CS196568B1 - Způsob měření tepelně - fyzikálních vlastností a zařízení pro provádění tohoto způsobu měření - Google Patents

Description

Vynález řeší způsob měření tepelně-fyzikálních vlastností, například měření tepelného odporu a poměrného poklesu vnitřní povrchové teploty vzorku, zejména plošného. Vynález řeší i zařízení pro provádění tohoto způsobu měření.

Teorie vychládání byla propracována a matematicky podložena řadou fyziků a matematiků světových jmen, jako například Fouriér, Grólur, Erk a Krischer. Experimentální ověření těchto matematických výsledků však bylo a doposud je velmi obtížné, jelikož ideální podmínky, za nichž tyto teoretické výsledky mají platit, se při experimentech dají obtížně dosáhnout a udržet.

Pro praktické použití ať již v laboratorním měřítku nebo přímo ve vývojových nebo provozních podmínkách, zvláště potom pro potřeby stavebnictví, byl vyvinut podle vynálezu způsob měření tepelně-fyzikálních vlastností, například tepelného odporu a poměrného poklesu vnitřní povrchové teploty vzorku, zejména plošného, to je deskovitého tvaru.

Podstata tohoto způsobu měření podle vynálezu spočívá v tom, že se na vstupní stranu měřeného vzorku, jakož i na jeho výstupní stranu působí konstantními teplotami, přičemž konstantní teplota působící na vstupní stranu měřeného vzorku je vyšší, než konstantní teplota působící na jeho výstupní stranu, poté se příkon tepla na vstupní straně měřeného vzorku vypne a teplý povrch vstupní strany měřeného vzorku se nechá volně vychládat, přičemž se zajišťuje rovnost teploty plynného média, obklopujícího vstupní stranu měřeného vzorku s okamžitou teplotou povrchu měřeného vzorku v průběhu vychládání.

Pro měření poměrného poklesu vnitřní povrchové teploty je výhodné, když se regulace teploty na vstupní straně měřeného vzorku děje za stálého podchlazování směrem zezdola nahoru ohřevem, přičemž hodnota součinitele přestupu tepla na vstupní straně měřeného vzorku se rovná 0 W/m² K, což představuje dodržení adiabatické podmínky, a na výstupní straně měřeného vzorku je od nulové hodnoty různá, výhodně se rovná 23,00 W/m² K.

Je dále výhodné, když pro způsob měření těchto tepelně-fyzikálních vlastností se regulace teplot na obou stranách měřeného vzorku provádí v plynném médiu, obklopujícím obě strany měřeného vzorku. Výhoda spočívá v jednoduchosti buzení tepelných režimů ve vzorku, a zvláště potom v možnosti, která je dalším znakem způsobu měření podle vynálezu a spočívá v buzení uspořádaní cirkulace plynného média.

194568

Touto uspořádanou cirkulací se zároveň řídí intenzita přestupu tepla z plynného média do měřeného vzorku, což přispívá k docílení žádané podmínky přesnosti měření.

Způsob měření podle vynálezu se výhodně realizuje na zařízení, které je dalším předmětem vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že sestává ze vstupní skříně a výstupní skříně, z nichž každá je na straně přivrácené k měřenému vzorku otevřená a na svých okrajích přivrácených k měřenému vzorku opatřena těsněním. Vstupní skříň je skříň přivrácená ke vstupní straně měřeného vzorku, což je strana měřeného vzorku, na níž se působí vyšší konstantní teplotou. Vstupní skříň obsahuje tepelný zdroj připojený k programovému regulátoru teploty, k němuž je zároveň připojeno jeho teplotní Čidlo. Výstupní skříň je skříň přivrácená k výstupní straně měřeného vzorku, což je strana měřeného vzorku, na níž se působí nižší konstantní teplotou. Výstupní skříň obsahuje mrazicí systém připojený k regulátoru teploty, k němuž je zároveň připojeno jeho teplotní čidlo.

Pro průběžnou kontrolu teploty plynného média v obou skříních, na povrchu obou stran i uvnitř mřřeného vzorku je výhodné, když uvnitř vstupní skříně i výstupní skříně a mezi nimi jsou uloženy snímače teploty připojené k registračnímu přístroji.

Pro snadné buzení uspořádané cirkulace plynného média se výhodně nebo v obou skříních instaluje cirkulační systém.

Tento cirkulační systém je možno realizovat nejméně jedním budicím prvkem, například ventilátorem, jehož elektromotor je připojen na regulátor, k němuž je zároveň připojeno čidlo hodnoty součinitele přestupu tepla.

Pro dokonalejší udržování konstantní teploty a její regulace ve vstupní skříni, zvláště při měření poměrného poklesu vnitřní povrchové teploty, je výhodné, když se vstupní skříň opatří chladicím systémem připojeným ke svému regulátoru teploty, k němuž je zároveň připojeno teplotní čidlo.

Pro měří povrchového tepelného toku na povrchu vstupní strany měřenného vzorku se výhodně opatří vstupní skříň čidlem povrchového tepelného toku, které je přizpůsobeno pro uchycení na povrchu měřeného vzorku a je připojené k ukazateli povrchového tepelného toku.

Pro dodržení adiabatické podmínky se výhodně opatří vstupní skříň čidlem adiabatické podmínky, které je přizpůsobeno pro uchycení na povrchu měřeného vzorku a je připojené k regulátoru adiabatické podmínky, který je dále připojen k tepelnému zdroji umístěnému ve vstupní skříni.

Může být výhodné, když vstupní skříň, popřípadě i výstupní skříň, jsou tepelně kompenzované, to znamená, že jsou opatřeny známými elektrickými a elektronickými prvky, které automaticky provádějí korekci tak, aby nebyly nastavené hodnoty tepelného režimu uvnitř skříní ovlivňovány například prostředím, obklopujícím vnější povrch obou skříní, a teplotními změnami v tomto prostředí probíhajícími.

Příklad konkrétního provedení zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněn v příčném řezu na připojeném výkresu. Příklady konkrétního způsobu mřření podle vynálezu jsou objasněny popisem funkce tohoto příkladného provedení zařízení.

Zařízení sestává ze vstupní skříně 2 a výstupní skříně 3. Vstupní skříní 2 je míněna skříň, ve které se budí teplota, působící na vstupní stranu měřeného vzorku 1 a po jejím prostupu měřeným vzorkem 1 je ve výstupní skříni 3, přivrácené k jeho výstupní straně, měřena a sledována její hodnota ovlivněná tímto prostupem. To znamená, že se předpokládá, že teplo prostupuje ve směru od vstupní skříně 2 k výstupní skříni 3. Vstupní skříň 2 i výstupní skříň 3 mají své strany přivrácené k měřenému vzorku 1 otevřené a okraje obou skříní 2,3 jsou opatřeny těsněním 23, kterým je každá ze skříní 2,3 utěsněna vůči měřenému vzorku

1.

Plné stěny vstupní skříně 2 i výstupní skříně 3 jsou vytvořeny z materiálu, který má dobré tepelně-izolační vlastnosti, například z pěnového polystyrénu, potaženého pevnými deskami, například dřevěnými. Průchody potřebných kabelů a jiných instalací, které vystupují zevnitř skříní 2, 3 na jejich povrch, jsou co nejdokonaleji tepelně utěsněny. Kromě toho obě skříně 2,3 jsou vybaveny tepelně-kompenzačním systémem, který na výkresu není blíže naznačen, a pomocí nějž se udržují základní nastavené teplotní hodnoty obou skříní 2, 3, aniž by se na vnitřní prostory obou skříní 2, 3 projevoval vliv výkyvů okolního prostředí, obklopujícího obě skříně 2,3.

Vstupní skříň 2 je vybavena tepelným zdrojem 4 a chladicím systémem 5. Tepelným zdrojem 4 může být například infrazářič, popřípadě jejich sada, nebo elektrické odporové topné těleso. Chladicím systémem 5 je například chladničkový výparník, jehož agregát je umístěn vně vstupní skříně 2, což není blíže na výkresu znázorněno. Tepelný zdroj 4 je připojen elektricky vodivou cestou k programovému regulátoru 8 teploty, který se nachází vně vstupní skříně 2. K programovému regulátoru 8 teploty je připojeno další elektricky vodivou cestou teplotní čidlo 7, nacházející se uvnitř vstupní skříně 2. Chladicí systém 5 je připojen svou elektricky vodivou cestou k regulátoru 10 teploty, který se také nachází vně vstupní skříně 2. K regulátoru 10 teploty je připojeno další elektricky vodivou cestou teplotní čidlo 9, nacházející se uvnitř vstupní skříně 2.

Jak vyplývá z výkresu, je vstupní skříň 2 vybavena cirkulačním systémem 12, tvořeným uvnitř vstupní skříně 2 se nacházejícími dvěma ventilátory 11 se svými elektromotory 19, které jsou připojeny svými elektricky vodivými cestami na společný regulátor 13, ke kterému je připojeno další elektricky vodivou cestou čidlo 28 hodnoty součinitele přestupu tepla.

Výstupní skříň 3 je vybavena mrazicím systémem 6, kterým je opět výparník umístěný uvnitř výstupní skříně 3 a jeho agregát umístěný vně výstupní skříně 3. Mrazicí systém 6 je připojen svou elektricky vodivou cestou k regulátoru 25 teploty, který se také nachází vně výstupní skříně 3. K regulátoru 25 teploty je připojeno svou elektricky vodivou cestou teplotní čidlo 24, nacházející se uvnitř výstupní skříně 3.

Výstupní skříň 3 je také vybavena svým cirkulačním systémem 14, tvořeným uvnitř výstupní skříně 3 umístěnými dvěma ventilátory 21 se svými elektromotory 22, které jsou připojeny svými elektricky vodivými cestami na společný regulátor 15, ke kterému je připojeno další elektricky vodivou cestou čidlo 29 hodnoty součinitele přestupu tepla.

Uvnitř vstupní skříně 2 jakož i uvnitř výstupní skříně 3 je umístěna řada snímačů 16 teploty, které jsou buď umístěny volně v prostoru obou skříní 2, 3, nebo jsou uchyceny na vstupní či výstupní straně měřeného vzorku 1. Některé z těchto snímačů 16 teploty mohou býtzabudovány přímo v měřeném vzorku.

1. Všechny snímače 16 teploty jsou svými, elektricky vodivými cestami připojeny ke společnému registračnímu přístroji 20.

Ve vstupní skříni 2 je dále umístěno jednak čidlo 17 povrchového tepelného toku, jednak čidlo 26 adiabatické podmínky. Čidlo 17 povrchového tepelného toku je připojeno svou elektricky vodivou cestou k ukazateli 18 povrchového tepelného toku, umístěnému vně vstupní skříně 2. Čidlo 26 adiabatické podmínky je připojeno svou vodivou cestou k regulátoru 27 adiabatické podmínky, umístěnému rovněž vně vstupní skříně 2 a připojenému k tepelnému zdroji 4.

Konkrétně se způsob měření na tomto zařízení provádí následovně:

Měření vzorek 1 se upne mezi obě skříně 2,3, přičemž se dohlíží na to, aby těsnění 23 dobře doléhalo na vstupní a výstupní stranu měřeného vzorku 1. Před tím se měřený vzorek 1 zváží, změří se jeho rozměry, a popřípadě se stanoví jeho vlhkost.

Poté se ve vstupní skříni 2 zapne tepelný zdroj 4, ve výstupní skříni 3 se zapne mrazicí systém 6, na programovém regulátoru 8 teploty se nastaví žádaná teplota plynného média ve vstupní skříni 2 a na regulátoru 25 teploty se také zastaví požadovaná teplota plynného média ve výstupní skříni 3. Zároveň se zapnou oba cirkulační systémy 12,14 v obou skříních 2, 3.

Při měření tepelného odporu měřeného vzorku 1 za ustáleného stavu se postupje tak, že se udržují nastavené teploty plynného média v obou skříních 2,3 tak dlouho, až se ustálí, a udržuje se kladný teplotní spád, to znamená, že ustálená teplota ve vstupní skříni 2 je po celou dobu měření vyšší, než teplota ve výstupní skříni 3. Přitom jsou hodnoty součinitele přestupu tepla na obou stranách měřeného vzorku 1, a tedy i nastavený výkon cirkulačních systémů 12, 14 irelevantní. Chladicí systém 5 vstupní skříně 2 je během tohoto měření vypnut. Tepelný odpor se pak stanoví buď přímo pomocí čidla 17 povrchového tepelného toku a jeho ukazatele 18, nebo u zařízení, jehož vstupní skříň 2 je vybavena tepelnou kompenzací, se stanoví nepřímo z výkonu tepelného zdroje 4 vstupní skříně 2, kterýžto výpočet je u obou postupů dán příslušnými předpisy, například normou.

Měření poměrného poklesu vnitřní povrchové teploty se provádí tak, že se nejprve ustálí střední teplotní spád, to znamená, že teplota plynného média ve vstupní skříni 2 je vyšší než ustálená teplota plnynného média ve výstupní skříni 3. Při tomto měření se již během ustalování teplotního spádu zapne chladicí systém 5 ve vstupní skříni 2, takže se ustálená teplota plynného média ve vstupní skříni 2 udržuje programovým regulátorem 8 teploty při současném podchlazování plynného média. Po dokonalém ustálení teplot se zapne čidlo 25 adiabatické podmínky se svým regulátorem 27 a tepelný zdroj 4 ve vstupní skříni 2 se přepne z programového regulátoru 8 teploty na regulátor 27 adiabatické podmínky. Chladicí systém 5 ve vstupní skříni 2 se ponechá v původní funkci již nastavené na jeho regulátoru 10 teploty. Obdobně se udržuje v činnosti mrazicí systém 6 se svým regulátorem 25 teploty a jeho teplotním čidlem 24 ve výstupní skříni 3 za účelem udržení konstantní teploty plynného média ve výstupní skříni 3. Dodržení adiabatické podmínky totiž znamená, že se hodnota součinitele přestupu tepla na vstupní straně měřeného vzorku 1 během celého postupu měření rovná nule, zatímco na výstupní straně měřeného vzorku se udržuje konstatní hodnota součinitele přestupu tepla, obvykle ve výši 23,00 W/m²K. Během měření začne teplota ve vstupní skříni 2 klesat, přičemž regulátor 27 adiabatické podmínky zajišťuje, aby v každém okamžiku se teplota povrchu vstupní strany měřeného vzorku 1 rovnala teplotě plynného média ve vstupní skříni 2.Toznamená,že povrchový tepelný tok na povrchu vstupní strany měřeného vzorku 1 se po celou dobu vychládání musí rovnat nule, o čemž musí svědčit také případně instalovaný ukazatel 18 povrchového tepelného toku se svým čidlem 17. Je-li zařízení vybaveno kompenzací vstupní skříně 2, vypíná se její funkce během měření poklesu teploty. Měření vychládání probíhá obvykle nejméně po dobu osmi hodin a poměrný pokles vnitřní povrchové teploty se stanoví porovnáním spádu povrchové teploty . . 4 na vstupní straně měřeného vzorku 1 a teploty plynného média ve výstupní skříni 3 na začátku měření, během měření a na konci měření.

Způsob měření tepelně-fyzikálních vlastností podle vynálezu, jakož i zařízení podle vynálezu pro provádění tohoto způsobu lze použít nejen pro proměřování vzorků určených pro stavebnictví, ale lze jich použít pro obdobná měření jakýchkoliv vzorků jak v laboratorní praxi, tak i v provozních podmínkách. U jednovrstvých homogenních nebo vícevrstvých souměrných vzorků jsou při měření obě strany měřeného vzorku zaměnitelné a z hlediska tepelně-fyzikálních vlastností identické. U nesouměrných vzorků, to je takových, jejichž vnitřní skladba vrstev není souměrná ke střední rovině, je třeba při měření dbát na to, aby byla orientace měřeného vzorku při jeho zabudování do zařízení přesně dodržena, to znamená, že vstupní strana měřeného vzorku musí směřovat do vstupní skříně a výstupní stranu měřeného vzorku musí směřovat do výstupní skříně.

Claims (5)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Způsob měření tepelně-fyzikálních vlastností, například tepelného odporu a poměrného poklesu vnitřní povrchové teploty vzorku, zejména plošného, přičemž se na vstupní i výstupní strana vzorku působí konstantními teplotami a konstantní teplota působící na vstupní stranu měřeného vzorku je vyšší, než konstantní teplota působící na jeho výstupní stranu, vyznačený tím, že se příkon tepla na vstupní straně měřeného vzorku vypne a teplý povrch vstupní straně měřeného vzorku vypne a teplý povrch vstupní strany měřeného vzorku se nechá vychládat, přičemž se zajišťuje rovnost teploty plynného média, obklopujícího vstupní stranu měřeného vzorku s okamžitou teplotou povrchu měřeného vzorku v průběhu vychládání.

2. Způsob měření poměrného poklesu vnitřní povrchové teploty podle bodu 1, vyznačující se tím, že se regulace teploty na vstupní straně měřeného vzorku děje za stálého podchlazování směrem zezdola nahoru ohřevem, přičemž hodnota součinitele přestupu tepla na vstupní straně měřeného vzorku se rovná 0 W/m² K a na výstupní straně je od nulové hodnoty různá, např. se rovná 23,00 W/m² K.

3. Způsob měření podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že regulace teplot na obou stranách měřeného vzorku se provádí v plynném médiu, obklopujícím obě strany měřeného vzorku.

4. Způsob měření podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že v plynném médiu se budí jeho uspořádaná cirkulace.

5. Zařízení pro provádění způsobu měření podle bodů 1 až 4, vyznačené tím, že sestává ze vstupní skříně (2) a výstupní skříně (3), z nichž každá je na straně přivrácené k měřenému vzorku (1) otevřená a na svých okrajích přivrácených k měřenému vzorku (1) je každá opatřena těsněním (23) a vstupní skříň (2) obsahuje tepelný zdroj (4) připojený k programovému regulátoru (8) teploty, k němuž je zároveň připojeno jeho teplotní čidlo (7), cirkulační systém (12) tvořený nejméně jedním budicím prvkem, například ventilátorem (11), jehož elektromotor (19) je připojen na regulátor (13), k němuž je zároveň připojeno čidlo (28) hodnoty součinitele přestupu tepla, čidlo (17) povrchového tepelného toku uzpůsobené pro uchycení na povrchu měřeného vzorku (1), připojené k ukazateli (18) povrchového tepelného toku, čidlo (26) adiabatické podmínky, uzpůsobené pro uchycení na povrchu měřeného vzorku (1) připojené k regulátoru (27) adiabatické podmínky, který je dále připojen k tepelnému zdroji (4), chladicí systém (5) připojený k regulátoru (10) teploty, k němuž je připojeno zároveň jeho teplotní čidlo (9) a výstupní skříň (3) obsahuje mrazicí systém (6) připojený k regulátoru (25) teploty, k němuž je zároveň připojeno jeho teplotní čidlo (24) a cirkulační systém (14), který je tvořen nejméně jedním budicím prvkem, například ventilátorem (21), jehož elektromotor (22) je připojen na regulátor (15), k němuž je zároveň připojeno čidlo (29) hodnoty součinitele přestupu tepla, přičemž snímače (16) teploty připojené k registračnímu přístroji (20) jsou uloženy uvnitř vstupní skříně (2) a výstupní skříně (3) i mezi nimi.