DE3444383C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Wärmeübergangsstoffwerten gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 6.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus "F. Kohlrausch: Praktische Physik, Bd. 1, B. G. Teubner, Stuttgart, 22. Auflage, 1968, S. 371-385". Hier wird bei einer Stirnseite eines massiven Probekörpers geheizt und an der anderen Stirnseite gekühlt, was gleichzeitig erfolgt. Die Kühlung erfolgt über einen Kühlkörper. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel dieser Druckschrift wird innerhalb eines Hohlzylinders durch einen Heizkörper erwärmt und gleichzeitig außen durch ein Metallrohr die Wärme aufgenommen, gekühlt oder ebenfalls bei hohen Temperaturen geheizt. Dabei wird dann an zwei Querschnittspunkten innerhalb und außerhalb des Hohlzylinders die Temperatur gemessen.

Aus "International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 20, S. 259-267" wird die Probe entweder beheizt oder gekühlt, aber nicht in Folge zunächst aufgeheizt und dann gekühlt und während der Kühlung die Temperatur an zwei Punkten gemessen.

Bei der Prüfung von verschiedenen wärmetechnischen Anlagen, die unter dem Gesichtspunkt der Energiewirtschaft sehr wichtig sind, sowie bei der Messung der zeitlich veränderlichen Betriebsbedingungen von wärmetechnischen Betriebsverfahren ist es nützlich, die die Wärmeleitung charakterisierenden Parameter, und insbesondere den Wärmeübergangsstoffwert und die Raumwärmekapazität von verschiedenen Stoffen kennenzulernen. Dazu ist es bekannt, voneinander unabhängige Meßverfahren durchzuführen. Diese Meßverfahren beruhen auf verschiedenen Prinzipien. Bei der Messung des Wärmeübergangskoeffizienten werden die Temperaturänderungen auf stationärem oder instationärem Prinzip verfolgt, die spezifische Wärme unter Verwendung der klassischen oder auf dem Differentialprinzip beruhenden kalorimetrischen Messung bestimmt; aber es ist notwendig, die Dichte auch zu bestimmen; und dazu sollen die Masse und das Volumen gemessen werden. Bei der Messung des Wärmeübergangs und deren Kennzeichen wird der zu messende Stoff aufgewärmt und während der Aufwärmung wird die Temperaturänderung verfolgt, zum Beipsiel unter Verwendung von elektrischen Fühlern. Die Kenntnis der weiteren physikalischen Meßwerte des Vorganges sowie des Stoffes (wie der spezifischen Wärme, Wärmekapazität, der gesicherten Leistung, Dichte usw.) ermöglicht die Bestimmung des erwünschten Wärmeübergangsstoffwertes. Dazu muß daher eine höhere Anzahl von verschiedenen, oft kostspieligen Anlagen verwendet werden. Die Inbetriebnahme solcher Anlagen bedarf geschulten Personals.

Gleichzeitig ist es erfahrungsgemäß wohl bekannt, daß die Verwendung von in verschiedenen Zeitpunkten und unterschiedlichen Bedingungen gemessenen Parameterwerten in vielen praktischen Fällen die Erreichung einer erwünschten Zuverlässigkeit ausschließt. Das bedeutet, daß aufgrund solcher Meßwerte es oft nicht möglich ist, die unabhängigen Wärmeübergangsstoffwerte mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Eine weitere Schwierigkeit ist oft damit verbunden, daß die Temperaturabhängigkeit einiger Parameter auch gemessen werden soll, wozu zeit- und arbeitsaufwendige serienmäßige Prüfungen erforderlich sind und bei einigen Parametern können die Prüfungen ohne spezielle Anlagen nicht durchgeführt werden.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich die Temperatur der Oberflächen eines zylindrischen, z. B. rohrförmigen Probestücks, auf der Innenfläche sowie der Außenfläche, gemessen während der Kühlung, auf verschiedene Weise ändert; daher können bei einem Stoff gleichzeitig zwei unabhängige Meßkurven aufgenommen werden, die, unter Verwendung von numerischen Methoden bewertet, die Bestimmung von erwünschten Kennzeichen des Wärmeübergangs ermöglichen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Erarbeitung eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung, wodurch die Messung von zwei voneinander unabhängigen Stoffkennzeichen der Wärmeübergangskoeffizienten und der Raumwärmekapazität, sowie der aus ihnen herleitbaren Kennzeichen aufgrund eines einzigen Meßvorganges möglich ist. Dadurch soll die Zuverlässigkeit der Meßergebnisse erhöht und der Meßvorgang beschleunigt und vereinfacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 6 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung kennzeichnet sich dadurch aus, daß nicht während gleichzeitigem Erwärmen und Kühlen die Wärmeleitung bzw. der Wärmeübergang untersucht wird, sondern von einem definierten Ausgangszustand (gleichmäßige Gesamttemperatur) ausgegangen und dann zeitlich danach gekühlt wird, wobei dann während des Kühlvorganges von einem bestimmten Ausgangszustand die Messung vorgenommen wird, indem die Kühlung durch die Gaswirbelströmung in einer Weise vorgenommen wird, die es ermöglicht, bei einem beschleunigten, gleichmäßigen Vorgang mit einem einzigen Meßvorgang genaue Werte zu erzielen.

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die aus den Umgebungsbedingungen und der Gestalt des Probestücks folgenden Wärmeverluste sehr effektiv begrenzt werden, falls die Länge des zylindrischen Probestücks zumindest das Dreifache des Außendurchmessers beträgt. Bei einem Stoff hoher Wärmeleitfähigkeit kann es auch notwendig sein, daß die Länge das Achtfache des Durchmessers erreicht. Das Probestück kann ein mit einer inneren Durchgangsöffnung ausgebildeter massiver Körper sein, kann aber auch aus vollen dichten oder dünnen Scheiben zusammengestellt sein. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines rohrförmigen Behälters als Probestück, der einen schüttbaren, schmelzbaren oder gießbaren Stoff aufnehmen kann, wobei die Außenfläche und die Innenfläche durch aus einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit bereitete Wände begrenzt sind.

Der Innenraum des Probestücks, der durch die Innenfläche begrenzt und bestimmt wird, kann mit einem Kern ausgefüllt werden, der aus einem Stoff hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kupfer, besteht.

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit ist es zweckdienlich, das Kühlmittel noch vor der Einstellung der Aufwärmung in Strömung zu bringen, wodurch ein ringförmiger Raumteil gleichmäßiger Temperatur z. B. um den Raum der Aufheizung geschaffen wird.

Die Aufheizung wird zweckmäßig so lange fortgesetzt, bis die Temperaturen des Stoffes in den zwei bestimmten Punkten praktisch gleich sind. Ein Unterschied bis zu 5% ist in der Praxis annehmbar.

Zwecks Einstellung der Meßbedingungen soll manchmal vor der Anordnung des Probestücks ein Probenkörper aufgeheizt werden, dessen Gestalt mit der des Probestücks gleich ist, der jedoch keine innere Öffnung aufweist und einen aus einem Stoff hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellten vollen Körper bildet. Die Temperaturveränderung des Probekörpers wird in einem Oberflächenpunkt erfaßt. Aufgrund der Erfassung können die Strömungsbedingungen (Geschwindigkeit, Massenstrom usw.) sowie der Wert der äußeren Wärmeübergangszahl bestimmt werden. Die letztere ist bei der Bewertung der Meßergebnisse wichtig.

Im Probestück weist der Kern zweckmäßig einen Vorsprung auf, wodurch jener mit dem zugepaßten Probestück aufgehängt werden kann. Diese Aufhängung ist unter dem Gesichtspunkt der Begrenzung der zwischen dem Probestück und den damit verbundenen äußeren Einheiten zustandegekommenen Wärmekontakte, und insbesondere im Falle wichtig, wenn der Vorsprung als ein Rohr ausgebildet ist, dessen Wand aus legiertem Stahl niedriger Wärmeleitfähigkeit besteht.

Es kann zweckmäßig sein, an beiden Enden des Probestücks wärmeisolierende Elemente zu verwenden. Falls das Probestück eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, können höhere Werte des erwähnten Verhältnisses ausgewählt werden, und zweckmäßig beträgt das Verhältnis zwischen der Länge des Probenstücks und dem Außendurchmesser weniger als fünf lediglich im Falle, wenn eine effektive Wärmeisolation gewährleistet ist.

Den Erfahrungen nach ist im allgemeinen ein scheibenförmiges wärmeisolierendes Element bei den aus einem Stoff niedriger Wärmeleitfähigkeit bestehenden Probestücken nicht notwendig. Bei solchen können die Messungen auch ohne die an den Enden des Probestücks angeordneten wärmeisolierenden Scheiben durchgeführt werden. Die langen Probestücke können auch aus scheibenförmigen, mit innerer Öffnung versehenen Elementen zusammengestellt werden.

In der Innenwand der Wirbelkammer werden zweckmäßig parallel zur Längsachse geführte Schlitze ausgebildet. Jedoch kann es auch vorteilhaft sein - offensichtlich unter günstigen Strömungsbedingungen - diese Schlitze entlang einer zur Längsachs parallelen Linie zu führen. Das wesentliche bei der Anordnung der Schlitze besteht darin, daß jene eine Strömung mit Drall des Kühlungsmittels, insbesondere der Luft und derart die Vermeidung einer durch die hohe Temperatur des Probestücks hervorgerufenen aufwärts gerichteten Strömung ermöglichen. Zu diesem Zweck können Prallbleche bei den Schlitzen angeordnet werden, die als flache Elemente oder mit Fliegerprofil ausgebildet werden können und zur Leitung der Strömung des Kühlungsmittels vorgesehen sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bedarf einer von Zeit zu Zeit durchzuführenden Einstellung. Dazu soll ein Probekörper benutzt werden, dessen äußere Gestalt mit der des Probestücks identisch ist, jedoch keine Innenfläche (und keinen Innenraum) aufweist und als ein voller Körper aus einem Stoff hoher Wärmeleitfähigkeit (Kupfer, Silber usw.) ausgebildet ist. Der Probekörper wird anstelle des Probestücks eingelegt und mit einem Temperaturenfühler versehen. Die Signale des Temperaturfühlers werden durch die Signalverarbeitungseinheit analysiert und aus diesem Grund kann der Betrieb der die Strömung des Kühlmittels aufrechterhaltenden Einheit reguliert werden. Die Regelung kann aufgrund der Charakteristik der erwähnten Einheit vorgenommen werden, wobei die Förderleistung derart ausgebildet werden soll, daß ein Druck entsteht, der die Strömung mit Drall in der Umgebung des Probestücks sichert. Zweckmäßig wird die Regelung erst mit einem Probekörper durchgeführt, und danach kann schon die Charakteristik benutzt werden.

Das vorgeschlagene Verfahren und die entsprechende Vorrichtung ermöglichen die Bestimmung von erwünschten Wärmeübergangsstoffwerten aufgrund einer einzigen Messung. Die Gleichzeitigkeit der Bestimmung, d. h. die Tatsache, daß die Kennzeichen in einem Vorgang bestimmt werden können, erhöht die Zuverlässigkeit der erhaltenen Meßergebnisse, und macht die Verwendung einer höheren Anzahl von Meßvorrichtungen verschiedenen Aufbaus unnötig, beschleunigt und vereinfacht den Meßvorgang.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vor­ richtung werden nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hinweise auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die

Fig. 1 den Querschnitt einer ohne Prallbleche realisierten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seiten­ ansicht, und

Fig. 2 den Querschnitt I-I der in Fig. 1 sichtbaren Ausbildung, jedoch mit Prallblechen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zuerst ein Probestück aus dem zu prüfenden Stoff vorbereitet. Das Probestück bildet einen entlang einer Längsachse mit einer äußeren und einer inneren Oberfläche bestimmten länglichen zylindrischen Körper, der vorzugsweise rohrförmig ausgebildet ist. Das Probestück kann auch aus vollen Scheiben zusammengestellt wer­ den, die eine innere Öffnung aufweisen, wodurch sie einem Kern zugepaßt werden können. Die Scheiben können in Abhängigkeit vom jeweiligen Stoff dünn oder dick sein. Eine andere Mög­ lichkeit ist in der Vorbereitung eines einen Behälter bildenden Probestücks zu sehen, das zwischen den äußeren und inneren Ober­ flächen leer ist, und dessen Oberflächen aus einem Stoff hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen. Der zweckmäßig mit kreisringför­ migem Querschnitt bestimmte Innenraum des Behälters als Probe­ stück kann zur Aufnahme von pulverförmigen Stoffen, Proben ho­ hr Viskosität (z. B. Kunststoffschmelze usw.) vorbereitet wer­ den. Bei der Messung soll dieser Behälter als Probestück mit dem zu prüfenden Stoff ausgefüllt werden.

Vor der ersten Messung und während der Verwendung der Vorrichtung soll von Zeit zu Zeit eine Kontrolle durchgeführt werden. Dazu ist ein aus einem Stoff hoher Leitfähigkeit (Kupfer, Silber usw.) bestehender, ohne innere Öffnung, ohne Innenraum vorbereiteter Probekörper verwendbar, der an Stelle des Pro­ bestücks und seines Kerns anzuordnen ist. Damit werden die Meß­ bedingungen kontrolliert und justiert. Der Zwecke der Kontrolle besteht in der Bestimmung der Strömungsgeschwindig­ keit des Kühlmittels, insbesondere von Luft, wodurch bei den späteren Messungen die Bedingungen der gleichmäßigen Kühlung gewährleistet werden. Das Probestück und der Probekörper bilden zweckmäßig einen sol­ chen länglichen zylindrischen Körper, dessen Länge zumindest das Dreifache, vorteilhaft das Fünffache und im Falle von Metal­ len das Achtfache des Außendurchmessers bildet.

Die Enden des Probestücks werden nötigenfalls mit einer Wärmeisolation versehen, und danach wird es bis zur erwünsch­ ten Temperatur unter Verwendung eines Heizelementes, z. B. ei­ nes Ofens usw. aufgeheizt. Die erwünschte Temperatur hängt vom zu prüfenden Stoff ab, ob jener Kunststoff, Metall usw. ist. Diese Temperatur soll erstens niedriger als der Schmelzpunkt des Stoffes liegen, zweitens so ausgewählt werden, daß die Küh­ lung gut verfolgbar ist, und drittens dürfen die Bedingungen der Messung durch die die Temperaturänderung begleitenden Pro­ zesse (z. B. Ausdehnung usw.) nicht nachteilig beeinflußt wer­ den.

Auf der inneren und der äußeren Oberfläche des Probestücks werden zumindest zwei Sensoren in einer zur Längsachse senkrech­ ten Ebene, zweckmäßig entlang einer Linie im Mittelbereich der Länge des Probestücks, und insbesondere genau in der Mitte der Länge, entlang einer die Längsachse kreuzenden Linie angeord­ net. Die Sensoren sind zur Beobachtung der Temperaturverände­ rung vorgesehen. Ein Sensor liegt zum Beispiel auf der äußeren Oberfläche des Probestücks, der andere kann in einer Hülle des Kerns so eingebaut werden, daß sein aktiver Teil mit der inneren Oberfläche des Probestücks in Berührung kommt. In der Umgebung des aufgeheizten Probestücks wird bei der Er­ reichung des erwünschten Temperaturwertes die Wärmezuleitung beendet. Das kann zweckmäßig so gewährleistet werden, daß das Heizelement nach abwärts weggezogen wird. Dadurch entsteht in der Umgebung des unbeweglichen Probestücks eine Wirbelkam­ mer, deren innere Wand mit zumindest zwei länglichen Schlitzen versehen ist. Diese Schlitze als Öffnungen sind in der inneren Wand in gleichmäßiger Winkelteilung ausgebildet. Die Wirbelkammer ist mit einer äußeren Wand umgeben, worin eine Eingangsöffnung vorgesehen ist, die mit der Strömungsquel­ le des Kühlmittels (z. B. einem Ventilator) verbunden ist. Vor der Entfernung des Heizelements kann die Strömung des Kühl­ mittels eingeschaltet werden, und damit wird gewährleistet, daß die inneren und die äußeren Wände der Wirbelkammer die gleiche Temperatur aufnehmen. Nach der Entfernung des Heiz­ elementes kann das Kühlmittel in der Umgebung des Probestücks frei strömen. Bei den Enden des Probestücks sind untere und obere Öffnungen vorgesehen, wodurch das Kühlmittel ausströmen kann. Die Strömung des Kühlmittels wird durch die Schlitze und nötigenfalls durch bei den Schlitzen angeordnete flache oder gekrümmte Prallbleche auf solche Weise reguliert, daß sich das Kühlmittel beim Probestück in Strömung mit Drall be­ findet und zweckmäßig die hohe Strömungsgeschwindigkeit ent­ steht. Derart wird erreicht, daß einerseits wegen der zeitlich ständigen Wärmeübergabezahl die Kühlung so abläuft, daß jene auch mit rechentechnischen Mitteln gut verfolgt werden kann, und andererseits die longitudinalen (entlang der Längsachse zustandekommenden) Änderungen eine minimale Störung bewirken (das bedeutet, daß die Charakter der Verteilung der Kennwerte entlang der Längsachse kleine Änderungen zeigen). Durch diese Lösung kann gewährleistet werden, daß die Sensoren wirklich der radialen Temperaturänderung folgen können. Während der Küh­ lung werden Meßkurven durch die zwei erwähnten Sensoren be­ stimmt und registriert, und die Analyse deren ermöglicht die Bestimmung der notwendigen Wärmeübergangsstoffwerte. Diese Aufgabe wird zweckmäßig einer zweckdienlich programmierten Re­ cheneinheit, als Signalverarbeitungseinheit übergeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (Fig. 1 und 2) weist einen in ein Probestück 1 eingreifenden Kern 2, einen das Probe­ stück 1 umgebenden Ofen 4, einen den Ofen 4 begrenzenden Luftspalt 9, eine vom Ofen 4 durch den Luftspalt 9 getrennt angeordnete Wirbelkammer 6 mit einer inneren Wand 10 sowie ei­ ner äußeren Wand 11 und eine Eingangsöffnung 7 in der äußeren Wand 11 der Wirbelkammer 6 auf (Fig. 1). Der Kern 2 weist einen Vorsprung 3 auf, der aus einem Stoff niedriger Wärme­ leitung, insbesondere aus entsprechend legiertem Stahl rohrför­ mig ausgebildet ist. Der Vorsprung 3 ist von einem wärmeisolierenden Element 5 umgeben. An bei­ den Enden des Kerns 2 sind wärmeisolierende Elemente 5 vorgesehen. Der Vorsprung 3 ist einer Aufhängung angepaßt, wodurch der Wärmestrom stark begrenzt werden kann. Der Ofen 4 wird in diesem Falle in einer Führung angeordnet, wo­ durch jener abwärts entfernt werden kann. Nötigenfalls kann auch die umgekehrte Lage gesichert werden, wobei das Probestück 1 von unten durch den Vorsprung 3 und das wärmeisolierende Ele­ ment 5 abgestützt wird und der Ofen 4 aufwärts verschiebbar ist. In diesem Falle ist jedoch mit Schwierigkeiten wegen der Wärmeleitung der Abstützung zu rechnen, weil die Wärme­ leitung zur Verschlechterung der Zuverlässigkeit der Meßergeb­ nisse führt.

Die innere Wand 10 der Wirbelkammer 6 (Fig. 2) ist mit Schlitzen 12 versehen, die in gleichmäßiger Winkel­ teilung entlang des Umrisses der inneren Wand 10 ausgebildet sind. Neben ihnen sind Prallbleche 13 angeordnet worden, die mit flachem Profil, Strömungsprofil oder mit anderer günstiger Gestalt ausgebildet sind. Die Wirbelkammer 6 steht durch die Eingangsöffnung 7 mit einer Quelle der Strömung eines gasför­ migen Kühlmittels in Verbindung. Diese Quelle kann zum Beispiel ein Ventilator sein, wobei die Eingangsöffnung 7 zweckmäßig so angeordnet ist, daß sie sich gegenüber einem der Prallble­ che 13 befindet (Fig. 2).

Zur Durchführung der Messungen wird je ein Sensor 8 der äußeren Oberfläche und der inneren Oberfläche des Probestücks 1 angepaßt. Die Sensoren 8 liegen in einer zur Längsachse senk­ rechten Ebene, zweckmäßig in einer Linie, die in der Hälfte der Länge des Probestücks 1 liegt.

Die Wärmeisoaltion soll im allgemeinen in Abhängigkeit vom Stoff, vom Verhältnis der Länge und des Außendurch­ messers des Probestücks 1 gewährleistet werden. Erfahrungsgemäß soll das Probestück 1 zumindest dreifach so lang sein, wie sein Außendurchmesser. Besteht das Probestück 1 aus einem Stoff niedriger Wärmeleitfähigkeit, so ist die Verwendung der wärmeisolierenden Elemente 5 nicht immer notwendig. Insofern macht das Verhältnis der Länge und des Außendurchmessers nicht mehr als 8 aus. Besteht das Probestück aus Metall, ist das wärmeisolierende Ele­ ment 5 notwendig. Die Notwendigkeit der Verwendung solcher wär­ meisolierenden Elemente 5 ist in jedem Falle zu prüfen. Der Zweck ihrer Benutzung besteht darin, während der Messung solche Bedingungen zu schaffen, wodurch die Temperaturverände­ rung in Richtung senkrecht zur Längsachse, in der Ebene der Sensoren 8, und im allgemeinen in den zur Längsachse senkrech­ ten Ebenen homogen wird, der Charakter der Temperaturverteilung in longitudinaler Richtung minimale Veränderungen während der Kühlung zeigt. Erfahrungsgemäß können die Meßbedingungen mit dem Wert der in der Wärmetechnik wohl bekannten Biot-Zahl verbun­ den werden, deren Wert von der äußeren Wärmeübergabezahl, dem Außendurchmesser des Probestücks und dem Wärmeübergangskoeffi­ zienten abhängig ist. Die Vorrichtung arbeitet gut im Bereich von 0,5 bis 10 der Biot-Zahl, und der optimale Bereich um­ faßt die Werte von 1 bis 5. Diese Zahl kann gut durch die Regulierung der Strömung des Kühlmittels beeinflußt werden und dazu dient der Probekörper, dessen äußere Gestalt, wie erwähnt, mit der des Probestücks identisch ist.

Gleichzeitig kann auch die Erfahrung weitergegeben werden, daß der Vorsprung 3 zweckmäßig aus einem stark legierten Stahl niedriger Wärmeleitfähigkeit rohrförmig ausgebildet ist. Es ist auch bemerkenswert, daß die Schlitze 12 auch kürzer als die Länge der inneren Wand 10 sein können, ihre Führung muß nicht genau gerade sein, und wenn es durch die Strömungsbedingungen erlaubt ist, können sie von einer zur Längsachse parallelen Linie abweichen, z. B. eine Zickzacklinie bilden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet auf folgende Weise:

Das Probestück 1 wird auf dem Kern 2 angeordnet. Das Pro­ bestück 1, wie erwähnt, kann aus Scheiben bestehen, als ein einziger Körper ausgebildet werden, oder einen Behälter mit leerem (unten geschlossenem) Innenraum bil­ den. Einer der Sensoren 8 wird auf der äußeren Oberfläche des Probestücks 1 angeordnet, der andere findet seinen Platz ent­ weder auf der inneren Oberfläche, oder in einem Loch im Kern 2, von einer Messung zur anderen. Im Behälter kann ein pulverför­ miger Stoff oder ein Stoff hoher Viskosität (z. B. Kunststoff­ schmelze) angeordnet werden. Der Ofen 4, der im allgemeinen ei­ ne elektrische Einheit bildet, wird in den durch die innere Wand 10 der Wirbelkammer 6 bestimmten Raum eingeschoben und eingeschaltet. Zwischen dem Ofen 4 und der Wirbelkammer 6 ver­ bleibt der Luftspalt 9. Danach kann die Temperaturänderung durch die Sensoren 8 erfaßt und so die Temperatur des Probestücks 1 bestimmt werden. Zweckmäßig wird die Aufheizung des Probestücks 1 so lange fortgesetzt, bis die Sensoren 8 den gleichen Temperaturwert fühlen. Danach soll der Ofen 4 ent­ fernt werden. Falls dies zu lange dau­ ern würde, ist ein geringer Unterschied zwischen den zwei Tem­ peraturwerten zulässig. Zweckmäßig verbleibt dieser Unter­ schied jedoch unter 5%; erfahrungsgemäß können solche geringe Abweichungen die Messungen im wesentlichen nicht beeinflussen. Zur Messung soll zweckdientlich die gleiche Temperatur der inne­ ren Wand 10 und der äußeren Wand 11 gesichert werden. Das kann so gewährleistet werden, daß vor der Entfernung des Ofens 4 die Strömung des Kühlmittels bestimmte Zeit, z. B. 5 Minuten aufrechterhalten wird. Nach der Entfernung des Ofens 4 strömt das Kühlmittel um das Probestück 1 herum und dank der vorher bestimmten Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit erreicht es eine gleichmäßige Kühlung des Probestücks 1. Während der Kühlung sollen die Signale der Sensoren registriert werden, wo­ durch der Zeitvorgang der Kühlung sowohl auf der inneren, als auch auf der äußeren Oberfläche des Probestücks bestimmt und registriert wird. Aufgrund dessen können die Analyse durchge­ führt und die Stoffwerte gemessen oder gerechnet werden. Die Analyse und die Bestimmung können durch eine Rechenmaschine oder eine andere mit einem Mikroprozessor versehene Signalverarbei­ tungseinheit durchgeführt werden, worin durch die Programmie­ rung solche Faktoren in Betracht gezogen werden können, die bei den traditionellen Meßverfahren außer acht bleiben oder als Störfaktoren schwer beseitigbar sind. So kann zum Beispiel die Gestalt des Innenraums des Ofens 4 kompensiert werden, falls es möglich ist, in einem solchen Ofen auch die gleich­ mäßige Aufheizung des Probestücks 1 zu erreichen. Eine wichtige Bedingung ist in der Gewährleistung der isothermischen Auf­ heizung im Ofen 4 zu sehen.

Die Auswertung der Meßergebnisse kann in mehreren Schrit­ ten der Methode sukzessiver Annäherung vorgenommen werden. Im ersten Schritt werden diejenigen Faktoren in Betracht gezo­ gen, die durch Programmittel ausgefiltert werden können (z. B. wird der Einfluß der Eigenmasse der Thermometer oder der Er­ fasser beseitigt). Danach wird ein Temperaturbereich bestimmt, worin ein annähernd ständiger Wert sowohl des Wärmeübergangs­ koeffizienten als auch der Raumwärmekapazität erkennbar ist. Aufgrund der Abweichung von der Linearität können Funktionen der Temperaturabhängigkeit bestimmt werden, wodurch weitere wert­ volle Informationen erhaltbar sind, so daß das erfindungsgemäße Ver­ fahren sowie die Vorrichtung eine höhere Menge Information si­ chern als die bekannten.

Der wichtigste Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der dazu gehörigen Vorrichtung besteht in ihrer relevanten Einfachheit sowie in der hohen Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Meßergebnisse.

Claims (19)

1. Verfahren zum Messen von Wärmeübergangsstoffwerten, ins­ besondere der Wärmeleitzahl und der Stoffwärmekapazität, durch das die Temperaturänderung im Stoff erfaßt, ein elektrisches Signal entsprechend der Änderung erzeugt und aufgrund des elektrischen Signals der Stoffwert bestimmt wird, bei dem aus dem zu messenden Stoff ein mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Ober­ fläche begrenztes, durch eine Längsachse bestimmtes längliches Probestück ausgebildet wird, das erwärmt und gekühlt wird, und bei dem die Temperaturänderung an zwei Punkten des Probestücks gemessen wird, die im Bereich der Mitte des Probestücks in einer zur Längs­ achse senkrechten Ebene liegen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Probestück nach dem Erwärmen auf eine gleichmäßige Temperatur durch eine Gaswirbelströmung an der Umfangsfläche des Probe­ stücks gekühlt wird und während des Abkühlens an den genannten Punkten das Messen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel vor dem Beenden der Aufheizung in Strömung gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufheizen der zu messende Stoff an den genannten Punkten auf praktisch gleiche Temperatur erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Probestück von außen her erwärmt und daß beim Beenden des Aufheizens das Heizelement aus der Umgebung des Probestücks entfernt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einsetzen des Probestücks ein voller Probekörper von identischer Gestalt erwärmt wird, und die Änderung der Oberflächentemperatur des Probekörpers in einem Punkt erfaßt wird.

6. Vorrichtung zur Messung von Übergangsstoffwerten, insbesondere der Wärmeleitzahl und der Stoffwärmekapazität, die eine Wärmequelle, zwei einem Probestück angepaßte und dessen Temperaturänderung erfassende Sensoren sowie eine mit den Sensoren verbundene Auswertungseinheit aufweist, wobei das Probestück ein länglicher, durch eine Längsachse bestimmter, dazu parallele äußere und innere Oberflächen aufweisender Körper ist und im Bereich der Mitte des Probestücks (1) in einer Ebene senkrecht zur Längsachse die zwei Sensoren (8) angeordnet sind, von denen einer mit der inneren Oberfläche und der andere mit der äußeren Oberfläche in Berührung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle als ein die äußere Oberfläche des Probestücks (1) umgebender Ofen (4) ausgebildet ist, der entlang der Längsachse beweglich geführt ist, der Ofen (4) mit einer Wirbelkammer (6) umgeben ist, die eine von dem Ofen (4) durch einen Luftspalt (9) getrennte innere Wand (10) mit zumindest zwei entlang der Längsachse ausgebildeten Schlitzen (12) sowie eine mit einer Eingangsöffnung (7) versehene äußere Wand (11) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (8) entlang einer zur Längsachse senkrechten Linie angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Probestück (1) als ein einem Kern (2) angepaßter rohrförmiger Körper mit ringförmiger Wand ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Probestück (1) als ein einem Kern (2) angepaßter Behälter mit leerem Innenraum ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Probestück (1) auf dem Kern (2) aufhängbar ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Probestück (1) als ein mit zylindrischen inneren und äußeren Oberflächen begrenzter rohrförmiger Körper gleichmäßiger Wanddicke ausgebildet ist, dessen Länge zumindest das Dreifache des Außendurchmessers beträgt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an einem Ende des Probestückes (1) entlang der Längsachse ein Wärmeisolierendes Element (5) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) zumindest einen mit innerem Hohlraum ausgebildeten Vorsprung (3) enthält, der mit einer Aufhängung verbunden ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (12) parallel zur Längsachse angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (12) mit gleichmäßiger Winkelteilung in der inneren Wand (10) ausgebildet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wirbelkammer (6) Prallbleche (13) vorgesehen sind, die auf der inneren Wand (10) neben den Schlitzen (12) angeordnet sind, und von dessen eines der Eingangsöffnung (7) gegenüber eingebaut ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallblech (13) als eine ebene Platte ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallblech (13) als eine zum Strömungsprofil gebogene Platte ausgebildet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen mit der Auswertungseinheit verbindbaren, anstelle des hohlen Probestücks (1) verwendbaren vollen Probekörper enthält, daß die Eingangsöffnung (7) mit einer Einheit regulierbarer Transportleistung zur Förderung des Kühlmittels, insbesondere einem Ventilator, in Verbindung steht, wobei die Einheit mit einem der Auswertungseinheit zugeführten Regler versehen ist.