ASTM C177-19 使用屏蔽热板装置测量稳态热通量和热传导特性的标准测试方法

美国材料与试验协会 (ASTM) 制定的标准“ASTM C177-19 使用防护热板装置测量稳态热通量和热导率的标准测试方法”描述了在实验室中测量通过平坦、均质样品与表面保持恒定温度的固体平行边界接触时的稳态热通量的标准。

为此目的而设计的测试设备称为护热板设备，是一种主要（或绝对）方法。该测试方法与 ISO 8302 标准测试方法类似，但不完全相同。

该测试方法确定了制造和操作令人满意的护热板装置所必需的一般设计要求。涵盖广泛的设备结构、测试条件和操作条件。没有提供适合该测试方法的详细设计，但必须在一般要求的约束范围内进行开发。标准（资源）中包含了护热板装置的设计、构造、校准和操作中使用的分析工具、概念和程序的示例。

该测试方法涵盖单面和双面测量模式。允许采用分布式和线源屏蔽热板设计。用户应参考 ASTM C1044 和 ASTM C1043 标准来了解有关这些加热器设计的更多详细信息。

屏蔽热板装置可以采用垂直或水平热流操作。然而，需要警告用户，如果样品内出现对流热流，从两个方向获得的测试结果可能会有所不同。

虽然对于在保护热板上能够测量的样品电导率的大小没有绝对的上限，但出于实际原因，样品电导率应该小于标准中给出的值。

该测试方法适用于各种样品的测量，从不透明固体到多孔或透明材料，以及各种环境条件，包括在极端温度和各种气体和压力下的测量。

使用该测试方法可以成功评估垂直于热流方向的不均匀性，例如分层结构。然而，测试热流方向不均匀的样品（例如热桥绝缘系统）可能会产生特定位置的结果，因此不应使用此类设备进行尝试。 ASTM C1363 标准适用于测试这些系统。

应根据 ASTM C1045 标准，计算基于使用此方法进行的测量的传热特性。

为了确保预期的精度和准确度，应用该标准的人员必须了解热测量和测试实践的要求以及与隔热材料和系统相关的传热理论的实际应用。每个设备都必须有详细的操作程序，包括设计图和电气图，以确保测试符合该测试方法。此外，应验证连接到设备的自动数据收集和处理系统的准确性。这可以通过将与校准和已知结果相关的数据集输入计算机程序来完成。

这种测试方法无法指定涵盖所有意外情况的设计和施工细节和程序，这可能会对不具备热流理论、温度测量和一般测试实践技术知识的人造成挑战。在维修或更换设备时，用户可能还会发现有必要成为设计师或制造商，或两者兼而有之，因为这对基本理解和仔细的实验​​技术的要求更高。该测试方法的标准化并不旨在以任何方式限制未来新的或改进的设备或程序的开发。

该测试方法并未指定设备运行所需的所有细节。有关取样、样品选择、预处理、样品安装和定位、测试条件选择以及测试数据评估的决策必须遵循适用的 ASTM 测试方法、指南、实践或产品规格或监管规定。如果没有适用的标准，则应使用并记录反映公认的传热原理的合理工程判断。

该测试方法允许使用多种仪器设计和设计精度来满足特定测量问题的要求。遵守此测试方法需要对报告中报告的每个变量的不确定性进行陈述。

标准中给出的图显示了理想化系统的主要组件：两个等温冷表面组件和一个护热板。有些设备可能有多个防护装置。护热板由计量部分组成，通过指定的间隔或间隙与同心主保护装置热隔离。某些设备可能有多个防护装置。测试样本夹在这三个单元之间。在双面测量模式下，样品实际上由两部分组成。在这种情况下，测量产生的结果是两个部分的平均值，因此两个部分彼此非常接近非常重要。使用单面测量模式时，适用ASTM C1044标准。对于使用包括使用管线加热器的护热板，适用 ASTM C1043。

屏蔽热板为测量提供功率（单位时间的热流），并定义实际测试体积，即实际测量的样品部分。屏蔽热板设备的主要屏蔽和任何额外的共面屏蔽（如果存在）的作用是在测试体积内提供适当的热条件，以减少设备内的横向热流。图中通过样品内的等温表面和恒定热流线的配置显示了理想条件。

与理想化配置的偏差是由于：样品不均匀性、测量部分和保护装置之间的温差（间隙不平衡）以及组件外边缘和周围受控环境之间的温差（边缘不平衡）。

设计了三个加热/冷却装置，在测量横截面内的样品表面形成等温表面。对于双面操作模式，指定为冷表面组件的两个表面设置为相同的温度。实际上，由于板材和样品的尺寸有限，并且外部控制环境的温度通常与测量部分的边缘不同，因此会出现一些横向热流。屏蔽热板的主要保护限制了计量横截面的横向热流的大小。初级保护的有效性部分取决于其横向尺寸与测量截面尺寸以及样品厚度的比率。

遵守该测试方法要求：建​​立稳定状态条件并测量通过计量部分的单向热流、计量部分的面积、样品的热表面温度和冷表面温度（或等效地，两个表面之间的温度）的温度梯度、每个样品的厚度以及计量部分和主要保护之间的保护平衡。

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