CZ302897B6 - Zpusob a zarízení k merení tepelné vodivosti - Google Patents
Zpusob a zarízení k merení tepelné vodivosti Download PDFInfo
- Publication number
- CZ302897B6 CZ302897B6 CZ20110037A CZ201137A CZ302897B6 CZ 302897 B6 CZ302897 B6 CZ 302897B6 CZ 20110037 A CZ20110037 A CZ 20110037A CZ 201137 A CZ201137 A CZ 201137A CZ 302897 B6 CZ302897 B6 CZ 302897B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- heat flow
- test sample
- sensors
- active surfaces
- flow sensors
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
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 zařízení k měření tepelné vodivosti
Oblast techniky
Způsob měření tepelné vodivosti, při kterém se zkoušený vzorek 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 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 tepelně spojený s druhým snímačem 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 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 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. 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 senyoP'1 snímající teplotu na vnitrním a vnesším vrchu tmbice vzorku. Tonná 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 k době 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 sobe 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. Mezi nimi jsou vloženy vjedné 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 mimo laboratorní 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 kontaktu s měřeným předmětem, kterým je například zdívo. Čidlo je tvořeno diferenciálním multitermočlánkem snímajícím teplotní rozdíl na tenké tepelně izolační destičce.
- 1 CZ 302897 B6
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 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 zařízení a způsoby měření tepelné vodivosti relativně tenkých vzorků materiálu o nízké tepelné vodivosti jsou popsány ve spisech CZ250316B1 aCZ255063 Bl.
Řešení podle EP 347571 Bl navrhuje zjišťování tepelné vodivosti zkoušeného plochého mateni riálového 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 první1' r ;ardního vzorkuje v tepelném kontaktu s plochou prvního tepelného mšeného vzorkuje v tepelném kontaktu sjednou plochou druhé15 h au, fdeiy je stejný jako první standardní vzorek. Opačná plocha druhého rdniho vzorku je v tepelném kontaktu s plochou druhého tepelného snímače. Tepelná vodivost zkoušeného vzorku se potom počítá pomocí známého vztahu z 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 vloženým do dráhy přiváděného tepla, přičemž při druhém měření okoušený vzorek z dráhy přiváděného tepla vyjmut. Ve skříni vyrobené z materiálu mai jbrou tepelnou vodivost jsou umístěny dva stejné držáky spojené se skf iz matu iál má stejný tepelný odpor. Dna držáků jsou opatřena teplotními ěidlv .....uku jsou svými čelními plochami na sobě uložené vždy dva stříbrné disky, it icrýcn je vždy uložen kontejner vyrobený z materiálu o vysokém součiniteli tepelné vodiL 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 vzor30 kem je uloženo těleso z čistého india. Vnější povrch skříně je 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 držá35 ku vyjmut. Ke zjištění tepelné vodivosti zkoušeného vzorkuje využito rozdílu průběhu aktuálního rozdílu teplot snímaných teplotními Čidly na jednom a druhém držáku z prvního a druhého měření.
Zařízení pro dynamické testování tepelných vlastností předmětu, případně způsob jeho využití, nu trhuje dokument CZ 301152 B2 (resp. CZ 18281 Ul). Vzorek zkoušeného stavebního materiálu o rozměrech zhruba 40 x 40 x 10 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 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 provede několik měření teplot snímaných teploměry. Z rychlosti ohřevu kapaliny v první nádobě lze určit tepelný tok odpovídající gradientu určenému pomocí tří 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 uvedená řešení. Ta se vyznačují tím, že zkoušený vzorek má deskovitý tvar, přičemž v tepelném kontaktu s teplosměnnými plochami
-2CZ 302897 B6 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 tepelné vodivosti kolem 30 W.m^.K”1. Jedná se o dynamické testery tepelné vodivosti, které jsou však v principu málo přesné, elektro5 nicky složité a tudíž nákladné.
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, které io by bylo využitelné pro ploché relativně tenké vzorky pevných materiálů, jejichž očekávaný součinitel tepelné vodivosti spadá do rozsahu 10 až 100 W.m^.IC1.
Podstata vynálezu
Cíle vynálezu je dosaženo způsobem měření tepelné vodivostí vzorku podlouhlého deskovitého tvaru, jehož podstatou je to, že do tepelného kontaktu 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 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 jek aktivním plochám snímačů tepelného toku přitlačován alespoň jedním přítlačným elementem vytvořeným z materiálu o vysokém tepelném odporu. Zajištění dokonalé40 ho přestupu tepla mezi snímači tepelného toku a zkoušeným vzorkem a zabránění výstupu tepla mimo 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 termostatic45 kými 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 snimi rovnoběžné jsou od sebe vzdáleny. 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 orientovány ve shodném smyslu. Pro některé typy zkoušených vzorků, například vytvořených z anizotropního materiálu, může být naopak
-3 CZ 302897 B6 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 tepel5 ného 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 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 toku, přičemž je elektronická řídící jednotka opatřena zařízením ke zpracování výstup15 nich signálů snímačů tepelného toku a snímačů teploty jejich termostatických bloků a alespoň k výpočtu součinitele tepelné vodivosti 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 p; jzu, kterým tepelný tok prochází vzorkem, čímž je 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.
Přehled obrázků na výkrese
Na obrázku je schematicky znázorněn svislý řez příkladným zařízením k měření tepelné vodivosti podle vynálezu.
Příklady provedení vynálezu
Výhodné provedení zařízení k měření tepelné vodivosti zkoušeného vzorku i podlouhlého des35 kovitého 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 tepelně izolován.
V dolní části 21 skříně 2 jsou v blízkosti jejich stěn vytvořeny dvě v podstatě svislé rovnoběžné i ' jedné z nich je uspořádán první snímač 3 tepelného toku, který je tepelně spojen s pod ním mým termostatickým blokem 31. Ve druhé dutině je uspořádán druhý snímač 4 tepelného toku, který 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 úrovní střední části 23 skříně 2. V příkladném provedení jsou snímače 3, 4 tepelného toku vytvořeny na základě známých diferenciálních multitermočlánků. V tepelně vodivém materiálu termostatického bloku 31 prvního snímače 3 tepelného toku je uspořádána topná vložka 32 a snímač 33 teploty. Pod termostatickým blokem 41 druhého snímače 4 tepelného toku vyrobeným z tepelně 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 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 vnitrní šířka je větší, než předpokládaná šířka uvažovaných zkoušených vzorků T V podélné ose nosné části 24 jsou v podstatě ve svislých osách snímačů 3, 4 tepelného toku uspořádány závitové
-4CZ 302897 B6 otvory. V nich jsou uloženy tepelně izolační příložky 5, 6 pro upnutí zkoušeného vzorku i prostřednictvím šroubů 51, 61.
Součástí zařízení je v příkladném provedení elektronická řídicí jednotka 7, jejíž vstupy Ί\_, 72 jsou připojeny k výstupu prvního snímače 3 tepelného toku 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.
V neznázoměném 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.
Následně je popsán způsob měření na alternativě zařízení uspořádaného podle obrázku, které je z hlediska přesnosti výsledků měření srovnatelné s výše popsaným neznázoměným zařízením, u kterého aktivní plocha prvního snímače 3 tepelného toku přiléhá shora na plochu zkoušeného vzorku, zatímco přítlačná příložka 5 přitlačuje zkoušený vzorek i 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 částí 24, do kterého se z jeho čela vloží plochý dlouhý zkoušený vzorek i z materiálu, který má očekávanou tepelnou vodivost v rozsahu 10 až 100 W.m^.K’1. Vzorek 1 je svou dolní plochou uložen na velkoplošných snímačích 3, 4 tepelného toku. Z důvodu dosažení optimálního tepelného kontaktuje vhodné potřít styčné plochy mezi snímači 3, 4 tepelného toku a zkoušeným vzorkem _[ tepelně vodivou vazelínou. Prostřednictvím ovládacích šroubů 51, 61 se příložkami 5, 6 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 i nacházející se mezi plochami, kterými je zkoušený vzorek i v kontaktu s aktivními plochami snímačů 3, 4 tepelného toku, je větší, než je tloušťka zkoušeného vzorku 1, přičemž průřez této části vzorkuje menší než velikost aktivní plochy snímače 3, 4 tepelného toku.
Spustí se ohřev termostatického bloku 31 topnou vložkou 32 a chlazení termostatického bloku 44 ventilátorem 42. K tomu jsou topná vložka 32 a ventilátor 42 připojeny k výkonovým výstupům 73 a 76 elektronické řídicí jednotky 7 a jejím prostřednictvím k neznázoměnému zdroji elektrické energie. Teplota f a tj, 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 93 a g4 tepelného toku měřené snímači 3, 4 tepelného toku jsou přiváděny na vstupy 71 a 74 elektronické řídicí jednotky 7.
Elektronická řídící jednotka 7 vyhodnotí ustálení rozdílu At
At t3i - t4i teplot ty a termostatických bloků 31 a 41 i hustot £3 a q4 příslušných tepelných toků a vypočítá tepelný tok Q3 (zvoleno záporné znaménko) vstupující do zkoušeného vzorku !_ snímačem 3
-5 CZ 302897 B6 tepelného toku a tepelný tok Q- (kladné znaménko) vystupující ze zkoušeného vzorku 1 snímačem 4 tepelného toku
- S . qy4, kde S je aktivní plocha snímače 3, 4 tepelného toku.
Část tepelného toku Q3 vstupujícího do zkoušeného vzorku 1 se odvádí do okolí jednak vedením příložkami 5, 6 a prostupem tepelnou izolací skříně 2, jednak konvencí a radiací z nezakrytých částí povrchu zkoušeného vzorku 1. Proto je hustota tepelného toku μ, vystupujícího ze zkoušeného vzorku 1 do snímače 4 tepelného toku poněkud nižší než hustota tepelného toku 93 vstupujícího do zkoušeného vzorku 1 snímačem 3 tepelného toku.
Elektronická řídicí jednotka 2 počítá efektivní střední tepelný tok Qs procházející zkoušeným vzorkem 1
Qs = (l -IQ.Q4-kc.Q3, s využitím váhovacího kalibračního koeficientu kg, jehož výchozí hodnotou je 0,5 pro prostou střední hodnotu tepelného toku Qs. Tepelný tok Qs se dále přepočte na hustotu v průřezu zkoušeného vzorku i o šířce d, a tloušťce h.
qs — Qs / (d, . h,).
Teplotní spád At, na zkoušeném vzorku 1 se vzhledem k rozdílu At teplot tq a termostatických bloků 31 a 41 snižuje o úbytky teploty na plošném odporu r^ snímačů 3, 4 tepelného toku a tenké adhezní vrstvě mezi nimi a termostatickými bloky 31 a 41
At, = At - r_3,4 - (q4 - qT·
Jako střední délka h zkoušeného vzorku 1 se považuje vzdálenost ls středů aktivních ploch snímačů 3, 4 tepelného toku korigovaná délkovým kalibračním koeficientem k|_ l,-kL.ls.
Následně vypočítá elektronická řídicí jednotka 7 součinitel λ tepelné vodivosti zkoušeného vzorku i s využitím přístrojového kalibračního koeficientu k\ tepelné vodivosti ze známého vztahu λ = kx . qs. 1, / At, .
Způsob měření a příslušné zařízení podle vynálezu je použitelné i pro anízotropní, 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 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 využit téměř přímé úměrnosti mezi elektrickou a tepelnou vodivostí látek. Tepelná vodivost v příčném směru se 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 termo-6CZ 302897 B6 statickým blokem a vzorkem a vliv konečné tepelné i teplotní vodivosti materiálu termostatických bloků.
Claims (10)
- PATENTOVÉ NÁROKY io 1. Způsob měření tepelné vodivosti, při kterém se zkoušený vzorek (1) podlouhlého deskovitého tvaru uvede v prostoru alespoň částečně tepelně 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 dlou15 hých povrchových ploch zkoušeného vzorku (1), přičemž aktivní plochy 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.20
- 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. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že do tepelného kontaktu s aktivními plochami snímačů (3, 4) tepelného toku se uvede jedna z dlouhých povrchových25 ploch zkoušeného vzorku (1).
- 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 (I).
- 5. Způsob podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zkušební vzorek (1) je k aktivním plochám snímačů (3, 4) tepelného toku pritlačován alespoň jedním přítlačným elementem vytvořeným z materiálu o vysokém tepelném odporu.35
- 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) tepelného toku tepelně spojené s termostatickými bloky (3 1, 41), přičemž termostatický blok (31) tepelně spojený s prvním snímačem (3) tepelného toku je opatřen snímačem (33) teploty a topným prostředkem (32) a termostatický blok (41) tepelně spojený40 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 vzdá45 lény.
- 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.50
- 8. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že aktivní plochy dvou snímačů (3.4) tepelného toku jsou ve směru svých normálových os orientovány v opačném smyslu.
- 9. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 6 až 8, vyznačující se tím, že obsahuje prostředky pro vyvození vzájemného přítlaku aktivních ploch snímačů (3, 4) tepelného toku-7CZ 302897 B6 a příslušných ploch zkoušeného vzorku (1), přičemž materiál alespoň těch částí, které jsou určeny k přímému kontaktu se zkoušeným vzorkem (1), má vysoký tepelný odpor.
- 10. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 6 až 9, vyznačující se tím, že obsahuje s 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) prvního snímače (3) tepelného toku a se vstupem chladicího prostředku druhého snímače (4) tepelného toku, přičemž je elektronická řídicí jednotka (7) opatřena zařízením ke zpracování výstupních signálů snímačů (3, 4) tepelného toku a snímačů (33, 43) io teploty jejich termostatických bloků (31, 41) a alespoň k výpočtu součinitele tepelné vodivosti zkoušeného vzorku (1).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110037A CZ302897B6 (cs) | 2011-01-26 | 2011-01-26 | Zpusob a zarízení k merení tepelné vodivosti |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110037A CZ302897B6 (cs) | 2011-01-26 | 2011-01-26 | Zpusob a zarízení k merení tepelné vodivosti |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ201137A3 CZ201137A3 (cs) | 2012-01-11 |
| CZ302897B6 true CZ302897B6 (cs) | 2012-01-11 |
Family
ID=45439954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20110037A CZ302897B6 (cs) | 2011-01-26 | 2011-01-26 | Zpusob a zarízení k merení tepelné vodivosti |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ302897B6 (cs) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ307045B6 (cs) * | 2015-04-07 | 2017-12-13 | Technická univerzita v Liberci | Způsob a zařízení k stanovení tepelného odporu izolační vrstvy |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1080435A (en) * | 1965-05-11 | 1967-08-23 | Siemen Planiawerke Ag Fuer Koh | Improvements in or relating to apparatus for measuring thermal conductivity |
| WO1982001248A1 (en) * | 1980-09-26 | 1982-04-15 | Corp Hetra | Method of and apparatus for nondestructively determining the composition of an unknown material sample |
| US5258929A (en) * | 1988-01-18 | 1993-11-02 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | Method for measuring thermal conductivity |
| DE4320781A1 (de) * | 1993-06-23 | 1994-03-03 | Praessl Wendl Maria Theresia | Wärmeleitfähigkeits-Meßgerät |
-
2011
- 2011-01-26 CZ CZ20110037A patent/CZ302897B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1080435A (en) * | 1965-05-11 | 1967-08-23 | Siemen Planiawerke Ag Fuer Koh | Improvements in or relating to apparatus for measuring thermal conductivity |
| WO1982001248A1 (en) * | 1980-09-26 | 1982-04-15 | Corp Hetra | Method of and apparatus for nondestructively determining the composition of an unknown material sample |
| US5258929A (en) * | 1988-01-18 | 1993-11-02 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | Method for measuring thermal conductivity |
| DE4320781A1 (de) * | 1993-06-23 | 1994-03-03 | Praessl Wendl Maria Theresia | Wärmeleitfähigkeits-Meßgerät |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ201137A3 (cs) | 2012-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4840495A (en) | Method and apparatus for measuring the thermal resistance of an element such as large scale integrated circuit assemblies | |
| US6331075B1 (en) | Device and method for measuring thermal conductivity of thin films | |
| US11566946B2 (en) | Thermometer | |
| Hammerschmidt et al. | New transient hot-bridge sensor to measure thermal conductivity, thermal diffusivity, and volumetric specific heat | |
| CN104034749B (zh) | 基于3ω法的薄层材料间接触热阻的测试方法 | |
| Sponagle et al. | Measurement of thermal interface conductance at variable clamping pressures using a steady state method | |
| Buliński et al. | Application of the ASTM D5470 standard test method for thermal conductivity measurements of high thermal conductive materials | |
| US20100202488A1 (en) | Apparatus And A Method For Measuring The Body Core Temperature For Elevated Ambient Temperatures | |
| US12203816B2 (en) | Noninvasive thermometer | |
| CN111830080B (zh) | 一种精密绝热量热计及其量热方法 | |
| DK169086B1 (da) | Indretning til positionsbestemmelse af overgangszoner mellem mindst to forskellige omsluttende medier | |
| CZ302897B6 (cs) | Zpusob a zarízení k merení tepelné vodivosti | |
| Kanagaraj et al. | Simultaneous measurements of thermal expansion and thermal conductivity of FRPs by employing a hybrid measuring head on a GM refrigerator | |
| CZ22234U1 (cs) | Zařízení k měření tepelné vodivostí | |
| US9696246B2 (en) | Sensor system with an exchangeable cartridge and a reader | |
| RU2633405C1 (ru) | Устройство для измерений теплопроводности | |
| Gustavsson et al. | Characterization of anisotropic and irregularly-shaped materials by high-sensitive thermal conductivity measurements | |
| Gaiser et al. | Enhanced Transient Hot Bridge Method Using a Finite Element Analysis | |
| Bohac et al. | New planar disc transient method for the measurement of thermal properties of materials | |
| CN218567250U (zh) | 测量装置 | |
| Anisimov et al. | The empirical evaluation of thermal conduction coefficient of some liquid composite heat insulating materials | |
| Mzali et al. | Measurement of temperature-dependent thermal conductivity of moist bricks using the transient hot-bridge sensor | |
| CZ307045B6 (cs) | Způsob a zařízení k stanovení tepelného odporu izolační vrstvy | |
| CZ2011447A3 (cs) | Senzor pro merení soucinitele prestupu tepla | |
| Vatani | Measurement apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20130126 |