยป้อนชุดข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการสอบเทียบและผลลัพธ์ที่ทราบลงในโปรแกรมคอมพิวเตอร์

วิธีการทดสอบดังกล่าวไม่สามารถระบุรายละเอียดรวมถึงขั้นตอนการออกแบบและการก่อสร้างเพื่อครอบคลุมเหตุการณ์ไม่คาดคิดทั้งหมดได้ ซึ่งอาจกลายเป็นความท้าทายสำหรับบุคคลที่ไม่มีความรู้ด้านเทคนิคเกี่ยวกับทฤษฎีการไหลของความร้อน การวัดอุณหภูมิ และแนวทางปฏิบัติในการทดสอบทั่วไป ผู้ใช้ยังอาจพบว่าจำเป็นต้องเป็นนักออกแบบหรือผู้ผลิตหรือทั้งสองอย่างเมื่อต้องซ่อมแซมหรือเปลี่ยนอุปกรณ์ซึ่งต้องมีความเข้าใจพื้นฐานและเทคนิคการทดลองที่รอบคอบมากกว่า การกำหนดมาตรฐานของวิธีการทดสอบนี้ไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อจำกัดการพัฒนาอุปกรณ์หรือขั้นตอนใหม่หรือปรับปรุงในอนาคตในทางใดๆ

วิธีทดสอบนี้ไม่ได้ระบุรายละเอียดทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการทำงานของอุปกรณ์ การตัดสินใจเกี่ยวกับการสุ่มตัวอย่าง การเลือกตัวอย่าง การปรับสภาพเบื้องต้น การติดตั้งและการวางตัวอย่าง การเลือกเงื่อนไขการทดสอบ และการประเมินข้อมูลการทดสอบจะต้องปฏิบัติตามวิธีการทดสอบ ASTM แนวทาง การปฏิบัติ หรือข้อกำหนดผลิตภัณฑ์ หรือข้อบังคับด้านกฎระเบียบที่เกี่ยวข้อง หากไม่มีมาตรฐานที่ใช้ได้ ควรใช้การตัดสินใจทางวิศวกรรมที่เหมาะสมซึ่งสะท้อนถึงหลักการถ่ายเทความร้อนที่ได้รับการยอมรับ และจัดทำเอกสารไว้

วิธีทดสอบนี้ช่วยให้สามารถออกแบบเครื่องมือและความแม่นยำในการออกแบบได้หลากหลาย เพื่อตอบสนองข้อกำหนดของปัญหาการวัดที่เจาะจง การปฏิบัติตามวิธีการทดสอบนี้ต้องมีการชี้แจงความไม่แน่นอนของตัวแปรแต่ละตัวที่รายงานไว้ในรายงาน

รูปที่แสดงในมาตรฐานแสดงให้เห็นส่วนประกอบหลักของระบบในอุดมคติ ได้แก่ ชุดพื้นผิวเย็นแบบไอโซเทอร์มอลสองชุดและแผ่นป้องกันร้อน เป็นไปได้ที่อุปกรณ์บางชนิดจะมีตัวป้องกันมากกว่าหนึ่งตัว แผ่นความร้อนแบบป้องกันประกอบด้วยส่วนที่มีการวัดซึ่งแยกความร้อนจากแผ่นป้องกันหลักแบบร่วมศูนย์กลางด้วยการแยกหรือช่องว่างที่กำหนด อุปกรณ์บางอย่างอาจมีตัวป้องกันมากกว่าหนึ่งตัว ตัวอย่างทดสอบจะถูกประกบอยู่ระหว่างสามหน่วยเหล่านี้ ในโหมดการวัดสองด้าน ตัวอย่างจะประกอบด้วยสองส่วนจริงๆ ในกรณีนี้ การวัดจะให้ผลลัพธ์ที่เป็นค่าเฉลี่ยของทั้งสองส่วน ดังนั้น จึงเป็นเรื่องสำคัญที่ทั้งสองส่วนจะต้องอยู่ใกล้กันมาก เมื่อใช้โหมดการวัดด้านเดียว จะต้องใช้มาตรฐาน ASTM C1044 สำหรับการใช้งานแผ่นร้อนแบบมีการป้องกันซึ่งรวมถึงการใช้เครื่องทำความร้อนแบบจ่ายสาย จะต้องเป็นไปตาม ASTM C1043

แผ่นทำความร้อนแบบป้องกันจะจ่ายพลังงาน (อัตราการไหลของความร้อนต่อหน่วยเวลา) เพื่อการวัด และกำหนดปริมาตรการทดสอบจริง ซึ่งก็คือส่วนของตัวอย่างที่ได้รับการวัดจริง หน้าที่ของการป้องกันเบื้องต้นของอุปกรณ์แผ่นความร้อนที่มีการป้องกันและการป้องกันร่วมระนาบเพิ่มเติม หากมี ก็คือการจัดเตรียมเงื่อนไขความร้อนที่เหมาะสมภายในปริมาตรการทดสอบเพื่อลดการไหลของความร้อนด้านข้างภายในอุปกรณ์ สภาวะที่เหมาะสมที่สุดจะแสดงในรูปโดยการกำหนดค่าของพื้นผิวอุณหภูมิคงที่และเส้นการไหลของความร้อนคงที่ภายในตัวอย่าง

ความเบี่ยงเบนจากการกำหนดค่าในอุดมคติเกิดจาก: ความไม่สม่ำเสมอของตัวอย่าง ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างส่วนที่วัดและตัวป้องกัน (ความไม่สมดุลของช่องว่าง) และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างขอบด้านนอกของชุดประกอบและสภาพแวดล้อมโดยรอบที่ควบคุม (ความไม่สมดุลของขอบ)

อุปกรณ์ทำความร้อน/ทำความเย็นสามชนิดได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างพื้นผิวอุณหภูมิคงที่บนพื้นผิวของตัวอย่างภายในหน้าตัดที่วัด พื้นผิวทั้งสองที่กำหนดให้เป็นชุดพื้นผิวเย็นจะถูกตั้งไว้ที่อุณหภูมิเดียวกันสำหรับโหมดการทำงานสองด้าน ในทางปฏิบัติ ความร้อนไหลด้านข้างเกิดขึ้นบ้าง เนื่องจากแผ่นและตัวอย่างมีขนาดจำกัด และสภาพแวดล้อมควบคุมภายนอกมักจะมีอุณหภูมิที่แตกต่างจากขอบของส่วนที่วัด การป้องกันเบื้องต้นสำหรับแผ่นความร้อนแบบป้องกันจะจำกัดขนาดของการไหลของความร้อนด้านข้างในส่วนตัดขวางที่วัดได้ ประสิทธิผลของการป้องกันขั้นต้นจะถูกกำหนดโดยส่วนหนึ่งโดยอัตราส่วนของมิติด้านข้างกับขนาดของส่วนที่วัดและกับความหนาของชิ้นงาน

การปฏิบัติตามวิธีการทดสอบนี้ต้องประกอบด้วย: การกำหนดเงื่อนไขสภาวะคงที่และการวัดการไหลของความร้อนแบบทิศทางเดียวผ่านส่วนที่วัด พื้นที่ส่วนที่วัด การไล่ระดับอุณหภูมิข้ามชิ้นงานในแง่ของอุณหภูมิของพื้นผิวที่ร้อนและอุณหภูมิของพื้นผิวที่เย็น (หรือกล่าวได้อีกนัยหนึ่งคือ อุณหภูมิระหว่างสองพื้นผิว) ความหนาของชิ้นงานแต่ละชิ้น และความสมดุลของการป้องกันระหว่างส่วนที่วัดและการป้องกันหลัก

องค์กรของเราซึ่งพยายามสนับสนุนธุรกิจจากทุกภาคส่วนด้วยการทดสอบ การวัด การวิเคราะห์และการประเมินที่หลากหลายซึ่งได้ดำเนินการมาหลายปี มีบุคลากรที่แข็งแกร่งซึ่งติดตามการพัฒนาของโลกในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอย่างใกล้ชิด และปรับปรุงตัวเองอย่างต่อเนื่อง ในบริบทนี้ บริการทดสอบยังมีให้กับธุรกิจต่างๆ ตามมาตรฐาน “วิธีการทดสอบมาตรฐาน ASTM C177-19 สำหรับการวัดฟลักซ์ความร้อนคงที่และคุณสมบัติการนำความร้อนโดยใช้อุปกรณ์แผ่นความร้อนที่ได้รับการป้องกัน”