SAE-J2302-1996 中文翻译

套管隔热的热效率测量标准

1 范围

该程序是测量套管材料对辐射热源的热效率。套管的热效率（S E）是通过在指定的温度和指定的位置和距离（相对辐射热源）测量光滑黑色的单径陶瓷棒（有或者没有标准直径的套管两种状态）的表面温度的区别来确定的。

1.1 安全性

这种方法可能涉及危险的物质，操作和设备。美国汽车工程师学会（SAE）的标准并没有提出解决其与使用相关的安全问题。本文档的使用者在使用之前有责任查阅并建立合适的安全与健康条例和确定规章使用范围。

1.2 局限性

该方法测量的温度范围是从121°C -482°C。套管的尺寸大小仅限于内径：19mm，长：30cm±2cm 。测试距离是从辐射热源表面到陶瓷棒表面的最短测量跨度。除非另有规定，标准距离是指陶瓷棒平行于热源正上方并距离其25mm±2mm。测试是在无风和没有震动的条件下执行的。不要将温度序列作为一个热循环使用。

1.3 这个测试方法是基于国标标准单位。

1.4 使用者注意：当引用本文件时，使用合适的字母代码来指定温度条件（表1），序列（表2），烟气生成选项（见6.3.2）和样品位置（见6.3.3）。例如，在SAE文件号码后的一行代码B（2）S（25）

P（3）D（20）的意思是：按照序列2的条件加热，先加热到121°C，然后再加热到260°C，测量烟气生成（S）时间不超过25s。样品的放置位置（P）是在3点钟位置，距离热源20mm（D）。把数字放在括号里。

2 参考文献

2.1 文献的适用性：以下出版物构成了该标准的一部分，并可以在此延伸。

2.1.1 NIST（美国国家标准技术研究所）出版物：来自国家标准技术协会，美国商务部，Gaithersburg（盖瑟斯堡），MD20899。（前身NBS）

NIST（NBS）报单590：关于测量热电偶和热电偶材质的方法。

3 摘要

该方法描述了测试套管隔热热效率的程序和设备。测试还包含了在指定的条件下监控烟气生成时间的可选项。通过把一个16mm外径，光滑黑色的陶瓷棒暴露于指定的辐射热源来建立基准线。通常情况下，陶瓷棒是平行于热源，并位于其上方指定的距离。陶瓷棒其他的放置位置也是可能的。在测试期间，辐射热源和陶瓷棒的表面温度都应该被记录。在建立了表面温度的基准线后，陶瓷棒套上保护材料（套管）继续测试。记录热源，套管，陶瓷棒的表面温度。在所有的测试序列，

测量辐射源温度和套管表面温度来确保套管有效性测量的一致性和准确性。如果有明显变化，则需要重复测试序列。

4意义和使用

4.1 通过该方法获得的数据适用于在本测试条件下的材料，但不一定和最终应用获得的数据相同。在专业水平要求短时间质量控制测试中得到的这些信息允许用来比较、选择或者评定市售套管。

4.2 测试装置（见图1）可以通过调整套管到热源的水平位置（3点钟位置）来减少对流热传递的影响。显示其他相对热源的位置和距离见6.3.3。

图1 测试装置俯视图

注释：○1Hot Box ：热箱；

○2Black Ceramic Cylinder w.Protective Sleeve ：黑色陶瓷棒w保护套管（在热源上方25mm处）；

○3Radiant Heat Source ：辐射热源；

○4Heat Source Thermocouple ：热源热电偶；

○5Ceramic Cylinder Surface Thermocouple ：陶瓷棒表面热电偶；

○6Ambient Air T.C. ：环境温度热电偶；

○7Sleeve Surface Thermocouple ：套管表面热电偶（在热源上方25mm 处）；

○8Radiant Heat Source Line ：辐射热源线；

○9Exploded End View ：分解侧视图。

4.3 试验条件和要求使用的一行代码必须可以实时记录温度，序列，烟气产生（可选项），几点钟的位置，离热源的距离。见1.4中所有插入数字的括号。

4.3.1 温度和序列协议：温度测试根据表1文字条件使用单个或多个列表。条件A不能使用序列号2或者3因为它是最低的指定温度。如果一个步骤序列要求使用条件A伴随着较高的温度，使用下面的Z。在B或者C条件后使用2或者3测试序列则意味着这个序列是遵循表1中的较低温度。始终使用下面的Z表示温度偏离了表1的温度序列。当使用下面的Z时，在括号中用摄氏度来表示首选的温度，用一个斜线标记来区分温度，比如，Z2（100°C/121°C）。

4.3.2 位置和距离协议：在括号中字母P加上一个合适的数字表示陶瓷棒到热源的时钟位置。从热源表面到陶瓷棒表面的辐射距离D是按照括号中mm指定的。如果没有指定位置和距离，则适用于标准条件。

5 仪器[1]

5.1 热箱：由不导电，耐火，保温的板块材料构成（详细情况见图2A和2B），在顶部内部开一个名义尺寸50cm×50cm×50cm的口。用尺寸为50mm×50mm×4mm的角铁支撑箱体面板。

图2A—热箱

注释：

○1FIRE RESISTANT THERMAL STRUCTURAL INSULATION BOARD INSIDE：内部耐火耐热保温板结构

○2Sheet metal outside：外部金属板

图2B 热箱侧视图和控制器

注释：○1DIMENSIONS IN CENTIMETERS：尺寸单位cm

5.2 通风橱：经过相关工业认可的结构和性能。

5.3 辐射热源：由320mm长×16mm外直径的单位装置构成，可以达到540°C。带黑色涂层的不锈钢护套。该护套覆盖有2.5cm高密度隔热材料。加热器可以输出1100W，240V，4.6A，且对于大多数应用来说具有自我清洁功能。[2]

5.4 温度控制器：1/4DIN连接器，数字显示控制器在温度达到540°C 时要求精度为±3°C。基于微处理器的自动调整为主要输出。输出4-20mA。操作温度为0°C -65°C。传感器输入必须接受K型热电偶[3]。

5.5 温度记录仪：电脑控制数据分析[4]。带有数字显示器的可选择手动记录数据。10个通信端口传感器输入选择。可以接受K型热电偶。操作温度0°C -55°C。在达到540°C时精度要求±3°C[5]。

5.6 K型热电偶：ANSI中K型号，由镍铬合金或镍铝合金构成。选择直径为0.5mm的固体裸铜丝。绝缘，成玻璃状或者其他可以承受超过500°C的材料。

5.7 陶瓷棒：一个纯黑色（没有刷漆）的固体黑色陶瓷芯棒，16mm 外直径×320mm长，成份为：92％Al2O3，8-10%SiO2和0.5-1％Fe2O3。

5.8 外部配电箱：一个装置，51cm×41cm×20cm，配有一个43cm ×33cm安装面板，装配上温度控制器，温度记录仪，断路器，变压器，灯和开关。

6 测试要求

6.1 样品：测试套管长度应在28cm-32cm之间，公称内径为19mm。使用测孔规测量套管内径。该套管是否存在缝合点都行。经过缝合的套管在测试时，缝合点应当在陶瓷棒的顶部。在陶瓷棒周围和测试套管之间的空气间隙（悬垂间隙）并非统一。尽量在同一位置对样品进行重复测试。

6.2 除非另有指定，测试样品应该在以下条件状态下调节，即至少24小时，在23°C±2°C和50%±5%相对湿度下。

6.3 温度：出于标准化的目的，在下列表1中选择一个或者多个测试温度条件：

6.3.1 序列：出于标准化的目的，在下列表2中选择一个测试序列。

6.3.2 在表1的温度条件后在括号中用字母S来指定烟气产生和持续时间（以秒为单位）。见4.3.1。

6.3.3 位置和距离：使用时钟位置来显示陶瓷棒相对于热源中心的圆周位置。12点钟，陶瓷棒在热源上方25mm的位置是标准的。其他的位置（P）和距离（D）必须按照4.3.2在各个零部件或者组合件图纸上标示。

6.4 不要使用序列条件去指定一个重复测试。

6.5 样品必须不能有任何缺损，否则会影响测试结果。

6.6 在无风源的环境中进行测试。空气流动不能影响测试结果。6.7 热点偶的安装

6.7.1 陶瓷棒：使热电偶与陶瓷棒的外表面接触，放在长度的中点位置（15cm），面朝热源的最低点。使用黑色氧化铝来覆盖热电偶的

连接点并在陶瓷底座灌注封胶。按照制造商的要求处理和固化粘合剂。不要缠绕或者扭曲陶瓷棒上的热电偶线，否则有损坏连接点完整性的危险。

6.7.2 测试管套：放置热电偶在中心位置（15cm）并且测试管套的最低点朝向辐射热源。缝接的管套放置在陶瓷棒上时，缝接点的位置应该与热源的方向相反。该连接点必须与材料表面直接接触。使用能够在测试温度下性能正常的细漆包铜线缠绕或者玻璃纤维导热胶带固定热电偶与套管。确保导线或者胶带不要接触热电偶末端。

6.7.3 热源：购买的热源热电偶可能不在合适的位置。如图1所示，重新调整热电偶在热源的中心位置（15cm）。确保通过铜焊或者使用黑色氧化铝和陶瓷底座灌注封胶来固定热电偶。

7 校正

7.1 仪器生产商或制定代理商应把所有的记录仪校准到合适的国家标准和技术研究所(NIST)文件中声明的精确度和仪器标签上显示的精确度。如果通过可以追溯到NIST(以前的NBS)的校准设备所获得的数据证实，用测试设备校准很恰当。

7.2 通过比较法校准热电偶，即利用NBS 590报单上描述的测试热电偶和热电偶材料的方法。对于生产商而言，提前校准热电偶是可行的。

8 测试步骤

8.1 通过把陶瓷棒（没有套管）放在热箱中建立基准线。使用在6.7中描述的技术放置热电偶并固定住。该陶瓷棒是用一个可以在大多数实验室仪器目录里面找到的自带支撑格子架结构上附带的夹子支撑。热箱的零部件根据图3A和3B来放置。除非有其他规定，该陶瓷棒必须在热源上方25mm处（见6.3.3）.将热电偶连接到温度记录仪上。

8.2 检查接地回路，反向连接和所有连接的完整性。如果需要，再次校准。在热箱里的热电偶记录的环境温度显示为23°C± 2°C开始一个测试序列。经过五次或更多加热以后，陶瓷粘合剂可能破裂，这将导致热电偶与陶瓷棒表面之间的接触存在损失。如果出现破裂，去除掉多余的粘合剂，旋转陶瓷棒，用新鲜的粘合剂重新安装热电偶连接到新的位置。

图3A 样品安装的剖视图

图3B 样品放置俯视图

8.3 打开温度控制器和记录仪的开关。设置控制器到需要的温度（见表1，6.3）。设备稳定在选择的恒定温度上足够的时间。稳定的条件可以定义为3次连续的读数不超过设定的温度± 2°C。确定达到初始稳定状态的开始点是当连续的读数（温度记录仪）显示出被测量的温度的第一个指示。对于每个设置点，随着温度的增加，可能会轻微的超过设置的温度。达到设定值（忽略轻微的浮动）时记录第一个稳定状态（图4）。从早期的实验室经验来看，套管在所有三个设定温度下从初始运行达到稳定状态要花费18-24min。持续记录在热箱里的环境温度。不要将稳定状态的测量结果作为10个数据采集点的一部分。

图4 用于建立稳定状态的初始温度测量点

8.4 控制器设定的温度稳定后，开始记录热源和陶瓷棒表面温度。在达到稳定状态后以3min为间隔记录30min。持续记录热箱里的环境温度。

8.4.1 在最后阶段，如果需要额外的步骤（见表2，6.3.1），调整控制器到表2中指定的序列条件并且重复数据采集。建立性能基线后结束测试。持续记录热箱里的环境温度。

8.5 在测试装置冷却后，把测试装置从热箱里移出，将套管滑动到陶瓷棒上。不要移动陶瓷棒上的热电偶或者陶瓷棒距离热源的位置。在陶瓷棒热电偶的正上方，套管的外表面放置另一个热电偶。为了防止移动热电偶，把他们安装在另一个高度和测试时高度一致的陶瓷棒的测试管套上。小心的将样品滑动到裸露的陶瓷棒上时可以通过将陶瓷棒的底部连接在一起来减轻与测试的陶瓷棒的连接。把装有套管的陶瓷棒放在热箱后部并且距离热源上方25mm处。如果可以的话，套管的缝接口放置在远离热源的位置。

8.6 重复8.3中描述的步骤。在陶瓷棒上的热电偶显示温度≤26°C

时开始测试步骤。在缓慢加热阶段，准备记录样品烟气生成的时间。在烟气可见时开启计时器。记录烟气生成时的温度。不要等到达到设置温度之前才开始烟气计时。当没有更多的烟气生成时停止计时。用一个秒表记录报告时间，以分和秒为单位。

8.7 达到8.3中设定的稳定恒温后，重复8.4的步骤，如果适用的话，参照8.4.1。

8.8 可靠的重复测量只可以用于在最低测试温度下的同一个套管（条件A）。

9 计算

9.1 对于每一个测试，在测试序列最后30min（稳态）记录的温度平均值作为每一个表面的测量温度。对于每一个样品在30min测试时间内间隔有10个读数。对于没有安装套管的陶瓷棒的基线，在每一个设定的恒温线将会有一个热源温度（ST）和相应的温度。对于安装有套管的样品，在每一个设定的恒温线将有一个热源温度（STS），陶瓷棒的表面温度（SSC），套管的表面温度（SST）。重复这些步骤对于2个额外的安装有套管的样品。

9.2 对9.1中3个有套管的样品：热源平均温度（ST f），陶瓷棒表面平均温度（SSC f）以及套管表面平均温度（SST f），并计算最终的平均值。

9.3 在每一个设定的热源温度恒温时，用安装有套管的陶瓷棒的表

面最终平均温度（SSC f）和没有安装套管的陶瓷棒的表面温度（BLUC）

之间的温度差来计算套管材料的有效性（S E）。见式1。

S E=BLUC-SSC f（式1）

10报告

10.1 报告应该包含以下内容：

10.1.1 样品的描述：材料的标示号和测试日期。

10.1.2 9.2中所述的没有安装有套管的陶瓷棒表面的平均温度（BLUC）。

10.1.3 9.2中所述的装有套管的陶瓷棒表面的最终平均温度（SSC f）。

10.1.4 9.2中所述的套管表面最终平均温度（SST f）。

10.1.5 9.3中所述的套管材料（S E）的有效性。

10.1.6 测试步骤的每一个阶段的热箱里的环境温度。

10.1.7 6.3.3中所述的陶瓷棒的放置位置。

10.1.8 如果需要的话，记录每一个样品的烟气生成时间和烟气温度。

10.1.9 每一个样品的原始数据和所有的计算数据。