HU189791B - Method and apparatus for measuring heat-conductivity parameters of materials, preferably thermal conductivity and volumetric thermal capacity - Google Patents
Method and apparatus for measuring heat-conductivity parameters of materials, preferably thermal conductivity and volumetric thermal capacity Download PDFInfo
- Publication number
- HU189791B HU189791B HU426283A HU426283A HU189791B HU 189791 B HU189791 B HU 189791B HU 426283 A HU426283 A HU 426283A HU 426283 A HU426283 A HU 426283A HU 189791 B HU189791 B HU 189791B
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- sample
- longitudinal axis
- temperature
- heated
- heat
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
A találmány tárgya eljárás és berendezés hővezetést anyagjellemzők, különösen hővezetési tényező és térfogati hőkapacitás meghatározására. Az eljárás során mérendő anyagot felmelegítünk, hőmérsékletének változását követjük, a változásnak megfelelő villamos jelet generálunk és a villamos jel alapján a hővezetési anyagjellemző értékét megállapítjuk, míg a javasolt berendezés hőforrását, mintadarabhoz illeszkedő érzékelőt, valamint az érzékelővel csatlakozó kiértékelő egységet tartalmaz, A találmány szerinti eljárás és berendezés segítségével két egymástól független hővezetés! anyagjellemző egyidejű meghatározása is lehetővé válik.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method and apparatus for determining material conductivity, in particular thermal conductivity and volumetric heat capacity. During the process, the material to be measured is heated, followed by a change in temperature, an electrical signal corresponding to the change is generated and based on the electrical signal, the thermal conductivity material value is determined, while the proposed equipment includes a heat source, sample-matched sensor, and and equipment with two independent heat conduits! it is also possible to determine the material property at the same time.
Az energiagazdálkodási szempontból elsődleges fontosságú hőtechnikai berendezések, termikus technológiák időben változó üzemviszonyainak vizsgálatakor szükség van a különböző anyagok hővezetési tényezőjének és térfogati hőkapacitásának ismeretére.When investigating the time-varying operating conditions of heat engineering equipment and thermal technologies of primary importance in energy management, it is necessary to know the thermal conductivity and volumetric heat capacity of different materials.
Ezek meghatározására hagyományosan, egymástól függetlenül végzett különböző elven alapuló módszerek ismeretesek. Ezek lényege például a hővezetés) tényező mérése stacioner vagy instacionei elven, a hagyományos vagy differenciál kalorimetriás fajhőmérés, de elengedhetetlen a tömeg- valamint a térfogatmérés a sűrűség meghatározására. A hővezetési mérések során általában a mérendő anyagot melegítik és hőmérsékletváltozását melegítés közben, például villamos elven működő érzékelővel követik. A folyamat és az anyag egyéb fizikai jellemzőit (fajhő, illetve hőkapacitás, leadott teljesítmény, sűrűség stb.) ismerve a kívánt hővezetési anyagjellemző meghatározható. Ehhez tehát több - általában igen drága — berendezést kell felhasználni, amelyek kezelése magas képzettséget igényel.Methods for determining these are conventionally based on different principles and are carried out independently of one another. These include, for example, the measurement of thermal conductivity) on a stationary or stationary basis, conventional or differential calorimetric specific heat measurement, but mass and volume measurement are essential to determine density. In thermal conductivity measurements, the material to be measured is generally heated and its temperature change is monitored during heating, for example by means of a sensor operating on an electrical principle. Knowing the other physical properties of the process and the material (specific heat or heat capacity, power output, density, etc.), the desired thermal conductivity material characteristic can be determined. This requires the use of many - usually very expensive - equipment, which requires a high level of training to operate.
Ugyanakkor közismert tapasztalati tény az, hogy a különböző időpontokban és eltérő körülmények (feltételek, viszonyok) között mért paraméterekértékek a felhasználás során nem mindig teszik lehetővé a kielégítő megbízhatóság elérését. További nehézséget jelent az anyagjellemzők hőmérsékletfűggésének meghatározása, amihez idő és munkaigényes összetett sorozatmérésekre, egyes paraméterek esetén pedig speciális berendezésekre van szükség.However, it is a well-known empirical fact that parameter values measured at different times and under different conditions (conditions, conditions) do not always allow satisfactory reliability to be achieved. Another difficulty is determining the temperature dependence of material properties, which requires time and labor-intensive complex series measurements and, for some parameters, special equipment.
A találmány célja a fenti hátrányok megszüntetése.It is an object of the present invention to overcome the above disadvantages.
A találmány alapja az a felismerés, hgoy a belső és külső felületekkel határolt csőszerű mintadarab belső és külső felületének a hőmérséklete hűlés közben eltérő módon változik és így ugyanarról az anyagról egyszerre két olyan mérési görbét lehet felvenni, amelyekből, megfelelő numerikus módszerek alkalmazásával, a kívánt hővezetés anyagjellemzők meghatározhatók.The invention is based on the discovery that the temperature of the inner and outer surfaces of a tubular sample bounded by inner and outer surfaces varies in cooling, so that two measuring curves can be drawn from the same material from which the desired thermal conductivity is obtained using appropriate numerical methods. material properties can be determined.
A találmány feladata a felismerés hasznosításával olyan eljárás és berendezés létrehozása, amellyel két egymástól független hővezetés anyagjellemző, különösen a hővezetési tényező és a térfogati hőkapacitás, valamint az ezekből levezethető mennyiségek egyetlen mérés alapján megállapíthatók. Ezzel lehetővé válik a mérési eredmények megbízhatóságának javítása, a mérési folyamat meggyorsítása és leegyszerűsítése.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide, by utilizing recognition, a method and apparatus by which two independent thermal conductivity material properties, in particular the thermal conductivity factor and the volumetric heat capacity, can be determined from a single measurement. This makes it possible to improve the reliability of the measurement results, to speed up and simplify the measurement process.
A kitűzött feladat megoldására olyan eljárást dolgoztunk ki, amelynek során a találmány szerint belső és külső felülettel határolt, hossztengellyel meghatározott hosszúkás, célszerűen hengeres csőszerű alakú mintadarabként alakítjuk ki a mérendő anyagot, azt külső felülete felől - például fűtőelemmel - melegítjük, a kívánt hőmérséklet elérése urán a melegítést például a fűtőelem eltávolításával - megszűntetjük, a mintadarab felülete körül perdületes áramlásban gáz halmazállapotú hűtőközeget, például levegőt áramoltatunk és a hőmérséklet változását az anyag hűlése közben a belső és külső felületen a hossztengelyre merőleges síkban előnyösen a hossztengelyre merőleges egyenes mentén kijelölt két ponton érzékeljük.In order to solve this problem, a method has been developed in which the material to be measured is formed as an elongated, preferably cylindrical, tubular specimen delimited by a longitudinal axis defined by an inner and outer surface, and heated from its outer surface, e.g. heating is eliminated, for example, by removing the fuel element, circulating a gaseous refrigerant, such as air, in a swirling flow around the surface of the specimen, and sensing a change in temperature on the inner and outer surfaces perpendicular to the longitudinal axis.
A találmány szerinti eljárással a különböző környezeti feltételekből és a mintadarab alakjából származó veszteségeket lehet hatásosan korlátozni, ha a hengeres csőszerű alakú mintadarab hossza legalább háromszorosa az átmérőnek. Jó hővezetésű anyag esetében ez az arány lehet akár nyolc Is. A mintadarab lehet tömör elem, tömör tárcsák vagy furatos korongok egymásrahelyezésével összeállított test, vagy ömleszthető, önthető anyag befogadására alkalmas, jó hővezető anyagú belső és külső fallal határolt csőszerű tartály. A belső felülettel meghatározott belső tért célszerűen jó hővezetésű anyagból, például vörösrézből készült mag tölti ki.The process of the present invention can effectively limit losses from various environmental conditions and the shape of the specimen if the length of the cylindrical tubular specimen is at least three times the diameter. In the case of a well-conducted material, this ratio may be as high as eight. The specimen may be a solid body, a body assembled by placing solid discs or bore discs, or a tubular container of good thermal conductivity material, enclosed within a wall having a good thermal conductivity. The inner space defined by the inner surface is preferably filled with a core of a well-conductive material, such as copper.
A mérés pontosságát javítja, ha a melegítés megszüntetése előtt a hűtőközeg áramoltatását megkezdjük, és ezzel például a melegítést biztosító térrész körül egyenletes hőmérsékletű gyűrű alakú teret hozunk létre.The accuracy of the measurement is improved by starting the flow of refrigerant before stopping the heating, thereby creating, for example, an annular space of uniform temperature around the heating portion.
A melegítést célszerűen legalább addig folytatjuk, amíg az érzékeléshez kijelölt két ponton az anyag hőmérséklete nagyjából azonos, ami a gyakorlatban legfeljebb 5%-os eltérést jelent.Preferably, heating is continued at least until the material temperature is approximately the same at the two points designated for detection, which in practice represents a maximum of 5%.
A mérési feltételeit beállítása céljából a mintadarab elhelyezése előtt időnként vele azonos alakú tömör anyagú mintatestet melegítünk és a mintatest felületi hőmérsékletén változását egy felületi ponton érzékeljük. Az érzékelt értékek alapján a hűtőközeg áramoltatásának feltétéit lehet jól beállítani, és meghatározható a mérési eredmények értékeléséhez szükséges hőátadás tényező értéke.To adjust the measurement conditions, a sample of solid material of the same shape is occasionally heated prior to the placement of the sample and the change in surface temperature of the sample is detected at a surface point. Based on the sensed values, the conditions for the refrigerant flow can be set well and the value of the heat transfer coefficient for evaluating the measurement results can be determined.
Ugyancsak a kitűzött feladat megoldására hoztunk létre két hővezetési anyagjellemző egyidejű mérésére alkalmas berendezést, amely különösen a javasolt eljárás foganatosítására alkalmas és hőforrást, mintadarabhoz csatlakoztatott, annak hőmérsékletét követő érzékelőt, továbbá az érzékelő kimenő jelét fogadó jelfeldolgozó egységet tartalmaz és a találmány szerint a mintadarab hossztengellyel párhuzamos külső és belső felülettel meghatározott hosszúkás, előnyösen magra illesztett csőszerű hengeres testként van kialakítva, a hőforrás a mintadarab külső felületét körbevevő kemence, amely a hossztengely mentén mozgathatóan, előnyösen süllyeszthetően van megvezetve, körülötte örvénykamra van, amelynek a kemencétől légréssel elválasztott és a hossztengely mentén legalább két réssel ellátott belső fala, Valamint hűtőközeget vezető beömléssel ellátott külső fala van, továbbá a mintadarab hosszának mintegy felénél, a hossztengelyre merőleges síkban, előnyösen a hossztengelyre merőleges egyenes mentén a belső felülethez és a külső felülethez illeszkedően egy-egy, a jelfeldolgozó egységre csatlakoztatott érzékelő van elrendezve.We have also provided two devices for simultaneously measuring two thermal conductivity material features, particularly comprising the proposed method and comprising a heat source, a sensor that follows its temperature, and a signal processing unit for receiving the sensor output signal, and according to the invention. the heat source being a tubular cylindrical body defined by an outer and inner surface, preferably fitted with a core, the heat source being guided movably, preferably lowered, along the longitudinal axis of the sample, surrounded by a vortex chamber separated from the furnace by an air gap has two slotted inner walls and a cooled inlet outer wall, as well as sample length At about half of its length, a sensor connected to the signal processing unit is arranged in a plane perpendicular to the longitudinal axis, preferably along a line perpendicular to the longitudinal axis, relative to the inner surface and the outer surface.
A mintadarabban célszerűen a magnak nyúlványa van, amellyel a mag és vele együtt a mintadarab Jól felfüggeszthető. A felfüggesztés révén sok esetben naKon hatásosan lehet a mintadarabot és a vele kapcsoló külső egységek közötti hőkapcsolatot korlátozni, különösen, ha a nyúlvány rossz hővezetésű ötvözött acélból készült cső.Preferably, the specimen core has a protrusion to allow the core and the specimen to be well suspended. Suspension can, in many cases, effectively limit the thermal connection between the specimen and its associated outer units, particularly when the projection is made of a poorly conductive alloy steel tube.
A mintadarab előnyösen olyan csőszerű hengeresPreferably, the specimen is tubular
189.791 elem, amelynek hossza legalább háromszorosa a külső átmérőjének. Célszerű lehet a hossztengely mentén mindkét végén bőszigetelés alkalmazása. Ha az anyag jó hővezetésű, akkor előnyös lehet a nagyobb arányok alkalmazása is, és célszerűen ennek az aránynak az értéke csak hatásos hőszigetelés mellett kisebb ötnél. A tapasztalat szerint rossz hővezeték esetében nincs szükség a mintadarab hossztengelye mentén lezáró hőszigetelés, például tárcsaszerűen kialakított hőszigetelő elem elhelyezésére. A hosszú mintadarabok összeállíthatók tárcsaszerű lapokból, furatos korongokból vagy hasonló elemekből is.189,791 elements with a length of at least three times the outer diameter. It may be desirable to use a skin seal at both ends along the longitudinal axis. If the material has good thermal conductivity, it may be advantageous to use higher ratios, and preferably this ratio should be less than five with effective thermal insulation. Experience has shown that, in the case of a bad heat conductor, it is not necessary to place a sealing piece such as a disc-shaped insulating element along the longitudinal axis of the sample. The long specimens may also be assembled from disc-like sheets, bore discs, or the like.
Az orvénykamra belső falában célszerűen a hossztengellyel párhuzamosan vezetett réseket alakítunk ki, de előnyös lehet a konkrét áramlási viszonyok ismeretében olyan kialakítás is, amely a hossztengellyel párhuzamos egyenes mentén kijelölhető vonalat követi, A lényeg az, hogy a rések a hűtőköteg, például levegő nagy sebességű perdületes áramlását tegyék lehetővé, amely alkalmas a mintadarab hőmérséklete által kiváltott áramlás hatásának kiküszöbölésére. Ezt a célt elősegítheti az is, ha síklapként vagy más alakú, például szárnyprofil alakúra hajlított lemezként létrehozott tereiőlapot építünk be a résekmellett a hűtőközeg áramlásának útjában.The inner wall of the vortex chamber is preferably provided with slots guided parallel to the longitudinal axis, but it may also be advantageous, given the particular flow conditions, to follow a line defined along a straight line parallel to the longitudinal axis. flow which is capable of counteracting the effect of flow caused by the temperature of the sample. This objective may also be facilitated by incorporating a baffle formed in the form of a flat plate or other plate, such as a curved plate in the form of a wing profile, along the slits in the path of the refrigerant flow.
A találmány szerinti berendezés időnkénti beállításához szükséges lehet a magot is tartalmazó mintadarabbal azonos alakú, a mérni kívánt anyagoknál sokkal jobb hővezető anyagból (például vörösrézből, ezüstből) készült tömör mintatest alkalmazása, amelyet egyetlen felületi érzékelővel ellátva a mintadarab helyére illesztünk. Az érzékelő jeleit a jelfeldolgozó egység kiértékeli és így a hűtőközeget szállító egység üzeme szabályozható. A beállítás elvégezhető elvileg az alkalmazott szállítóegység szállítóteljesítményét jellemző függvény alapján is, mindenkor a szükséges nyomást beállítva, ahhoz, hogy perdületes áramlás jöjjön létre. Célszerű adott méretviszonyok mellett először a mintatesttel kalibrálni, és csak ezt követően a függvény szerint.Periodic adjustment of the apparatus of the present invention may require the use of a solid sample body of the same shape as the core sample, which is much better than the material to be measured (e.g., copper, silver) and fitted with a single surface sensor. The sensor signals are evaluated by the signal processing unit and thus the operation of the refrigerant supply unit can be controlled. The setting can, in principle, also be made on the basis of the function of the conveyor power of the conveyor used, always adjusting the pressure required to produce a swirling flow. It is advisable to calibrate the sample body first for a given size ratio, and only then functionally.
A találmány szerinti eljárás és berendezés segítségévei a keresett, hővezetési anyagjellemzők egyetlen instacionárius mérésből határozhatók meg. Ez növeli a mérési eredmények megbízhatóságát, szükségtelenné teszi nagyobb számú, különböző Tendeltetésű mérőberendezés alkalmazását, gyorsítja és egyszerűsíti a mérés folyamatát.With the aid of the method and apparatus of the invention, the desired thermal conductivity material properties can be determined from a single, stationary measurement. This increases the reliability of the measurement results, eliminates the need for a larger number of differently-designed measuring equipment, and speeds up and simplifies the measurement process.
A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti foganatosítási mód, illetve kiviteli alak kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon azThe present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in connection with an exemplary embodiment and embodiment. In the drawing it is
1. ábra a találmány szerinti berendezés egy terelőlapok nélküli kiviteli alakjának keresztmetszete oldalnézetben, míg aFigure 1 is a cross-sectional side view of an embodiment of the apparatus of the invention without baffles;
2. ábra az 1. ábra szerinti kiviteli alak I-I keresztmetszete terelőlapokkal.Figure 2 is a cross-sectional view I-I of the embodiment of Figure 1 with baffles.
A találmány szerinti eljárás foganatosításakor először a vizsgálandó anyagból mintadarabot készítünk. A mintadarab hossztengely mentén belső és külső felülettel határolt hosszúkás, előnyösen csőszerű alakú test. Készülhet például egymáshoz illesztett belső nyílással ellátott tömör tárcsákból, magra felfűzött furatos korongokból, vagy porszerű anyag, nagy viszkozitású minta (például műanyagöinledék) befogadására alkalmas hosszúkás tartály tonnájában, amelynek célszerűen gyűrűalakú keresztmetszettel jellemzett belső terét |ó hővezetéssel jellemzett fémből (például vörösréz lemezből) kiképzett falak határolják. A méréshez a tartályt a mérendő anyaggal, például műanyagporral vagy nagy viszkozitású műanyagömledékkel kitöltjük. Előzetesen tömör jó hővezető anyagú vörösréz, ezüst mintatesttel, amelyet a mintadarab és magjának helyére teszünk, ellenőrzési és beállítási célból hitelesítő mérést végzünk. Ennek feladata a felhasználandó gáz alakú hűtőközeg, célszerűen levegő áramlási sebességének olyan kiválasztása, hogy a későbbiekben az egyenletes hűtés feltételei mindenkor biztosítottak legyenek. A mintadarab és a mintatest előnyösen olyan hengerszerű test, amelynek hossza legalább háromszor, előnyösen ötször, fém esetében pedig akár nyolcszor hosszabb a külső átmérőjénél.In carrying out the process of the invention, a sample of the material to be tested is first prepared. The specimen is an elongated body, preferably tubular in shape, bounded by an inner and outer surface along its longitudinal axis. For example, it may consist of solid discs with an interconnected internal opening, bore disks threaded onto the core, or a ton of elongated container having a high viscosity sample (e.g., plastic melt), preferably having an annular cross-sectional metal sheet (e.g. bounded by walls. For measurement, the container is filled with the material to be measured, such as plastic powder or high viscosity plastic melt. Pre-solid copper with a good heat conducting material, a silver specimen, which is placed in place of the specimen and core, is subjected to a calibration test for control and adjustment purposes. The purpose of this is to select the flow rate of the gaseous refrigerant to be used, preferably air, so that in the future the conditions of uniform cooling are always ensured. Preferably, the specimen and sample body are cylindrical bodies having a length of at least three times, preferably five times, and in the case of metal, up to eight times longer than its outer diameter.
A mintadarab végeit szükség szerint hőszigeteléssel látjuk el, majd például fűtőtesttel, kemencével kívánt hőmérsékletig felmelegítjük. Ez a hőmérséklet a vizsgálandó anyagtól (műanyagtól, fémtől stb.) függ, és egyrészt az anyag olvadáspontjánál alacsonyabb legyen, másrészt elegendően magas a hűlés feltételeinek jó követhetősége céljából, harmadrészt pedig a mérés feltételeit a hömérsékletváltozást kísérő folyamatok (például hőtágulás) ne rontsák le.The ends of the sample are thermally insulated as needed and then heated, for example, by a heater or furnace to the desired temperature. This temperature depends on the material to be tested (plastic, metal, etc.) and must be lower than the melting point of the material and high enough to allow for good traceability of the cooling conditions, and thirdly, the measurement conditions should not be impaired by temperature changes.
A mintadarab belső és külső felületéhez illeszkedően a hossztengelyre merőleges síkban, előnyösen a hossztengelyre merőleges egyenesen, a hosszúság középső tartományában, előnyösen pontosan a felében érzékelőket helyezünk el a hőmérsékletváltozás követésére. Az egyik érzékelő például a külső felületre van erősítve, míg a másik például a. mag belsejében van megtámasztva és aktív részével kapcsolódik a belső felülethez. A felmelegitett mintadarab környezetéből a kívánt hőmérséklet elérésekor eltávolítjuk a fűtőelemet. Ezt célszerűen úgy biztosítjuk, hogy a fűtőelemet lefelé kihúzzuk a mintadarab környezetéből és így annak környezetét ezt követően tőle megfelelő légréssel elválasztott örvénykamra alkotja, amelynek belső felületén legalább két longitudinális nyílás van> Ezek a nyílások a belső fal kerülete mentén egyenletes elosztással helyezkednek el. Az örvénykamrát hűtőközeg forrásához csatlakoztatható beömléssel ellátott külső fal veszi körül. A fűtőelem eltávolítása előtt célszerűen a hűtőközeg áramoltatását már megindítjuk, hogy ily módon az örvénykamra belső es külső fala azonos hőmérsékletre kerüljön. A fűtőtesteltávolítása után a hűtőközeg szabadon áramolhat a mintadarab környezetében. A mintadarab végeinél alsó és felső nyílás van, ezen keresztül a hűtőközeg eltávozhat. A hűtőközeg áramlását a résekkel és szükség szerint terelőlapokkal úgy biztosítjuk, hogy az áramlás perdületes és lehetőleg nagy sebességű legyen. Ezzel egyrészt azt érjük el, hogy a felület mentén időben állandó hőátadási tényező miatt a hűlés számítással jól követhető módon zajlik, másrészt pedig a hossztengely menti, tehát longitudinális változások zavaró hatása minimális. Ezért az érzékelők a radiális irányú hőmérsékletváltozásokat követik. A hűlés közben a mintadarab belső és külső felületén felvett mérési görbék kiértékelése alapján lehetséges a kívánt hővezetési anyagjellemzők értékének megállapítása. Ezt célszerűen megfelelő beprogramozott számítóegység, mint jelfeldolgozó egység végzi.In the plane perpendicular to the longitudinal axis, preferably perpendicular to the longitudinal axis, in the middle region of the length, preferably exactly half of the sample, sensors are arranged to monitor the temperature change. For example, one sensor is mounted on the outer surface, while the other is mounted on, for example. it is supported inside the core and engages with its active part to the inner surface. The heating element is removed from the heated sample area when the desired temperature is reached. This is conveniently achieved by pulling the fuel element downward from the sample and thus forming a swirling chamber separated by a suitable air gap and having at least two longitudinal openings on its inner surface. The vortex chamber is surrounded by an external wall with an inlet to connect to the source of refrigerant. Before removing the heating element, it is expedient to start the flow of the refrigerant so that the inner and outer walls of the vortex chamber are brought to the same temperature. After removing the radiator, the refrigerant can flow freely around the specimen. At the ends of the specimen there are upper and lower openings through which refrigerant can escape. The coolant flow through the slots and, if necessary, baffles is provided so that the flow is swirling and preferably at high speed. By this, on the one hand, due to the constant heat transfer coefficient along the surface, cooling is achieved in a way that can be easily computed and, on the other hand, longitudinal changes along the longitudinal axis are minimal. Therefore, the sensors follow radial temperature changes. Based on the evaluation of the measurement curves on the inner and outer surfaces of the sample during cooling, it is possible to determine the value of the desired thermal conductivity characteristics. This is preferably done by a suitable programmed computing unit as a signal processing unit.
A találmány szerinti berendezés (1. és 2. ábra) 1 mintadarabé; megfogó 2 magot, az 1 mintadarabot körbevevő 4 kemencét, a kemencét határoló 9 légrést, a 9 Jégiéssel a 4 kemencétől elválasztott 10 belső falú és 11 külső falú 6 örvénykamrát, valamint a 6 örvény-32The apparatus according to the invention (Figures 1 and 2) has 1 sample; gripping core 2, furnace 4 surrounding the sample 1, air gap 9 defining the furnace, inner wall 10 and inner wall vortex chambers 6 separated from the furnace 9, and vortex-32
189.791 kamra 11 külső falában kialakított 7 beömlést tartalmaz (1. ábra). A 2 mag előnyösen csőszerű kialakítású, alacsony hővezetési tényezőjű ötvözött acélból készült 3 nyúlvánnyal van kialakítva, amelyet célszerűen 5 hőszigetelő elem vesz körül. Előnyösen mindkét végen egy-egy 5 hőszigetelő elem van. A 3 nyúlvány például felfüggesztéshez illeszkedik. A 4 kemence ebben az esetben lefelé mozgatható megvezetéshez csatlakozik. Természetesen kívánság szerint elképzelhető a 4 kemence felfelé mozgatása is, ilyenkor az 1 mintadarabot alulról kell a 3 nyúlvány révén megfogni melegítés közben és megfelelő 5 hőszigetelő elemen megtámasztani.189,791 includes an inlet 7 formed in the outer wall 11 of the chamber (Figure 1). The core 2 is preferably formed by a projection 3 of tubular, low-temperature alloy steel, preferably surrounded by a heat-insulating element 5. Preferably, at each end is a thermal insulating element 5. For example, the projection 3 fits into a suspension. The furnace 4 is in this case connected to a downwardly movable guide. Of course, it is also conceivable to move the furnace 4 upwards if desired, in which case the sample 1 must be gripped from below by the projection 3 during heating and supported by a suitable insulating element 5.
A 6 örvénykamra 10 belső fala (2. ábra) 12 résekkel van kialakítva, amelyek a kerület mentén egyenletesen vannak elosztva. Ezek mellett célszerűen síklapos vagy szárnyprofil alakú 13 terelőlapok vannak. A 7 beömlésen keresztül a 6 örvénykantra gáz halmazállapotú hűtőközeget, például levegőt áramoltató eszközhöz, például ventilátorhoz csatlakozik, és célszerűen az áramlás jobb elosztása céljából az egyik 13 terelőlap a 7 kiömléssel szemben van beépítve (2. ábra).The inner wall 10 (Fig. 2) of the vortex chamber 6 is formed by slots 12 which are evenly distributed along the circumference. Advantageously, flaps 13 or flap-shaped baffles 13 are preferably provided. Through the inlet 7, the vortex cantilever 6 is connected to a gaseous refrigerant, such as an air flow device such as a fan, and preferably one of the baffles 13 is mounted opposite the outlet 7 in order to better distribute the flow (Fig. 2).
A mérések elvégzése céljából az 1 mintadarab belső és külső felületéhez egy-egy 8 érzékelő illeszkedik, amelyek a hossztengelyre merőlegesen egy síkban, célszerűen az 1 munkadarab hosszának felében, sugárirányban egy egyenes mentén vannak elrendezve.For the purpose of the measurements, a sensor 8 is fitted to the inner and outer surfaces of the sample 1, which are arranged in a plane perpendicular to the longitudinal axis, preferably halfway along the length of the workpiece 1.
Az 1 mintadarab hosszának és külső átmérőjének arányától függően kell általában a hőszigetelést biztosítani. Tapasztalat szerint célszerű a hosszúságot legalább háromszor akkorára választani, mint a külső átmérő. Ha az 1 mintadarab anyaga rossz hővezető, akkor az 5 hőszigetelő elem alkalmazása nem mindig szükséges. Fém esetében viszont a tapasztalat szerint csak akkor nincs szükség az 5 hőszigetelő elemre, ha a hosszúság legalább nyolcszorosa az átmérőnek. Természetesen a konkrét mérési viszonyoktól függően, az 5 hőszigetelő elemek alkalmazásának szükségszerűségét mindig meg kell vizsgálni. A cél az, hogy a mérés folyamatában a hőmérsékletváltozás a hossztengelyre merőleges irányban, a 8 érzékelők csatlakozási pontjainak síkjában és általában az ezzel párhuzamos, a hossztengelyre merőleges síkokban legyen egyenletes, a longitudinális irányú hőmérsékleteloszlás jellege csak minimális mértékben változzék. A tapasztalat szerint a külső hőátadási tényezőből, a mintadarab külső sugarából és a hővezetési tényezőből képzett, a hőtechnikában jól ismert Biot-szám értéke mérvadó a mérés elvégzése szempontjából. A berendezés akkor működik igazán jól, ha a Biot-szám értéke 0,5 és 10 között van, míg az optimális tartomány 1 és 5 közötti. A hűtőköteg alkalmazásával ezt a mutatót jól kézben lehet tartani. Erre szolgál a mintadarabbal azonos alakú tömör anyagú min tatest.Depending on the ratio between the length of the sample and the outside diameter of the sample, it is generally necessary to provide thermal insulation. Experience has shown that the length should be chosen at least three times the outer diameter. If the material of the sample 1 is poorly conductive, the use of the insulating element 5 is not always necessary. In the case of metal, however, it has been found that the insulating element 5 is not needed unless the length is at least eight times the diameter. Of course, depending on the particular measurement conditions, the necessity of using the thermal insulation elements 5 should always be considered. The aim is to ensure that the temperature change in the measurement process is uniform in the direction perpendicular to the longitudinal axis, in the plane of the sensor connection points and generally in parallel planes perpendicular to the longitudinal axis, so that the nature of the longitudinal temperature distribution is minimal. Experience has shown that the Biot value of the external heat transfer coefficient, the sample radius and the heat transfer coefficient, which is well known in the art of thermal engineering, is relevant for the measurement. The device works really well if the Biot value is between 0.5 and 10 and the optimum range is between 1 and 5. This indicator can be well controlled using the coolant. This is done by using a solid sample body of the same shape as the sample.
Ugyancsak tapasztalat szerint célszerű, ha a 3 nyúlványok vékonyfalú erősen ötvözött, tehát rossz hővezetésű acélcsőből vannak kialakítva. A 10 belső falban a 12 rések longitudinális irányban lehetnek kisebbek is, mint a fal hosszúsága, vezetésük eltérhet a hossztengellyel párhuzamos egyenestől,ha ezt az áramlási viszonyok indokolják.It has also been found to be expedient that the projections 3 are made of a thin-walled, high-alloyed, thus poorly conductive steel tube. The slots 12 in the inner wall 10 may be smaller in the longitudinal direction than the length of the wall, and may be guided differently from a straight line parallel to the longitudinal axis if the flow conditions warrant it.
A találmány szerinti berendezés működése'a következő;The operation of the apparatus according to the invention is as follows;
Az 1 mintadarabot a 2 magon elrendezzük. A mintadarab, mint említettük, lehet tömör anyagú test, vagy a 2 mag körül vörösréz anyagból készült csőszerű tartály. Az egyik 8 érzékelőt az 1 mintadarab külső felületére erősítjük, míg a másikat vagy a belső felületre, vagy a 2 magra helyezzük. A tartályba porszerű vagy nagy viszkozitású anyag (például műanyagömledék) juttatható. A 6 örvény tér 10 belső fala által meghatározott térbe betoljuk az általában villamos fűtésű 4 kemencét és azt telhevítjük, közben a 8 érzékelők segítségével követjük az 1 mintadarab hőmérsékletének változását. Célszerűen kivárjuk azt az időpontot, amikor a két 8 érzékelő gyakorlatilag azonos értéket mutat, majd a 4 kemencét eltávolítjuk. Természetesen, ha ez túlságosan hosszú ideig tart, megengedhető a kisebb eltérés is, a tapasztalat szerint a legfeljebb 57c>os különböség nem befolyásolja a kapott mérési eredmények pontosságát. Célszerű a 10 belső fal és a 11 külső fal azonos hőmérsékletét a 7 beömlésen át a 6 örvénykamrába bevezetett hűtőközeg áramoltatásával még a 4 kemence eltávolítása előtt biztosítjuk. A 4 kemence eltávolítása után a hűtőközegnek a 12 réseken keresztül való áramoltatásává} biztosítjuk az 1 mintadarab egyenletes hűlését. Hűlés közben a 8 érzékelők jeleit rögzítjük, a hőmérséklet időbeni változása alapján az elemzést elvégezzük és a szükséges jellemzőket meghatározzuk. Az értékelést célszerűen számítógépes jelfeldolgozó egységgel végezzük, ahol a programozás révén lehetőség van számos olyan tényező figyelembevételére, amelyek a hagyományos mérési eljárások során zavaró tényezőként jelentkeznek. így például a 4 kemence belső terének alakjának hatása jól kompenzálható, ha az az 1 mintadarabot képes homogén módon felmelegíteni. A követelmény tehát az izotermikus feltételek létrehozása a 4 kemencén belül.Sample 1 is disposed on core 2. The sample may, as mentioned, be a solid body or a tubular container of copper material around the core 2. One of the sensors 8 is mounted on the outer surface of the specimen 1, while the other sensor is placed either on the inner surface or on the core 2. A powdery or highly viscous material (such as a plastic melt) can be introduced into the container. Inside the space defined by the inner wall 10 of the vortex space 6, the generally electrically heated furnace 4 is introduced and heated while the temperature of the sample 1 is monitored by means of the sensors 8. It is expedient to wait until the two sensors 8 have substantially the same value and then remove the furnace 4. Of course, if this is too long, smaller deviations are permissible, and experience shows that a difference of up to 57c does not affect the accuracy of the results obtained. It is desirable to maintain the same temperature of the inner wall 10 and the outer wall 11 by flowing the refrigerant introduced into the vortex chamber 6 through the inlet 7 before the furnace 4 is removed. After the furnace 4 has been removed, it is ensured that the sample 1 is cooled to allow the refrigerant to flow through the slots 12. During cooling, the signals of the sensors 8 are recorded, the analysis is performed based on the temperature change over time and the required characteristics are determined. The evaluation is preferably performed using a computer signal processing unit, whereby programming allows for the consideration of a number of factors that appear to interfere with conventional measurement procedures. For example, the effect of the shape of the interior of the furnace 4 can be well compensated if it can heat the sample 1 homogeneously. The requirement is therefore to create isothermal conditions within the 4 furnaces.
A kiértékelést általában több lépésben, a szukcesszív approximáció segítségével végezzük el. Első lépésben figyelembe veszünk több olyan tényezőt, amit a számítógépes kiértékelési mód biztosít (például a hőmérők, érzékelők saját tömegét). Ezt követően egy adott hőmérsékleti intervallumban a megállapított hülési görbét legjobban közelítő állandó hővezetési tényezőt és -térfogati hőkapacitást határozzuk meg. A lineáris hővezetési esettől való eltérés alapján a hőmérsékletfüggvény is meghatározható, vagyis az eljárás és berendezés segítségével a hagyományos megoldásokhoz képest értékes többletinformáció is nyerhető.The evaluation is usually performed in several steps, using successive approximation. In the first step, we take into account several factors provided by the computer evaluation mode (for example, the own weight of thermometers, sensors). Thereafter, a constant thermal conductivity coefficient and heat capacity that best approximates the observed cooling curve at a given temperature interval are determined. Based on the deviation from the linear heat conductivity case, the temperature function can also be determined, that is, the process and equipment can provide valuable additional information compared to conventional solutions.
A találmány szerinti eljárás és berendezés előnye a viszonylagos egyszerűség és a kapott mérési eredmények nagy pontosásága, megbízhatósága.The advantage of the method and apparatus of the invention is the relative simplicity and high accuracy and reliability of the measurement results obtained.
Claims (9)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU426283A HU189791B (en) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | Method and apparatus for measuring heat-conductivity parameters of materials, preferably thermal conductivity and volumetric thermal capacity |
| DE19843444383 DE3444383A1 (en) | 1983-12-14 | 1984-12-05 | Method and instrument for measuring material characteristics of heat conduction, particularly of the thermal conductivity coefficient and the volume heat capacity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU426283A HU189791B (en) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | Method and apparatus for measuring heat-conductivity parameters of materials, preferably thermal conductivity and volumetric thermal capacity |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HUT35844A HUT35844A (en) | 1985-07-29 |
| HU189791B true HU189791B (en) | 1986-07-28 |
Family
ID=10967483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU426283A HU189791B (en) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | Method and apparatus for measuring heat-conductivity parameters of materials, preferably thermal conductivity and volumetric thermal capacity |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3444383A1 (en) |
| HU (1) | HU189791B (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4995731A (en) * | 1987-03-03 | 1991-02-26 | Snow Brand Milk Products Co., Ltd. | Method for measuring heat transfer coefficient and sensor including heat transfer element and thermal insulation element |
| DE19860942C1 (en) | 1998-12-29 | 2000-05-04 | Wolfgang Luehr | Waste water aerobic micro-biological treatment assembly minimizes the quantity of sludge for final disposal without sacrifice of water quality |
| CZ303269B6 (en) * | 2011-10-05 | 2012-07-04 | Vysoká Škola Bánská Technická - Univerzita Ostrava | Method of determining thermal conductance and specific heat capacity from drop of sample temperature and apparatus for making the same |
| CN105259206B (en) * | 2015-10-29 | 2017-11-14 | 河海大学 | Measure the device and method of Failure under Uniaxial Compression concrete thermal conductivity factor rate of descent |
| CN108489855B (en) * | 2018-04-12 | 2023-12-05 | 合肥工业大学 | Temperature-controllable sound-absorbing material flow resistance measuring instrument |
| CN114509468A (en) * | 2021-12-30 | 2022-05-17 | 江苏集萃未来城市应用技术研究所有限公司 | System and method for detecting heat dissipation performance of electronic circuit packaging module |
-
1983
- 1983-12-14 HU HU426283A patent/HU189791B/en unknown
-
1984
- 1984-12-05 DE DE19843444383 patent/DE3444383A1/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3444383A1 (en) | 1985-07-04 |
| HUT35844A (en) | 1985-07-29 |
| DE3444383C2 (en) | 1988-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108680285B (en) | Short thermocouple temperature calibration furnace and short thermocouple calibration method | |
| McComas et al. | Combined free and forced convection in a horizontal circular tube | |
| US5915838A (en) | Method and apparatus for local temperature sensing for use in performing high resolution in-situ parameter measurements | |
| US5258929A (en) | Method for measuring thermal conductivity | |
| HU189791B (en) | Method and apparatus for measuring heat-conductivity parameters of materials, preferably thermal conductivity and volumetric thermal capacity | |
| US4117712A (en) | Emissimeter and method of measuring emissivity | |
| US4949578A (en) | Flow metering of high temperature gases | |
| US2475138A (en) | Device for measuring thermal conductivity | |
| CN109164128B (en) | Furnace body for thermal analyzer | |
| CN113395796A (en) | Closed-cavity magnetic induction heating device for neutron scattering measurement and application thereof | |
| JPS6126809A (en) | Method and instrument for detecting state of sticking body in fluid pipe | |
| FI73847C (en) | Device for drying a cable | |
| CN107796848B (en) | Device and method for exploring relationship between interference magnitude and contact thermal resistance | |
| RU2654823C1 (en) | Method of measuring thermal conductivity of solid materials | |
| US3260102A (en) | Calibration method and device for heat flux sensors | |
| El-Hawary | Effect of combined free and forced convection on the stability of flow in a horizontal tube | |
| EP0343811A2 (en) | Method and apparatus for testing thermal conductivity | |
| Hasobee et al. | Natural convection Heat Transfer inside inclined Open Cylinder | |
| CN111595901A (en) | Device and method for measuring heat conductivity coefficient of refractory material | |
| CN110108752B (en) | Polymer pyrolysis ignition experimental system under self-feedback time-varying heat flow and testing method | |
| CN208653673U (en) | Short branch electric thermo-couple temperature verifies furnace | |
| CN212871554U (en) | Thermocouple verification furnace | |
| Graves | Globe thermometer evaluation | |
| EP0153912B1 (en) | Apparatus for contactless measurement of temperature | |
| US3257840A (en) | Apparatus for comparative determination of thermal conductivity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HU90 | Patent valid on 900628 |