ASTM C177-19 使用屏蔽熱板裝置測量穩態熱通量和熱傳導特性的標準測試方法

美國材料與試驗協會 (ASTM) 制定的標準「ASTM C177-19 使用防護熱板裝置測量穩態熱通量和熱導率的標準測試方法」描述了在實驗室中測量透過平坦、均質樣品與表面保持恆定溫度的固體平行邊界接觸時的穩態熱通量的標準。

為此目的而設計的測試設備稱為護熱板設備，是一種主要（或絕對）方法。此測試方法與 ISO 8302 標準測試方法類似，但不完全相同。

此測試方法確定了製造和操作令人滿意的護熱板裝置所需的一般設計要求。涵蓋廣泛的設備結構、測試條件和操作條件。沒有提供適合該測試方法的詳細設計，但必須在一般要求的約束範圍內進行開發。標準（資源）中包含了護熱板裝置的設計、構造、校準和操作中使用的分析工具、概念和程序的範例。

此測試方法涵蓋單面和雙面測量模式。允許採用分散式和線源屏蔽熱板設計。使用者應參考 ASTM C1044 和 ASTM C1043 標準來了解有關這些加熱器設計的更多詳細資訊。

屏蔽熱板裝置可以採用垂直或水平熱流操作。然而，需要警告用戶，如果樣品內出現對流熱流，從兩個方向獲得的測試結果可能會有所不同。

雖然對於在保護熱板上能夠測量的樣品電導率的大小沒有絕對的上限，但出於實際原因，樣品電導率應該小於標準中給出的值。

此測試方法適用於各種樣品的測量，從不透明固體到多孔或透明材料，以及各種環境條件，包括在極端溫度和各種氣體和壓力下的測量。

使用此測試方法可以成功評估垂直於熱流方向的不均勻性，例如分層結構。然而，測試熱流方向不均勻的樣品（例如熱橋絕緣系統）可能會產生特定位置的結果，因此不應使用此類設備進行嘗試。 ASTM C1363 標準適用於測試這些系統。

應根據 ASTM C1045 標準，計算基於使用此方法進行的測量的傳熱特性。

為了確保預期的精度和準確度，應用該標準的人員必須了解熱測量和測試實踐的要求以及與隔熱材料和系統相關的傳熱理論的實際應用。每個設備都必須有詳細的操作程序，包括設計圖和電氣圖，以確保測試符合該測試方法。此外，應驗證連接到裝置的自動資料收集和處理系統的準確性。這可以透過將與校準和已知結果相關的資料集輸入電腦程式來完成。

這種測試方法無法指定涵蓋所有意外情況的設計和施工細節和程序，這可能會對不具備熱流理論、溫度測量和一般測試實踐技術知識的人造成挑戰。在維修或更換設備時，使用者可能還會發現有必要成為設計師或製造商，或兩者兼而有之，因為這對基本理解和仔細的實驗技術的要求更高。此測試方法的標準化並不旨在以任何方式限制未來新的或改進的設備或程序的開發。

此測試方法並未指定設備運作所需的所有細節。有關取樣、樣品選擇、預處理、樣品安裝和定位、測試條件選擇以及測試資料評估的決策必須遵循適用的 ASTM 測試方法、指南、實務或產品規格或監管規定。如果沒有適用的標準，則應使用並記錄反映公認的傳熱原理的合理工程判斷。

此測試方法允許使用多種儀器設計和設計精度來滿足特定測量問題的要求。遵守此測試方法需要對報告中報告的每個變數的不確定性進行陳述。

標準中給出的圖顯示了理想化系統的主要組件：兩個等溫冷表面組件和一個護熱板。有些設備可能有多個防護裝置。護熱板由計量部分組成，透過指定的間隔或間隙與同心主保護裝置熱隔離。某些設備可能有多個防護裝置。測試樣本夾在這三個單元之間。在雙面測量模式下，樣品實際上由兩個部分組成。在這種情況下，測量產生的結果是兩個部分的平均值，因此兩個部分彼此非常接近非常重要。使用單面測量模式時，適用ASTM C1044標準。對於使用包括使用管線加熱器的護熱板，適用 ASTM C1043。

屏蔽熱板為測量提供功率（單位時間的熱流），並定義實際測試體積，即實際測量的樣品部分。屏蔽熱板設備的主要屏蔽和任何額外的共面屏蔽（如果存在）的作用是在測試體積內提供適當的熱條件，以減少設備內的橫向熱流。圖中通過樣品內的等溫表面和恆定熱流線的配置顯示了理想條件。

與理想化配置的偏差是由於：樣品不均勻性、測量部分和保護裝置之間的溫差（間隙不平衡）以及組件外邊緣和周圍受控環境之間的溫差（邊緣不平衡）。

設計了三個加熱/冷卻裝置，在測量橫截面內的樣品表面形成等溫表面。對於雙面操作模式，指定為冷表面組件的兩個表面設定為相同的溫度。實際上，由於板材和樣品的尺寸有限，且外部控制環境的溫度通常與測量部分的邊緣不同，因此會出現一些橫向熱流。屏蔽熱板的主要保護限制了計量橫截面的橫向熱流的大小。初級保護的有效性部分取決於其橫向尺寸與測量截面尺寸以及樣品厚度的比率。

遵守此測試方法要求：建​​立穩定狀態條件並測量通過計量部分的單向熱流、計量部分的面積、樣品的熱表面溫度和冷表面溫度（或等效地，兩個表面之間的溫度）的溫度梯度、每個樣品的厚度以及計量部分和主要保護之間的保護平衡。

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