CS255063B1 - Device for simultaneous measuring thermal and temperature conductivity especially of planary deformable materials - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení к současnému měření tepelné a teplotní vodivosti zejména plošných a deformovatelných materiálů.

Zfialost tepelné a teplotní vodivosti materiálů je nezbytnou podmínkou optimálního využití materiálů v praxi, oba parametry jsou pak nezbytné к výpočtům tepelných polí v materiálech při jejich tepelném zpracování. Známá zařízení к současnému měření tepelné a teplotní vodivosti zejména tuhých a sypkých materiálů jsou založena nejčastěji na měření doby průchodu tepelného impulsu od tepelného zdroje trvale umístěného bud na povrchu nebo přímo v materiálu až к teplotnímu čidlu umístěnému nejčastěji v materiálu. Dle vzorců známých v aplikované termomechanice se pak z doby průchodu impulsu stanoví teplotní vodivost materiálu, z amplitudy resp. tepelného obsahu impulsu v místě měření lze pak vypočítat tepelnou kapacitu materiálu.

Popsané zařízení lze použít к měření tepelné a teplotní vodivosti pouze spojitých materiálů o relativně vysoké tepelné kapacitě, aby vůbec došlo к odvodu tepla ze zdroje a aby tepelná kapacita čidla, například mikrotermočlánku, byla podstatně nižší než tepelná kapacita materiálu.

К měření tepelné vodivosti při ustáleném se v podledních letech používá nového prvku, takzvaného plošného čidla tepelného toku, tvořeného diferenciálním multitermočlánkem měřicím teplotní spád na tenké nekovové destičce. Měřený materiál se z obou stran obklopí kovovými deskami o známé a stabilizované teplotě, přičemž mezi jednu z desek a měřený materiál se ještě vloží tenké čidlo tepelného toku. Tepelná vodivost materiálu je pak přímo úměrná velikosti tepelného toku v ustáleném stavu a tloušťce materiálu, a nepřímo úměrná teplotnímu rozdílu mezi oběma deskami.

Nevýhodou popsané metody a souvisejícího zařízení je možnost měření pouze tepélné vodivosti, neboř zařízení pracuje v ustáleném režimu, zatímco teplotní vodivost lze měřit pouze v režimu neustáleném.

U nové měřicí metody dle československého АО č. 250 316 je zmíněné plošné čidlo tepelného toku využito novým způsobem к měření hodnoty úměrné teplotní vodivosti materiálu. Jednak z desek o známé stabilizované teplotě, dále označovaná jen blok nese na své rovinné ploše tenké plošné čidlo tepelného toku. Blok s čidlem se náhle přiloží na měřený materiál a z časového průběhu tepelného toku lze pak dále dle vztahů známých z termomechaniky pro ohřev takzvaného polomasivu vypočítat hodnotu úměrnou teplotní vodivosti materiálu. Součinitelem úměrnosti je hodnota tepelné vodivosti materiálu, kterou je nutno stanovit jiným způsobem eventuálně na jiném zařízení.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení к současnému měření tepelné a teplotní vodivosti zejména plošných deformovatelných materiálů podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že sestává z kovového bloku o známé nebo stabilizované první teplotě tj, v němž je umístěn topný prvek a čidlo teploty a který je pohyblivě spojen s kovovou deskou pro uložení vzorku materiálu, která má známou nebo stabilizovanou druhou teplotu t₂, odlišnou od první teploty t_ir přičemž к vnější ploše kovového bloku přivrácené ke kovové desce je připevněno plošné čidlo tepelného toku a do kovové desky je umístěno další čidlo teploty. Kovový blok může být spojen s kovovou deskou prostřednictvím výkyvného kloubu, suvného vedení nebo paralelogramu. Vnější plocha kovového bloku, přivrácená ke kovové desce, může být opatřena tepelnou izolací.

Při použití zařízení podle vynálezu lze například tepelnou a teplotní vodivost plošné textilie stanovit během 10 sekund, což je minimálně lOOkrát dříve než u známých zařízení, u nichž lze navíc teplotní vodivost nespojitých materiálů, například textilií, určit pouze s velikou chybou. Známá zařízení jsou dále oproti zařízení podle vynálezu značně robustní a komplikované.

Vynález a jeho účinky jsou blíže vysvětleny v popise příkladu jeho provedení podle přiloženého výkresu, který znázorňuje schematicky v náryse zařízení к současnému měření tepelné a teplotní vodivosti zejména plošných deformovatelných materiálů podle vynálezu.

Kovový blok 2 je opatřen tepelnou izolací 2 ^a je pomocí paralelogramu 2 kyvné spojen s kovovou deskou £, na níž je při měření položen nebo připevněn měřený vzorek 2 materiálu. Teplota kovové desky £ je měřena dalším čidlem 6 teploty. Teplota kovového bloku 2 stabilizuje a je v němž umístěn elektrický topný prvek 2 ^s čidlem 2 teploty. Na měřicí ploše kovového bloku 2 3^e připevněno nejméně jedno plošné čidlo 9 tepelného toku, připojené pomocí pohyblivého kabelu 10 к neznázorněnému elektronickému vyhodnocovacímu zařízení. Pohyblivým kabelem 10 je připojen rovněž topný prvek 2 ^a čidlo 2 teploty к neznázorněnému regulátoru teploty.

Zařízení к současnému měření tepelné a teplotní vodivosti zejména plošných deformovatelných materiálů podle vynálezu se pomocí plošného čidla tepelného toku měření jednak velikost tepelného impulsu při rychlém přiložení vyhřátého kovového bloku 2 ha měřený vzorek 2 materiálu, jednak ust.álený tepelný tok mezi kovovým blokem 2 ^a kovovou deskou 4, je-li měřený materiál umístěn mezi kovový blok a kovovou desku.

Při měření se nejprve stabilizuje teplota kovového bloku 2 ^na hodnotě první teploty t.^ a teploty materiálu se ustálí na odlišné teplotě kovové desky, tedy druhé teplotě t₂. Poté se zapne registrace času v elektronickém zařízení, například liniovém zapisovači, a kovový blok 2 doposud vzdálený od vzorku 2 materiálu, se rychle ve směru a přiloží na vzorek 2? materiálu. Vzájemné pohyblivé spojení kovového bloku 2 ^a kovové desky 2 nezbytné к dosažení definovaného přítlaku mezi kovovým blokem 2/ vzorkem 5 materiálu a kovovou deskou a jejich vzájemně přesné polohy. Přítlak je nutný к zajištění dostatečného tepelného kontaktu.

Časový průběh tepelného toku je po přiložení plošného čidla 2 tepelného toku na vzorek 2 materiálu registrován a nakonec je snímána hodnota ustáleného tepelného toku sloužící к výpočtu tepelné vodivosti materiálu. Tento ustálený tepelný tok pak vystupuje z kovového bloku 2/ prochází vzorkem 2 materiálu a nakonec vstupuje do desky o druhé teplotě t^ nižší než teplota kovového bloku 2л tedy první teplota t₁.

Výpočet hledané tepelné a teplotní vodivosti nebo tepelné kapacity materiálu, která je podílem tepelné a teplotní vodivosti, lze pak provést z naměřených hodnot různými způsoby. U většiny z nich se nakonec hodnota tepelné vodivosti dosazuje do vztahu pro výpočet teplotní vodivosti. V tomto vztahu vystupuje příkladně doba měření nebo doba příslušné jisté konkrétní hodnotě tepelného toku.

Poté se měření opakuje s jiným materiálem. Z jednoho měření proběhlého výše uvedeným postupem lze stanovit oba hledané parametry. V tomto smyslu je nutno chápat použitý termín současné měření tepelné a teplotní vodivosti.

Nevýhodou zařízení dle vynálezu je skutečnost, že parametry kovových materiálů a polovodičů, jejichž tepelný odpor je nižší než tepelný odpor čidla tepelného toku, lze měřit s vyšší chybou. Pokud není materiál deformovatelný při jistém definovaném přítlaku, nelze rovněž jednoduchým způsobem zajistit dobrý tepelný kontakt mezi plošným Čidlem 9 tepelného toku a vzorkem 2 materiálu a mezi vzorekm 5 materiálu a kovovu deskou 2·

Zařízení podle vynálezu najde proto uplatnění při měření tepelné a teplotní vodivosti zejména u deformovatelných plošných materiálů, jako například textilií, plastů a pěnových materiálů, přičemž v těchto oblastech použití vysoce předčí známá zařízení svou přesností, operativností a jednoduchostí.

Claims (5)

1. Zařízení к současnému měření tepelné a teplotní vodivosti zejména plošných deformova- telných materiálů, vyznačující se tím, že sestává z kovového bloku /1/ o známé nebo stabilizované první teplotě t_1# v němž je umístěn topný prvek /7/ a Čidlo /8/ teploty a který je pohyblivě spojen s kovovou deskou /4/ pro uložení vzorku /5/ materiálu, která má známou nebo stabilizovanou druhou teplotu t£, odlišnou od první teploty t^, přičemž к vnější ploše kovového bloku /1/ přivrácené ко kovové desce /4/ je připevněno nejméně jedno plošné čidlo /9/ tepelného toku a do kovové desky /4/ je umístěno další čidlo /6/ teploty.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že kovový blok /1/ je spojen s kovovou deskou /4/ prostřednictvím výkyvného kloubu.

3. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že kovový blok /1/ je spojen s kovovou deskou /4/ prostřednictvím suvného vedení.

4. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že kovový blok /1/ je spojen s kovovou deskou /4/ prostřednictvím paralelogramu /3/.

5. Zařízení podle bodů 1 až 4 vyznačující se tím, že vnější plochy kovového bloku /1/, kromě plochy přivrácené ke kovové desce /4/, jsou opatřeny tepelnou izolací /2/.