Vynález se týká zařízení pro měření tepelné propustnosti plošných textilií, založeného na dodávání elektrického příkonu o
Tepelnou propustností plošné textilie rozumíme její měrnou tepelnou prostupnost čili na jednotku teplotního rozdílu vztažený měrný tepelný tok v ustáleném stavu mezi dvěma prostředími o definovaných vlastnostech a různých teplotách, mezi nimiž je plošné textilie umístěna. Tato prostředí jsou obvykle tvořena tuhým tělesem a proudícím vzduchem.
Známé metody k měření tepelné propustnosti plošných textilií jsou založeny na zjišťování tepelného toku na povrchu tuhého tělesa nebo na zjišťování tomuto tepelnému toku odpovídajícího příkonu, přiváděného do tuhého tělesa. K měření používané zařízení jsou vybavena čidlem tepelného toku nebo součástí, vytvořenou z elektrického vodiče či polovodiče, sloužící k dodávání příkonu, z ústrojí, zajišťujících vyhodnocení signálů a z ústrojí, zajišťujících potřebné vlastnosti prostředí, tj. teplotu tuhého tělesa a rychlost proudění a případně i teplotu vzduchu.
Nevýhodou známých zařízení pro měření tepelné propustnosti plošných textilií, založených na dodávání příkonu, je zejména potřeba termostatování tuhého tělesa a z toho plynoucí složitost provedení. Je třeba použít i poměrně náročné obvody ke zpracování informace o dodávaném příkonu, odpovídajícím tepelnému toku při daném teplotním rozdílu.
2S1 163
- 2 Tyto nevýhody jsou odstraněny nebo potlačeny v zařízení podle vynálezu, jímž je zařízení pro měření tepelné propustnosti plošných textilií s měřenou textilií umístěnou mezi měřicí součástí ve tvaru desky či vrstvy, obsahující elektricky vodivý či polovodivý materiál a mezi proudícím vzduchem, jehož podstatou je to, že měřicí součást, případně jednostranně tepelně izolovaná, je huá umístěna uvnitř, nebo tvoří část stěny potrubí, jehož část může být odklopná či demontovatelné, v němž je umístěno čidlo teploty, které je spojeno s ústrojím pro dopravu vzduchu a popřípadě pro nastavení dopravovaného množství vzduchu. Měřicí součást je elektricky spojena s obvodem pro dodávání příkonu a s procesorem, k němuž je přes zesilovač elektricky připojeno čidlo teploty a přímo napojeno indikační a výstupní ústrojí. Mezi procesor a měřicí součást může být vřazen převodník odpor - napětí či odpor - proud. V alternativním zapojení je mezi procesor a převodník odpor - napětí či odpor - proud vřazen analogově číslicový převodník. Dále může být též analogově číslicový převodník vřazen mezi procesor a zesilovač a mezi procesor a indikační a výstupní ústrojí.
Měřicí součást může být provedena jako vinutí z kovového drátu nebo pásku, popřípadě jako jednostranné vinutí uspořádané do tvaru meandru nebo jako vrstva kovu či polovodiče, uspořádaná případně do tvaru meandru, spirály a podobně, na povrchu elektrického izolantu. Tato vrstva může být na povrchu opatřena vrstvou elektrického izolantu.
Obvod pro dodávání příkonu může být proveden jako odpor zapojený v sérii s měřicí součástí a připojený na zdroj konstantního napětí a může tvořit zároveň jednu větev můstku převodníku odpor - napětí či odpor - proud. Analogově číslicový převodník nebo převodníky a/nebo indikační a výstupní ústrojí mohou být začleněny do procesoru, takže tvoří jeho součást. Obvod pro dodávání příkonu může být připojen na řízené stejnosměrné napětí, též na střídavé nebo obdélníkové napětí.
- 3 251 163
Spojením měřicí součásti s obvodem pro dodávání příkonu a s převodníkem odpor - napětí či odpor - proud je při známé teplotní závislosti měřicí součásti dána možnost zjišťovat teplotu v ní a z této teploty a teploty proudícího vzduchu určit tepelnou propustnost plošné textilie. Tak odpadá potře ba termostatování, takže zařízení podle vynálezu může být vytvořeno jako jednoduché po strojní i elektrické stránce.
Zařízení podle vynálezu je dále vysvětleno na příkladech provedení a znázorněno na výkresu, kde značí obr. 1 jednu jeho variantu a obr. 2 druhou variantu provedení.
Podle obr. 1 je v potrubí 2 umístěna měřicí součást 1 a dále čidlo 3 teploty spojené s ústrojím £ pro dopravu vzduchu. Měřicí součást 1 je elektricky spojena s obvodem 6 pro dodávání příkonu a s procesorem 10, a to přes převodník 7 odpor - napětí či odpor - proud a analogově číslicový převodník 8„ Čidlo J teploty je spojeno s procesorem 10 přes zesilovač 9 a přes analogově číslicový převodník 8. Na procesor 10 je napojeno indikační a výstupní ústrojí 11. V základním zapojení je možno analogově číslicové převodníky 8 a převodník 7 odpor - napětí či odpor - proud vynechat.
Alternativní umístění měřicí součásti 1 je znázorněno na obr. 2, kde měřicí součást 1 tvoří část stěny potrubí 2 a je překryta z jedné strany tepelně izolační částí 2· Měřicí součást 1 je spojena jednak a obvodem 6 pro dodávání příkonu a jednak s procesorem 10 přes převodník 7 odpor - napětí či odpor - proud, čidlo J teploty je spojeno s procesorem 10 přes zesilovač 9· Na procesor 10 je napojeno indikační a výstupní ústrojí 11 přes analogově číslicový převodník 8. V základním zapojení je možno analogově číslicový převodník 8 a převodník 2 vynechat.
V obou příkladných uspořádáních zařízení podle obr. 1 a 2 mohou analogově číslicový převodník 8 a též indikační a výstupní ústrojí 11 tvořit součást procesoru 10.
251 163
Obvod 6 pro dodávání příkonu je proveden jako odpor, zapojený do série s měřicí součástí 1 a připojený na zdroj napětí©
Zařízení podle vynálezu je dále vysvětleno na příkladech©
Příklad 1
Zařízení je schematicky znázorněno na obr. 1· Měřicí součást 1 má tvar desky o tloušťce 2 mm a je na ploše 100 x x 100 mm opatřena po obou stranách vinutím niklového drátu 0 0,25 mm s roztečí 1 mm© Při 20 °C má elektrický odpor 25 Ϊ1, teplotní závislost odporu činí 0,7 , Je umístěna v potrubí 2, obdélníkového průřezu, jehož vrchní čáet je odklopné, na obr. 1 nezwáiohněno· Potrubí 2 je opatřeno čidlem 2 teploty, provedeným jako křemíkový odporový teploměr a je spojeno s ústrojím 4 pro dopravu a nastavení dopravovaného množství vzduchu, provedeným jako ventilátor s nastavitelnou žaluzií. Měřicí součást 1 je elektricky spojena e obvodem 6 pro dodávání příkonu, představovaným odporem 25,87 Όv sérii s měřicí součástí 1, připojeným na zdroj napětí 10 V. Převodník 2 odpor - napětí je proveden jako můstek, tvořený vedle měřicí součásti 1 a sériového odporu dvěma dalšími odpory 250 íl a 258,7 íl, který je spojen s rozdílovým zesilovačem. Čidlo 2 teploty zapojené v můstku je spojeno se zesilovačem 9. Výstup převodníku 2 odpor-napětí a výstup zesilovače 9 jsou spojeny přes analogově číslicové převodníky 8 s procesorem 10, provedeným jako mikropočítač, jenž je spojen 3 indikačním ústrojím 11. provedeným jako zobrazovač s kapalnými krystaly.
Funkce zařízení je taková, že po upevnění plošné textilie kolem měřicí součásti 1, což se provede při odklopené části potrubí 2 pomocí neznázornené svorky, a po přiklopení potrubí 2 se žaluzií, ústroji £ pro dopravu a nastavení dopravovaného množství vzduchu nastaví rychlost proudění na 3 m©s}0
251 163
Obvod 6 pro dodávání příkonu dodává do měřicí součásti JL příkon, který je v rozmezí teplot měřicí součásti od 17 °C do 33 °C roven 0,96636 W s přesností lepší než £ 0,02 Tím dochází k růstu teploty v měřicí součásti 1. Na výstupu převodníku 7 odpor - napětí je napětí, které je nelineární funkcí této teploty, danou velikostí odporů můstku a teplotní závislostí elektrického odporu měřicí součásti 3L a které je při 20 °C rovno nule. Toto napětí se v analogově číslicovém převodníku 8 zpracovává na číslicový signál, který se přivádí do procesoru 10. Stejně je v zesilovači £ a v analogově číslicovém převodníku 8 zpracována informace o teplotě v čidle 2 na číslicový signál, přiváděný do procesoru 10. Procesor 10 provádí podle programu, uloženého v jeho pevné paměti, linearizaci obou vstupních signálů a dále výpočet výstupního signálu, odpovídajícího tepelné propustnosti zkoušené plošné textilie v souladu se vztahem:
,-l (T - t0) (1) —2 —1 kde B je tepelná propustnost plošné textilie (W.m .K )
N je příkon dodávaný do měřicí součásti F je plocha měřicí součásti, uplatňující se při sdílení tepla, zde plocha vinutí po obou stranách
T je teplota v měřicí součásti v ustáleném stavu
T je teplota vzduchu v potrubí (W) <m2) (K) (K)
Výstupní signál z procesoru 10 je v indikačním ústrojí 11 převeden na optickou informaci. Na zobrazovači je indikována přímo hodnota tepelné propustnosti ve W.m ·ΚΑο
Zařízení je určeno k měření tepelné propustnosti v rozsahu hodnot, vyskytujících se u plošných textilií, tj.
W.nf^oK 1 až 35 W0m’2oK’^. Teplotní rozdíl T - TQ při., tom v souladu se vztahem (1) činí 9,664 případně 1,381 K.
Příklad 2 251 183
Zařízení opět odpovídá obr. 1 8 tím rozdílem, že měřicí součást 2 tvar válce s osou kolmou k rovině výkresu obvod válce činí 100 mm. Všechny části a obvody jsou stejné jako v příkladu 1 s výjimkou měřicí součásti 1 a obvodu 6 pro dodávání příkonu. Měřicí součást 1 je vytvořena vinutím niklového drátu o 0 0,125 mm na povrchu trubky z elektrického izolantu. Vinutí je provedeno v délce 100 mm, mó stoupání 1 mm a je zalito epoxidovým lakem. Elektrický odpor měřicí součásti 1 při 20 °C je 50 íl a teplotní závislost odporu 0,7 ífceK1. Obvod 6 pro dodávání příkonu je tvořen odporem 51,74 íl, připojeným na stejnosměrné napětí 10 V. Funkce zařízení je stejné jako v příkladu 1 s tím, že zkoušená plošné textilie je upevněna kolem válcové měřicí součásti 1, jejíž plocha, podílející se na sdílení tepla, je poloviční než v příkladu 1. Poloviční je také dodávaný příkon, takže teplotní rozdíl T - TQ je v souladu se vztahem (1) stejný jako v příkladu 1«,
Příklad 3
Zařízení je schematicky znázorněno na obr. 2. Měřicí součást 1 je vytvořena jako platinová vrstva o tloušlce 0,01 mm, uspořádaná do tvaru meandru na povrchu keramické desky. Má plochu, uplatňující se při sdílení tepla, rovnou 0,005 m^, elektrický odpor při 20 °C rovný 12 íl a teplotní součinitel odporu 0,388 %eK\ Platinové vrstva je pokryta silikonovým lakem. S měřicí součástí 1 je mechanicky spojena tepelně izolační část 2, jejíž tepelná propustnost činí 2 W.m .K”1. Pomocí neznázorněného mechanismu jsou měřicí součást 1 a tepelně izolační část 2 odklopně spojeny s potrubím 2, opatřeným čidlem 3, teploty, provedeným jako perličkový termistor s odporem 2 200 íl a záporným teplotním součinitelem odporu. Potrubí 2 je spojeno s ústrojím 4 pro dopravu a nastavení dopravovaného množství vzduchu, provedeným jako ventilátor s nastavitelnou klapkou. Obvod 6 pro
- 7 251 163 dodávání příkonu je proveden jako odpor 12,46 XI, připojený přes kondenzátor ke stabilizovanému zdroji střídavého napětí 50 Hz o efektivní hodnotě 3 V. Převodník 2 odpor - napětí je proveden jako můstek, napájený stejnosměrným napětím 5 V, tvořený kromě měřicí součásti 1 ještě odporem 216 XI a odpory 240 Λ a 2 160 XI, který je připojen k rozdílovému zesilovači, opatřenému filtrem pro potlačení kmitočtu 50 Hz. čidlo 3 teploty, tvořené termistorem, je spojeno přes odpor zvolené hodnoty s invertujícím vstupem zesilovače 9· Ten dává v rozmezí teplot od 20 °C do 40 °C výstupní napětí přímo úměrné teplotě s chybou menší než 0,035 K. Převodník 7 a zesilovač 2 jsou připojeny na vstup procesoru 10, provedeného jako analogový, vybavený rozdílovým zesilovačem, převodníkem napětí - střída a půldní násobičkou. Výstup z procesoru 10 je spojen s analogově číslicovým převodníkem 8 a ten pak s indikačním ústrojím 11, tvořeným dekodérem a trojmístným dekadickým svítivkovým zobrazovačem.
Funkce zařízení je taková., že po odklopení měřicí součásti 1 a tepelně izolační části 2 ae mezi tyto části a mezi potrubí 2 vloží zkoušená plošné textilie, měřicí součást 1 s izolační částí 2 s® přiklopí a pomocí klapky ústrojí 4 pro dopravu a nastavení dopravovaného množství vzduchu se nastaví v potrubí £ rychlost proudění 3 m.s’“^'. Obvodem 6 pro dodávání příkonu a můstkem převodníku 7 odpor - napětí je do měřicí součásti 1 dodáván příkon, který je v rozmezí teplot od 17 °C do 35 °C roven 0,201 W s přesností lepší než í 0,15 %· Napětí na výstupech převodníku 7 a zesilovače 9 je přivedeno do procesoru 10. V něm je analogovým způsobem realizován výpočet podle vztahu, odpovídajícího danému uspořádání
B = N . F*1 . (T - Τθ)1 - Bp (2) kde Bp je tepelná propustnost tepelně izolační části
B, N, F, T a TQ mají výše uvedený význam.
251 163
- 8 Výpočet se provádí tak, že v rozdílovém zesilovači získané napětí, úměrné rozdílu teplot v měřicí součásti 1 a v potrubí 2, se zavede do převodníku napětí - střída, kde je generováno obdélníkové napětí o střídě d = k . U/1 - r (3)
kde d |
je střída obdélníkového napětí |
(1) |
Ur |
je napětí, úměrné teplotnímu rozdílu
T - T
0 |
(V) |
k |
je součinitel, daný parametry převodníku |
(V) |
r |
je veličina, určená nastavovacím prvkem v převodníku |
(1) |
Se střídou podle vztahu (3) je spínáno vstupní napětí U| pulsní násobičky s bezkontaktním spínačem a aktivním RC filtrem. Pro výstupní napětí násobičky platí vztah uv = U£ . (1c Ur _1 - r) (4) kde Uy je výstupní napětí pulsní násobičky (V)
IL je vstupní, zde konstantní nebo nastavitelné, napětí pulsní násobičky (V) λ.
Up , k, r mají výše uvedený význam.
Tím je zajištěn přepočet napětí Ur, úměrného teplotnímu rozdílu T * TQ, na napětí Uy, úměrné tepelné propustnosti. Přenosy obvodů procesoru 10, převodníku 7, analogově číslicového převodníku 8 a zesilovače 9 jsou voleny tak, že na zobrazovači indikačního ústrojí 11 je indikována přímo tepel-2 «1 ná propustnost ve W.m .K « Měřicí rozsah zařízení je stejný jako v příkladech 1 a 2, teplotní rozdíl podle vztahu (2) se pohybuje v mezích od 1,086 K do 5»743 K.
Příklad 4
251 163
Zařízení podle tohoto příkladu odpovídá obr. 2 až na to, že obvod 6 pro dodávání příkonu je spojen s výstupem převodníku 7 a že je vypuštěn analogově číslicový převodník 8.
části a ústrojí jsou stejné jako v příkladu 3 až na měřicí součást 1, obvod 6 pro dodávání příkonu, převodník 7 a indikační ústrojí li. Měřicí součást 1 je tvořena osmi shodnými plochými termistory, zapojenými do série, jejichž celková plocha činí 0,0009 m^ a které mají při 20 °C výsledný elektrický odpor 270 íl. Obvod 6 pro dodávání příkonu je proveden jako řízený zdroj obdélníkového napětí s proměnnou střídou a převodník 7 je proveden až na hodnoty součástek stejně jako zesilovač 9, který je stejný jako v příkladu 3· Indikační ústrojí 11 je provedeno jako magnetoelektrický voltmetre
Funkce zařízení je taková, že při vloženém vzorku plošné textilie dochází v důsledku dodávání příkonu, v rozmezí teplot 20 °C až 40 °C rovného s přesností i 0,08 %
0,052 W, k zvyšování teploty v měřicí součásti 1. Informace o této teplotě je pomocí převodníku 2 převedena na napětí jí úměrné a zavedena do procesoru 10 a také do obvodu 6 pro dodávání příkonu, kde je využita k řízení střídy obdélníkového napětí. Informace o teplotě v potrubí 2 je zpracována pomocí zesilovače 9 a zavedena také do procesoru 10. Výpočet v procesoru 10 je proveden stejně jako v příkladu 3· Výstupní napětí procesoru je zavedeno do indikačního ústrojí 11, kde je tepelná propustnost indikována prostřednictvím výchylky ručky magnetoelektrického voltmetru.
Příklad 5 251 183
Zařízení odpovídá obr. 2. Části a obvody jsou stejné jako v příkladu 3 a výjimkou měřicí součásti 1, obvodu 6 pro dodávání příkonu, převodníku 7 odpor - proud a procesoru 10. Měřicí součást 1 je vytvořena jako jednostranné meandrové vinutí niklového drátu 0 0,18 mm, provedené s roztečí 1 mm na povrchu desky z polyesterového skelného laminátu. Plocha vinutí je 0,005 m^, odpor vinutí při 20 °C činí 12 H, teplotní závislost odporu má součinitel 0,7 %·Κ.~1ο Obvod 6 pro dodávání příkonu je proveden jako odpor 12,8 íl, připojený přes kondenzátor ke zdroji obdélníkového napětí 1 000 Hz se střídou 0,5 a rozkmitem 6 V. Převodník 7 odpor - proud je proveden jako převodník odpor - napětí v přikladu 3, doplněný převodníkem napětí - proud a lišící se tím, že je v něm potlačen přenos kmitočtu 1 000 Hz. Procesor 10 je na vstupu pro signál, odpovídající teplotě v měřicí součásti 1, vybaven odporem, na němž se proudem z převodníku χ odpor - proud vytváří odpovídající napětí.
Funkce zařízení je jinak stejná jako v příkladu 3»
Zařízení podle vynálezu může být využito také k měření tepelné propustnosti jiných materiálů než plošných textilií, například stavebních materiálů, nebo také te zjišťování tepelného odporu, který je veličinou reciprokou k tepelné propustnosti.
Při dostatečně malé kapacitě měřici součásti může zařízení podle vynálezu sloužit k sledování průběhu neustáleného sdílení tepla. Na základě vyhodnocení časové závislosti teplotního rozdílu lze určit tepelné veličiny, uplatňující se při neustáleném sdílení tepla, jako tepelnou kapacitu a podobně.