CZ201137A3 - Zpusob a zarízení k merení tepelné vodivosti - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zpusobu merení tepelné vodivosti, pri kterém se zkoušený vzorek (1) podlouhlého deskovitého tvaru uvede v prostoru alespon cástecne tepelne izolovaném od okolního prostredí do tepelného kontaktu s aktivními plochami alespon dvou snímacu (3, 4) tepelného toku, jejichž teploty se volitelne udržují na dvou rozdílných hodnotách. Do tepelného kontaktu s aktivními plochami snímacu (3, 4) tepelného toku se uvede alespon jedna z dlouhých povrchových ploch zkoušeného vzorku (1), pricemž aktivní plochy snímacu (3, 4) tepelného toku udržované na rozdílných teplotách jsou v kontaktu s oblastmi sousedícími s opacnými konci zkoušeného vzorku (1) ve smeru jeho délky a tepelný tok se ve zkoušeném vzorku (1) vede jeho nejmenším prurezem. Vynález se také týká príslušného zarízení k merení tepelné vodivosti.

Description

Způsob a zařízeni k měření tepelné vodivosti

Oblast techniky

Způsob měření tepelné vodivosti, při kterém se zkoušený vzorek Y podlouhlého deskovitého tvaru uvede v prostoru alespoň částečně tepelně izolovaném od okolního prostředí do tepelného kontaktu s aktivními plochami alespoň dvou snímačů tepelného toku, jejichž teploty se volitelně udržují na dvou rozdílných hodnotách.

Zařízení k měření tepelné vodivosti zkoušeného vzorku podlouhlého l|0 deskovitého tvaru, obsahující alespoň částečně tepelně izolovanou skříň, v jejímž vnitřním prostoru jsou uspořádány alespoň dva snímače tepelného toku tepelně spojené s termostatickými bloky, přičemž termostatický blok tepelně spojený s prvním snímačem tepelného toku je opatřen snímačem teploty a topným prostředkem a termostatický blok tepelné spojený s druhým snímačem v ' tepelného toku je opatřen snímačem teploty a chladicím prostředkem, přičemž aktivní plochy snímačů tepelného toku jsou vzájemně rovnoběžné.

Dosavadní stav techniky

Znalost tepelné vodivosti materiálů je nutnou v technických oborech žq zabývajících se sdílením tepla ať už z hlediska potřeby jeho přenosu, nebo naopak při zabránění jeho přenosu tepelně izolačními prostředky. Z tohoto důvodu existuje celá řada řešení zabývajících se měřením tepelné vodivosti, tepelné kapacity a podobně, která se liší například z hlediska skupenství materiálu, jehož vlastnosti se zjišťují, rozsahu izolačních schopností, případně 25 cíle, například přesnosti výsledku, které má být měřením dosaženo.

Dokument DE 3344383 C2 navrhuje zjišťování hodnot týkajících se přestupu tepla pro vzorek určitého materiálu, především měření tepelné vodivosti a tepelné kapacity. Zkušební vzorek ve tvaru delší trubice je uspořádán na jádru, jehož prostřednictvím je zavěšen ve válcové topné komoře.

X

3Q Vnějším povrchem je topná komora umístěna v souosé vnitřní rozváděči trubce vířivé komory. Prostor mezi vnitřní a vnější trubkou vířivé komory je připojitelný ke zdroji chladicího vzduchu. Na vnějším a vnitřním průměru trubice vzorku jsou na jedné radiální přímce umístěny senzory snímající teplotu na vnitřním a vnějším povrchu trubice vzorku. Topná komora ohřívá vzorek tak dlouho, až oba senzory signalizují stejnou teplotu. Potom se topná komora vysune z vířivé komory a chladicí vzduch přiváděný do vířivé komory ochlazuje rovnoměrně povrch vzorku. To trvá do okamžiku, kdy vnitřní senzor zaznamená pokles teploty vnitřního povrchu vzorku. Vyhodnocením měření je tak zjišťována jak tepelná vodivost, tak tepelná kapacita vzorku. Zařízení mělo vzhledem kdobě své realizace relativně dobrou přesnost a spolehlivost, vzhledem k dostupným technickým možnostem však bylo především z hlediska obsluhy těžkopádné.

US 3680374 A (analogie k JP 49009996 B) navrhuje zařízení k měření tepelného toku, které obsahuje dva tenké disky z tepelně dobře vodivého materiálu, které jsou k sobě přivráceny prohloubenými částmi obsahujícími vzduch nebo materiál o velkém tepelném odporu. Mezi těmito deskami jsou vloženy dvě tenké desky z tepelně vodivého materiálu opatřené elektricky nevodivými povrchy. Mezí nimi jsou vloženy v jedné rovině skupiny měřicích termočlánků. Kolmo k plochám disku prochází tepelný tok, měří se rozdíl poklesu teplot při průchodu v místech, kde jsou ve vnějších deskách prohlubně vyplněné vzduchem nebo materiálem o velkém tepelném odporu a v místech, kde je celý průřez vnějších desek tvořen dobře vodivým materiálem.

Pro mimolaboratorní použití například v oboru stavebnictví nebo zemědělství, navrhuje vhodné řešení CZ 4511-90 A3. Mobilní sonda je opatřena čidlem tepelného toku, jehož měřicí plocha je přizpůsobena ke 25, kontaktu s měřeným předmětem, kterým je například zdivo. Čidlo je tvořeno diferenciálním multitermočlánkem snímajícím teplotní rozdíl na tenké tepelně izolační destičce. Plocha čidla tepelného toku odvrácená od měřicí plochy se topnou spirálou umístěnou v bloku sondy ohřeje na požadovanou stabilizovanou teplotu. Měřicí plocha plošného čidla tepelného toku se uvede do 3Q kontaktu s povrchem měřeného předmětu, přičemž se čidlem tepelného toku snímá teplotní rozdíl na uvedené tepelně izolující destičce. Ustálená hodnota teplotního toku je úměrná tepelné vodivosti měřeného předmětu. Obdobná

- 3 zařízení a způsoby měřeni tepelné vodivosti relativně tenkých vzorků materiálu o nízké tepelné vodivosti jsou popsány ve spisech CZ 250316 B1 a CZ 255063 B1.

Řešení podle EP 347571 B1 navrhuje zjišťování tepelné vodivosti ”5 zkoušeného plochého materiálového vzorku známé tloušťky, který je jednou svou plochou v tepelném kontaktu s ohřívacím zařízením známého povrchu, které mu předává teplo. Opačná plocha ohřívacího zařízení je navíc v kontaktu s jednou plochou prvního standardního vzorku se známou tepelnou vodivostí a tloušťkou. Druhá plocha prvního standardního vzorku je v tepelném kontaktu s 16 plochou prvního tepelného snímače. Opačná strana zkoušeného vzorku je v tepelném kontaktu s jednou plochou druhého standardního vzorku, který je stejný jako první standardní vzorek. Opačná plocha druhého standardního vzorku je v tepelném kontaktu s plochou druhého tepelného snímače. Tepelná vodivost zkoušeného vzorku se potom počítá pomocí známého vztahu z ÍŠ množství tepla vyzařovaného ohřívacím zařízením, tloušťky standardních vzorků a zkoušeného vzorku, vyzařovací plochy ohřívacího zařízení a rozdílu okamžitých teplot protilehlých ploch zkoušeného vzorku.

Dokument US 5711604 řeší způsob měření součinitele tepelné vodivosti vzorku pevného materiálu. Jedno měření se provádí se zkoušeným vzorkem 20 vloženým do dráhy přiváděného tepla, přičemž při druhém měření je zkoušený vzorek z dráhy přiváděného tepla vyjmut. Ve skříni vyrobené z materiálu majícího dobrou tepelnou vodivost jsou umístěny dva stejné držáky spojené se skříni podstavci, jejichž materiál má stejný tepelný odpor. Dna držáků jsou opatřena teplotními čidly. Na každém držáku jsou svými čelními plochami na 25 sobě uložené vždy dva stříbrné disky, na kterých je vždy uložen kontejner vyrobený z materiálu o vysokém součiniteli tepelné vodivosti. Při prvním měření je mezi dvěma disky uloženými pod jedním kontejnerem vložen zkoušený plochý vzorek, jehož průměr je větší, než průměr disků. V kontejneru nad zkoušeným vzorkem je uloženo těleso z čistého india. Vnější povrch skříně je 3p řízené ohříván až nad teplotu tavení india, přičemž je řídicím zařízením sledován aktuální rozdíl teplot snímaný teplotními čidly na jednom a druhém držáku. Od dosažení teploty tavení india do úplného roztavení indiového tělesa se vzhledem ke skupenskému teplu tavení nemění teplota snímaná teplotním čidlem na držáku, na kterém je umístěno indiové těleso. Při druhém měření je zkoušený vzorek z příslušného držáku vyjmut. Ke zjištění tepelné vodivosti zkoušeného vzorku je využito rozdílu průběhu aktuálního rozdílu teplot '4 snímaných teplotními čidly na jednom a druhém držáku z prvního a druhého měření.

Zařízení pro dynamické testování tepelných vlastností předmětu, případně způsob jeho využití, navrhuje dokument CZ 301152 B2 (resp. CZ 18281 U1). Vzorek zkoušeného stavebního materiálu o rozměrech zhruba it? 40x40x10 cm se vloží jako střední příčka do krychlového prostoru tepelně izolovaného kontejneru, přičemž se mezi jednu plochu vzorku a přilehlou vnitřní stěnu kontejneru vloží první nádoba s vodou a celek se vytemperuje na nízkou teplotu, např. 10°C. Uvnitř vzorku, přibližně v jeho střední části, jsou ve vodorovné rovině uloženy tři teploměry s výstupy vyvedenými mimo kontejner a 1$ připojenými k měřicí ústředně. Mezi druhou plochu vzorku a přilehlou vnitřní stěnu kontejneru se vloží druhá nádoba s vodou ohřátou například na 80°C, přičemž je zajištěn dokonalý tepelný kontakt mezi zkoušeným vzorkem a k němu přilehlými stěnami obou nádob. Nádoba se uzavře tepelně izolovaným víkem. Po dobu, než dojde k vyrovnání teplot vody v jedné a druhé nádobě se 2Q provede několik měření teplot snímaných teploměry. Z rychlosti ohřevu kapaliny v první nádobě lze určit tepelný tok odpovídající gradientu určenému pomocí tři teploměrů a tím i tepelnou vodivost zkoušeného vzorku.

Novější a relativně moderní zařízení podle dosavadního stavu techniky mají některá zásadní omezení. Do jedné skupiny známých zařízení patří výše >5 uvedená řešení. Ta se vyznačují tím, že zkoušený vzorek má deskovitý tvar, přičemž v tepelném kontaktu s teplosměnnými plochami měřicích zařízení jsou jeho velké plochy a jeho tloušťka je relativně malá. Použití těchto známých provedení je však funkční pouze pro materiály o nízké tepelné vodivosti. Druhou skupinou jsou zařízení publikovaná v pracích týkajících se již vyšší 30 tepelné vodivosti kolem 30 W.m¹.K’¹. Jedná se o dynamické testery tepelné vodivosti, které jsou však v principu málo přesné, elektronicky složité a tudíž nákladné.

I · * ·

- 5 ·

Cílem vynálezu je odstranit, nebo alespoň podstatně snížit nedostatky stavu techniky a navrhnout způsob a zařízení k měření součinitele tepelné vodivosti, které by bylo využitelné pro ploché relativně tenké vzorky pevných materiálů, jejichž očekávaný součinitel tepelné vodivosti spadá do rozsahu 10 '$ až 100 W.m^.K’¹.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem měření tepelné vodivosti vzorku podlouhlého deskovitého tvaru, jehož podstatou je to, že do tepelného kontaktu 10 s aktivními plochami snímačů tepelného toku se uvede alespoň jedna z dlouhých povrchových ploch zkoušeného vzorku, přičemž aktivní plochy snímačů tepelného toku udržované na rozdílných teplotách jsou v kontaktu s oblastmi sousedícími s opačnými konci zkoušeného vzorku ve směru jeho délky a tepelný tok se ve zkoušeném vzorku vede jeho nejmenším průřezem.

Tepelný tok prochází relativně malým průřezem vzorku, čímž se sníží vliv tepelného odporu snímačů tepelného toku, přechodové vrstvy mezi těmito snímači a termostatickým blokem a vzorkem a vliv konečné tepelné i teplotní vodivosti materiálu termostatických bloků na výsledek měření.

Výhodné je také, když se tepelný tok ve zkoušeném vzorku vede po 20 dráze delší, než je tloušťka zkoušeného vzorku, což dále zvyšuje přesnost měření.

Do tepelného kontaktu s aktivními plochami snímačů tepelného toku se uvede jedna z dlouhých povrchových ploch zkoušeného vzorku. To umožňuje vytvořit kompaktní měřicí skříň s vedle sebe uspořádanými snímači.

Přesnost měření se dále zvyšuje, když se do tepelného kontaktu s aktivními plochami snímačů tepelného toku uvede širší dlouhá povrchová plocha zkoušeného vzorku.

Zkušební vzorek je k aktivním plochám snímačů tepelného toku přitlačován alespoň jedním přítlačným elementem vytvořeným z materiálu o 30 vysokém tepelném odporu. Zajištění dokonalého přestupu tepla mezi snímači tepelného toku a zkoušeným vzorkem a zabránění výstupu tepla mimo »

- 6 kontaktní plochy snímačů je dalším předpokladem objektivního výsledku měření.

Cíle vynálezu je také dosaženo zařízením k měření tepelné vodivosti vzorku podlouhlého deskovitého tvaru, které obsahuje alespoň dva snímače tepelného toku tepelně spojené s termostatickými bloky, přičemž aktivní plochy snímačů tepelného toku jsou vzájemně rovnoběžné, jehož podstatou je to, že snímače tepelného toku jsou uspořádány v oblastech sousedících s opačnými konci zkoušeného vzorku ve směru jeho délky, přičemž průměty aktivních ploch snímačů tepelného toku do roviny s nimi rovnoběžné jsou od sebe vzdáleny, lij' Tak lze provádět měření na relativně dlouhém plochém vzorku, který je ve velkoplošném kontaktu s aktivními plochami snímačů tepelného toku, přičemž tepelný tok prochází malým průřezem vzorku.

Z hlediska kompaktní stavby měřicího zařízení je výhodné, když aktivní plochy dvou snímačů tepelného toku jsou ve směru svých normálových os 1$ orientovány ve shodném smyslu. Pro některé typy zkoušených vzorků, například vytvořených z anizotropního materiálu, může být naopak výhodné, když jsou aktivní plochy dvou snímačů tepelného toku ve směru svých normálových os orientovány v opačném smyslu.

Zařízení obsahuje prostředky pro vyvození vzájemného přítlaku aktivních ploch snímačů tepelného toku a příslušných ploch zkoušeného vzorku, přičemž materiál alespoň těch částí, které jsou určeny k přímému kontaktu se zkoušeným vzorkem, má vysoký tepelný odpor. Výhodou je dokonalý tepelný kontakt ploch, kterými přestupuje teplo mezi snímači tepelného toku a zkoušeným vzorkem, přičemž nedochází k nežádoucímu výstupu tepla ze 25 vzorku cestou přítlačných prostředků.

Zařízení obsahuje elektronickou řídicí jednotku spřaženou alespoň s výstupy snímačů tepelného toku a snímačů teploty jejich termostatických bloků, se vstupem topného prostředku termostatického bloku prvního snímače tepelného toku a se vstupem chladicího prostředku druhého snímače tepelného 30 toku, přičemž je elektronická řídící jednotka opatřena zařízením ke zpracování výstupních signálů snímačů tepelného toku a snímačů teploty jejich termostatických bloků a alespoň k výpočtu součinitele tepelné vodivosti ϊ ’ i i · < _t,

114 < ·I ⁴ * * · » · ' · í * t » k |4·«

-7 ' zkoušeného vzorku. To umožňuje usnadnit obsluhu zařízení a přitom rychle a s opakovatelnou přesností vyhodnotit výsledky měření.

Zásadní výhodou řešení podle vynálezu je prodloužení dráhy měřicího tepelného toku a zúžení průřezu, kterým tepelný tok prochází vzorkem, čímž je Á dosaženo řádového zvětšení měřeného tepelného odporu. Výsledky měření jsou podstatně méně ovlivněny tepelným odporem snímačů tepelného toku, přechodovými vrstvami mezi snímači, termostatickými bloky a zkoušeným vzorkem, a omezenou tepelnou i teplotní vodivostí materiálu termostatických bloků.

14'

Přehled obrázků na výkrese

Na obrázku je schematicky znázorněn svislý řez příkladným zařízením k měření tepelné vodivosti podle vynálezu.

Příkladná provedení vynálezu

Výhodné provedeni zařízení k měření tepelné vodivosti zkoušeného vzorku 1 podlouhlého deskovitého tvaru podle vynálezu obsahuje skříň 2, na jejíž dolní části 21 je uloženo víko 22, přičemž vnitřní prostor pro umístění zkoušeného vzorku 1 je materiálem víka 22 a izolací dolní části 21 skříně 2 ?4 tepelně izolován.

V dolní části 21 skříně 2 jsou v blízkosti jejích stěn vytvořeny dvě v podstatě svislé rovnoběžné dutiny. V jedné z nich je uspořádán první snímač 3 tepelného toku, který je tepelné spojen s pod nim umístěným termostatickým blokem 31. Ve druhé dutině je uspořádán druhý snímač 4 tepelného toku, který Ž5 je tepelně spojen s pod ním umístěným termostatickým blokem 41. Výškově jsou termostatické bloky 31, 41 se snímači 3, 4 tepelného toku uspořádány tak, že horní, tedy aktivní plochy snímačů 3, 4 tepelného toku jsou v úrovni, nebo těsně nad úrovni střední části 23 skříně 2. V příkladném provedení jsou snímače 3, 4 tepelného toku vytvořeny na základě známých diferenciálních 30 multitermočlánků. V tepelně vodivém materiálu termostatického bloku 31 prvního snímače 3 tepelného toku je uspořádána topná vložka 32 a snímač 33

- 8 ·teploty. Pod termostatickým blokem 41 druhého snímače 4 tepelného toku vyrobeným z tepelné vodivého materiálu je uspořádán chladicí ventilátor 42. V tepelně vodivém materiálu termostatického bloku 41 je uspořádán snímač 43 teploty. Tělesa termostatických bloků 31, 41 jsou v příkladném provedení ‘5 kovová, mohou být ovšem i z jiného vodivého materiálu, například ze speciální keramiky.

Na dolní části 21 skříně je umístěna nosná část 24, tvořená převráceným profilem „U“, jehož vnitřní šířka je větší, než předpokládaná šířka uvažovaných zkoušených vzorků 1., V podélné ose nosné části 24 jsou v podstatě ve svislých '10 osách snímačů 3, 4 tepelného toku uspořádány závitové otvory. V nich jsou uloženy tepelně izolační příložky 5, 6 pro upnuti zkoušeného vzorku 1 prostřednictvím šroubů 51, 61.

Součástí zařízení je v příkladném provedení elektronická řídicí jednotka

7, jejíž vstupy 71,72 jsou připojeny k výstupu prvního snímače 3 tepelného toku 14 a k výstupu snímače 33 teploty termostatického bloku 31, a vstupy 74, 75 k výstupu druhého snímače 4 tepelného toku a k výstupu snímače 43 teploty termostatického bloku 41. Výstupy 73, 76 elektronické řídicí jednotky 7 jsou připojeny ke vstupu topné vložky 32 termostatického bloku 31 a ke vstupu hnacího motoru ventilátoru 42 termostatického bloku 41.

kí V neznázorněném provedení je ve skříni 2 obrácena poloha například prvního snímače 3 tepelného toku a příslušného termostatického bloku 31 vzhledem k příslušné izolační příložce 5 tak, že aktivní plocha prvního snímače 3 tepelného toku přiléhá shora na plochu zkoušeného vzorku, zatímco přítlačná příložka 5 přitlačuje zkoušený vzorek 1 k aktivní ploše prvního snímače 3 tepelného toku směrem zdola. Samozřejmě musí být zajištěna taková poloha aktivní plochy prvního snímače 3 tepelného toku, aby docházelo k dokonalému tepelnému kontaktu mezi zkoušeným vzorkem 1 a aktivními plochami obou snímačů 3, 4 tepelného toku. Uspořádání tepelně izolované skříně 2 z hlediska tloušťky stěn, umístění a celistvosti izolace vlastního měřicího prostoru je provedeno jako kompromis s ohledem na dokonalost izolace a přístupnost vzorku a prvků zařízení umístěných uvnitř skříně 2. Je zřejmé, že níže uvedené výpočtové kalibrační koeficienty budou platit vždy pro aktuální dané uspořádání.

., 9 Následně je popsán způsob měření na alternativě zařízení uspořádaného podle obrázku, které je z hlediska přesností výsledků měření srovnatelné s výše popsaným neznázorněným zařízením, u kterého aktivní plocha prvního snímače 3 tepelného toku přiléhá shora na plochu zkoušeného X vzorku, zatímco přítlačná příložka 5 přitlačuje zkoušený vzorek 1_ k aktivní ploše prvního snímače 3 tepelného toku směrem zdola.

Sejmutím víka 22 skříně 2 a částečným vyšroubováním přítlačných příložek 5, 6 se získá přístup k prostoru pod nosnou části 24, do kterého se z jeho čela vloží plochý dlouhý zkoušený vzorek 1 z materiálu, který má iý očekávanou tepelnou vodivost v rozsahu 10 až 100 W.m ¹.K‘¹. Vzorek 1 je svou dolní plochou uložen na velkoplošných snímačích 3, 4 tepelného toku. Z důvodu dosažení optimálního tepelného kontaktu je vhodné potřít styčné plochy mezi snímači 3, 4 tepelného toku a zkoušeným vzorkem 1 tepelně vodivou vazelínou. Prostřednictvím ovládacích šroubů 51, 61 se příložkami 5, 6 15 vzorek přitlačí do dokonalého kontaktu s aktivními plochami snímačů 3, 4 tepelného toku. Na nosnou část 24 se nasadí izolační víko 22. Délka části zkoušeného vzorku 1. nacházející se mezi plochami, kterými je zkoušený vzorek 1 v kontaktu s aktivními plochami snímačů 3, 4 tepelného toku, je větší, než je tloušťka zkoušeného vzorku 1, přičemž průřez této části vzorku je menší, než velikost aktivní plochy snímače 3, 4 tepelného toku.

Spustí se ohřev termostatického bloku 31 topnou vložkou 32 a chlazení termostatického bloku 41 ventilátorem 42. Ktomu jsou topná vložka 32 a ventilátor 42 připojeny k výkonovým výstupům 73 a 76 elektronické řídicí jednotky 7 a jejím prostřednictvím k neznázorněnému zdroji elektrické energie. 25 Teplota t₃₁ termostatického bloku 31 vrůstá oproti teplotě $41 termostatického bloku 41. Okamžité teploty fai a ¢41 termostatických bloků 31 a 41 jsou měřeny snímači 33 a 43 teploty, jejichž signály jsou přiváděny na vstupy 72 a 75 elektronické řídicí jednotky 7. Signály reprezentující okamžité hustoty q₃ a tepelného toku měřené snímači 3, 4 tepelného toku jsou přiváděny na vstupy 71 30 a 74 elektronické řídicí jednotky 7.

Elektronická řídicí jednotka 7 vyhodnotí ustáleni rozdílu At «

~ 1 o -At = Í31 - Í41 teplot t₃₁ a tu termostatických bloků 31 a 41 i hustot g3 a 34 příslušných tepelných toků a vypočítá tepelný tok Q3 (zvoleno záporné znaménko) vstupující do zkoušeného vzorku 1 snímačem 3 tepelného toku a tepelný tok Q4 '$ (kladné znaménko) vystupující ze zkoušeného vzorku 1 snímačem 4 tepelného toku

03,4 ⁼ S . q₃ 4 , kde S je aktivní plocha snímače 3, 4 tepelného toku.

Část tepelného toku Q₃ vstupujícího do zkoušeného vzorku 1_ se odvádí lp do okolí jednak vedením příložkami 5, 6 a prostupem tepelnou izolací skříně 2, jednak konvekcí a radiací z nezakrytých částí povrchu zkoušeného vzorku 1.. Proto je hustota tepelného toku g₄ vystupujícího ze zkoušeného vzorku 1 do snímače 4 tepelného toku poněkud nižší, než hustota tepelného toku 33 vstupujícího do zkoušeného vzorku 1_ snímačem 3 tepelného toku.

Elektronická řídicí jednotka 7 počítá efektivní střední tepelný tok Qs procházející zkoušeným vzorkem 1.

Qs “ ( I ~ kq ). Q4 - kq. Q3 , s využitím váhovacího kalibračního koeficientu k_q, jehož výchozí hodnotou je 0,5 pro prostou střední hodnotu tepelného toku Q§. Tepelný tok Qs se dále 2,Q přepočte na hustotu v průřezu zkoušeného vzorku 1_ o šířce di a tloušťce hj qs = Qs! (di. hi).

Teplotní spád Ati na zkoušeném vzorku 1. se vzhledem k rozdílu At teplot a t4i termostatických bloků 31 a 41 snižuje o úbytky teploty na plošném odporu r₃,₄ snímačů 3, 4 tepelného toku a tenké adhezní vrstvě mezi 25 nimi a termostatickými bloky 31 a 41

ΔΕ = At - r_{3 4}. (q₄ - q₃).

Jako střední délka li zkoušeného vzorku 1 se považuje vzdálenost 1$ středů aktivních ploch snímačů 3, 4 tepelného toku korigovaná délkovým kalibračním koeficientem k_L » f I

.. 11 ,Ιι = kt. Is

Následně vypočítá elektronická řídicí jednotka 7 součinitel λ tepelné vodivosti zkoušeného vzorku 1 s využitím přístrojového kalibračního koeficientu k λ tepelné vodivosti ze známého vztahu

K λ= kx.qs.h/Ati .

Způsob měření a příslušné zařízení podle vynálezu je použitelné i pro anizotropní, zejména kompozitní materiály. Výše popsaným způsobem se tepelná vodivost změří především ve směru délky zkoušeného vzorku 1.. Pro změření tepelné vodivosti v obou směrech je nutné provést soubor více měření jý téhož materiálu s výrazně odstupňovanými tloušťkami vzorku. Výsledky měření však budou méně přesné. Bude-li však materiál zkoušeného vzorku elektricky vodivý a elektrická vodivost se změří v podélném i příčném směru, lze pro výpočet tepelné vodivosti s úspěchem využít téměř přímé úměrnosti mezi elektrickou a tepelnou vodivosti látek. Tepelná vodivost v příčném směru se 15 vypočte ze změřené vodivosti podélné.

Prodloužením dráhy měřicího tepelného toku a zúžením průřezu, kterým tepelný tok prochází vzorkem, se dosáhne řádového zvětšení měřeného tepelného odporu. Tím se současně řádově zmenší vliv tepelného odporu snímačů tepelného toku, přechodové vrstvy mezi nimi a termostatickým blokem 7V a vzorkem a vliv konečné tepelné i teplotní vodivosti materiálu termostatických bloků.

Claims (10)

1. ;ť3

   PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob měření tepelné vodivosti, při kterém se zkoušený vzorek (1) podlouhlého deskovitého tvaru uvede v prostoru alespoň částečně tepelně

   5. izolovaném od okolního prostředí do tepelného kontaktu s aktivními plochami alespoň dvou snímačů (3, 4) tepelného toku, jejichž teploty se volitelně udržují na dvou rozdílných hodnotách, vyznačující se tím, že do tepelného kontaktu s aktivními plochami snímačů (3, 4) tepelného toku se uvede alespoň jedna z dlouhých povrchových ploch zkoušeného vzorku (1), přičemž aktivní plochy lip snímačů (3, 4) tepelného toku udržované na rozdílných teplotách jsou v kontaktu s oblastmi sousedícími s opačnými konci zkoušeného vzorku (1) ve směru jeho délky a tepelný tok se ve zkoušeném vzorku (1) vede jeho nejmenším průřezem.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že tepelný tok se ve zkoušeném vzorku (1) vede po dráze delší, než je tloušťka zkoušeného vzorku (1).
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že do tepelného kontaktu s aktivními plochami snímačů (3,
4. 4) tepelného toku se uvede jedna z dlouhých povrchových ploch zkoušeného vzorku (1).

   _e

   20 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že do tepelného kontaktu s aktivními plochami snímačů (3, 4) tepelného toku se uvede širší dlouhá povrchová plocha zkoušeného vzorku (1).
5. 5. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zkušební vzorek (1) je k aktivním plochám snímačů (3, 4) tepelného toku

   2ξ> přitlačován alespoň jedním přítlačným elementem vytvořeným z materiálu o vysokém tepelném odporu.
6. 6. Zařízení k měření tepelné vodivosti zkoušeného vzorku (1) podlouhlého deskovitého tvaru, obsahující alespoň částečně tepelně izolovanou skříň (2), v jejímž vnitřním prostoru jsou uspořádány alespoň dva snímače (3, 4)

   30 tepelného toku tepelně spojené s termostatickými bloky (31, 41), přičemž r i » t

   1<

   termostatický blok (31) tepelné spojený s prvním snímačem (3) tepelného toku je opatřen snímačem (33) teploty a topným prostředkem (32) a termostatický blok (41) tepelné spojený s druhým snímačem (4) tepelného toku je opatřen snímačem (43) teploty a chladicím prostředkem, přičemž aktivní plochy snímačů (3, 4) tepelného toku jsou vzájemně rovnoběžné, vyznačující se tím, že snímače (3, 4) tepelného toku jsou uspořádány v oblastech sousedících s opačnými konci zkoušeného vzorku (1) ve směru jeho délky, přičemž průměty aktivních ploch snímačů (3, 4) tepelného toku do roviny s nimi rovnoběžné jsou od sebe vzdáleny.

   19
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že aktivní plochy dvou snímačů (3, 4) tepelného toku jsou ve směru svých normálových os orientovány ve shodném smyslu.
8. 8. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že aktivní plochy dvou snímačů (3, 4) tepelného toku jsou ve směru svých normálových os orientovány

   15 v opačném smyslu.
9. 9. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 6 až 8, vyznačující se tím, že obsahuje prostředky pro vyvozeni vzájemného přítlaku aktivních ploch snímačů (3, 4) tepelného toku a příslušných ploch zkoušeného vzorku (1), přičemž materiál alespoň těch Části, které jsou určeny k přímému kontaktu se

   2t) zkoušeným vzorkem (1), má vysoký tepelný odpor.
10. 10. Zařízeni podle kteréhokoliv z nároků 6 až 9, vyznačující se tím, že obsahuje elektronickou řídicí jednotku (7) spřaženou alespoň s výstupy snímačů (3, 4) tepelného toku a snímačů (33, 43) teploty jejich termostatických bloků (31, 41), se vstupem topného prostředku termostatického bloku (31)

    25 prvního snímače (3) tepelného toku a se vstupem chladicího prostředku druhého snímače (4) tepelného toku, přičemž je elektronická řídící jednotka (7) opatřena zařízením ke zpracování výstupních signálů snímačů (3, 4) tepelného toku a snímačů (33, 43) teploty jejich termostatických bloků (31, 41) a alespoň k výpočtu součinitele tepelné vodivosti zkoušeného vzorku (1).