DD266646A1 - DEVICE FOR DETERMINING THE THERMAL CAPACITY OF METALLIC KOERPERS - Google Patents

DEVICE FOR DETERMINING THE THERMAL CAPACITY OF METALLIC KOERPERS Download PDF

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DD266646A1
DD266646A1 DD87310576A DD31057687A DD266646A1 DD 266646 A1 DD266646 A1 DD 266646A1 DD 87310576 A DD87310576 A DD 87310576A DD 31057687 A DD31057687 A DD 31057687A DD 266646 A1 DD266646 A1 DD 266646A1
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Dieter Opitz
Thomas Fritzsche
Horst Glaeser
Georg Schebiella
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Nagema Veb K
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Waermeleitfaehigkeit metallischer Koerper, insbesondere von grossvolumigen Hohlwalzen. Diese Vorrichtung besteht aus Thermoelementen zur Messung von Temperaturdifferenzen, deren Thermoschenkel getrennt und federbelastet am Pruefling anliegen, einer Heizung zur Abgabe einer definierten Waermemenge und einer elektronischen Auswerteeinheit. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Temperatursensoren als Traeger der Thermoelemente vorgesehen sind, die in regelmaessigen Abstaenden auf einem Traegerband angebracht sind, wobei ein Heizband mit dem Traegerband verbunden ist, am Pruefling anliegt und zu den beiden Spitzen der Thermoschenkel den gleichen Abstand hat. Fig. 3The invention relates to a device for determining the thermal conductivity of metallic bodies, in particular large-volume hollow rollers. This device consists of thermocouples for the measurement of temperature differences, the thermocouples lie separately and spring loaded on Pruefling, a heater for delivering a defined Waermemenge and an electronic evaluation unit. The invention is characterized in that temperature sensors are provided as carriers of the thermocouples, which are mounted at regular intervals on a strainer band, wherein a heating band is connected to the strainer band, abuts the test piece and has the same distance to the two tips of the thermo leg. Fig. 3

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit metallischer Körper, insbesondere von großvolumigon Hohlwalzen.The invention relates to a device for determining the thermal conductivity of metallic bodies, in particular of großvolumigon hollow rollers.

Diese Vorrichtung besteht aus Thermoelementen zur Messung von Temperaturdifferenzon, deren Thormoschenkel getrennt und federbelastet am Prüfling anl;agen, einer Heizung zur Abgabe einer definierten Wärmemenge und einer elektronischen Auswertoeinheit.This device consists of thermocouples for the measurement of temperature difference, the Thormoschenkel separated and spring loaded on the test specimen ; agen, a heater for delivering a defined amount of heat and an electronic Auswertoeinheit.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Aus der DE-OS 2919571 ist oin Verfahren bekannt, bei dem eine Meßprobe mit einer Vergleichsprobe in Kontakt gebracht wird.From DE-OS 2919571 oin method is known in which a test sample is brought into contact with a comparative sample.

Mit Hilfe von Thermoelemente ι wird der Temperaturgang in der Kontaktfläche zwischen den beiden Proben gemessen. Die Messung erfolgt an mindestens einer Stelle der Vergleichsprobe und an einer oder zwei Stellen in der Meßprobe, Es wird eine feste Wärmemenge zugeführt und über einen längeren Zeitraum periodisch abgelesen.With the help of thermocouples ι the temperature response is measured in the contact area between the two samples. The measurement is carried out at at least one point of the comparative sample and at one or two points in the test sample. A fixed amount of heat is supplied and periodically read over a longer period of time.

Die Auswertung erfolgt durch Laplace-Integration nach dem Simpson-Verfahren.The evaluation is carried out by Laplace integration according to the Simpson method.

Eine andere technische Lösung Ist in der DE-OS 34 25561 dargestellt. Diese Vorrichtung bestellt aus einer liTipulsbetriebswärmequellG, einem Gestell zur Aufnahme der Meßprobe und einer auswertenden elektronischen Schaltung. Die eigentliche Meßeinheit besteht aus zwei Meßfühlern, die gegen die Stoffprobe gedrückt werden. Dio Meßfühler besitzen nadolförmigo Endon, die einen innigen Kontakt mit der Oberfläche der Stoffprobe eingehen. Die Meßfühler bestehen aus verschiedenen Motallen und bilden dadurch Mit der Stoffprobe ein Thermopaar.Another technical solution is shown in DE-OS 34 25561. This device ordered from a liTipulsbetriebswärmequellG, a frame for receiving the sample and an evaluating electronic circuit. The actual measuring unit consists of two sensors, which are pressed against the fabric sample. Dio probes have nadolformal endon which make intimate contact with the surface of the swatch. The probes consist of different motals and thus form a thermocouple with the fabric sample.

In einem Vorverstärker werden nach Einschalt.ing der Impulsbetriobswärmequelle die Temperaturänderung als Spannungsabläufe erfaßt. Zwischen den beiden Meßfühlern wird die Spannung des Thormopaares gemessen, die für die Temperaturänderung der Stoffprobe charakteristisch ist und davon praktisch linear abhängig ist.In a preamplifier, after switching on the pulse power source, the temperature change is detected as voltage waveforms. Between the two sensors, the voltage of the Thormopaares is measured, which is characteristic of the temperature change of the fabric sample and is practically linearly dependent.

Die Woiturverai uuiiuno erfolgt auf rechentechnischem Weg, auf den hier nicht näher eingegangen wird.The Woiturverai uuiiuno is done by computer technology, which will not be discussed here.

Obwohl die Anmeldet die industrielle Anwendung dieser Einrichtung bejahen, ist jedoch das Einsatzgebiet auch dort sterk eingeschränkt. Für die rout'nemäßige Kontrolle von Zwischen- oder Endprodukten unter den Bedingungen der Produktion sind die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen nicht geeignet. Vor allem bei großvolumigen Körpern unterschiedlicher Abmessungen werden die Grenzen des Anwendungsgebietes erreicht. Die Ursache ist, daß die Proben immer In eine speziell angepaßte Vorrichtung gebracht werden müssen, d. h. sie müssen in einem Gestoll gelagert werden bzw. fixiert werden.Although the Applicants affirm the industrial application of this facility, the operational area is also limited there. For the routine control of intermediate or final products under the conditions of production, the devices described above are not suitable. Especially with large-volume bodies of different dimensions, the limits of the field of application are achieved. The cause is that the samples must always be placed in a specially adapted device, i. H. they must be stored in a Gestoll or fixed.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht In der Entwicklung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit großvolumiger metallischer Körper, geeignet für die routinemäßige Kontrolle von Zwischen- und Endprodukten während dos Fertigungsprozesses.The object of the invention is the development of a device for determining the thermal conductivity of large-volume metallic bodies, suitable for the routine control of intermediate and end products during the manufacturing process.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizquello und Temperatursonsoren an die Oberfläche der zi prüfenden Werkstücke so anzukoppeln, daß aus der Heizleistung und dem zeitlichen Verlauf der Oberf löchentemperätur die Wärmeleitfähigkeit berechnet werden kann.The invention has for its object to couple a Heizquello and temperature to the surface of zi testing workpieces so that the heat conductivity can be calculated from the heat output and the time course of Oberf löchentemperätur.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Temperatursensoren als Träger der Thermoelemente vorgesehen sind, die in regelmäßigen Abständen auf einem Trägerband angebracht sind, wobei ein Heizband mit dem Trägerband verbunden ist, am Prüfling anliegt und zu den beiden Spitzen der Thormoschenkel den gleichen Abstand hat.According to the invention the object is achieved in that temperature sensors are provided as a carrier of the thermocouples, which are mounted at regular intervals on a carrier tape, wherein a heating tape is connected to the carrier tape, is applied to the DUT and has the same distance to the two tips of the Thormoschenkel.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß die Messung an Zwischen- und Endprodukten bei laufender Produktion erfolgen kann. Der Prüfling muß in keine Vorrichtung gespannt oder gar bearbeitet werden.This solution has the advantage that the measurement of intermediate and end products can be done during production. The test object does not have to be clamped in any device or even processed.

Damit erweitert sich das Einsatzgebiet dr rartiger Vorrichtungen auf großvolumige metallische Körper.This expands the field of application of such devices to large-volume metallic bodies.

Ausführungsbeisp.'o!Ausführungsbeisp.'o!

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen haben folgende Bedeutung:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The corresponding drawings have the following meaning:

Figur 1: Darstellung des Trägerbandes mit Temperatursensoren Figur 2: Schematischer Aufbau eines Temperatursensors Figur 3: Darstellung eines Temperatursensors während der Messung Figur 4: Verlauf der MeßkurveFIG. 1: Illustration of the carrier strip with temperature sensors FIG. 2: Schematic structure of a temperature sensor FIG. 3: Illustration of a temperature sensor during the measurement FIG. 4: Course of the measuring curve

Wie aus der Figur 1 ersichtlich, sind auf einem Trägerband 11n regelmäßigen Abständen Temperatursensoren 3 angeordnet. Das Trägerband 1 ist mit einem in Figur 2 erkennbaren, mit Heizbandanschlüssen 2 a, 2 b ausgestatteten Heizband 13 integriert, wie aus Figur 2 weiter ersichtlich, besteht der Temperatursensor 3 aus einem Grundkörper 4, In dem pro Grundkörper 4 zwei Zylinderbohrungen 8a, 8b eingebracht sind. In jeder Zylinderbohrung 8a, 8b befindet sich ein Gleitkörper 9, der durch eine Feder 11 gegen den Prüfling 15 gedrückt wird.As can be seen from FIG. 1, temperature sensors 3 are arranged on a carrier strip 11n at regular intervals. The carrier tape 1 is integrated with a recognizable in Figure 2, with heating cable connections 2 a, 2 b equipped heating cable 13, as further seen in Figure 2, the temperature sensor 3 consists of a base body 4, In the per body 4 two cylinder bores 8a, 8b introduced are. In each cylinder bore 8a, 8b is a slider 9, which is pressed by a spring 11 against the DUT 15.

In den Gleitkörper 9 ist eine Gleitkörperbohrung 10 eingebracht. Zu dieser fluchtend befindet sich im Grundkörper 4 eine Aufnahmebohrung 5. Durch Gleitkörperbohrung 10 und Aufnahmebohrung 5 ist ein Thermoschenkel 6 geführt. Die Spitze 7 des Thermoschenkels liegt außerhalb des Gleitkörpers 9 und wird durch diesen an den Prüfling 15 gedrückt. Mittig zwischen den beiden Gleitkörpern 9a, 9b befindet sich eine Aussparung 12, in der das Trägerband 1 angeordnet ist. Bei magnetischen Werkstoffen kann das Trägerband 1 aus Magnetgummi bestehen, um ein Andrücken übnr die gesamte Länge zu erreichen. Denkbar wäre auch, Fodern oder ähnliche elastische Elementein das Trägerband einzubinden, In Richtung Prüfling 15 ist unterhalb des Trägerbandes und mit diesem fest verbunden das Heizband 13 angeordnet. Damit das Heizband 13 nicht durch den Prüfling 15 elektrisch kurzgeschlossen wird, ist zwischen Heizband 13 und Prüfling 15 eine Isolierschicht 14 angeordnet. Zur Wirkungsweise:In the slider 9, a Gleitkörperbohrung 10 is introduced. For this alignment is located in the main body 4, a receiving bore 5. By Gleitkörperbohrung 10 and receiving bore 5 a thermo leg 6 is performed. The tip 7 of the thermo leg lies outside the slider 9 and is pressed by this to the DUT 15. Located centrally between the two sliding bodies 9a, 9b is a recess 12 in which the carrier tape 1 is arranged. In magnetic materials, the carrier tape 1 may be made of magnetic rubber to achieve pressing about the entire length. It would also be conceivable to incorporate fibers or similar elastic elements into the carrier tape. In the direction of the test object 15, the heating tape 13 is arranged below the carrier tape and fixedly connected thereto. So that the heating tape 13 is not electrically short-circuited by the test piece 15, an insulating layer 14 is arranged between the heating tape 13 and the test piece 15. For effect:

Das Trägerband 1 mit den Integrierten Temperatursensoren 3 wird auf den Prüfling 15 aufgelegt. Der Magnetgummi drückt das Heizband auf den Prüfling, so daß auch die Temperatursensoren 3 In innigen Kontakt mit dem Prüfling 15 geraten. Figur 5 zeigt den Eingriff der Temperatursensoren 3. Dabei ist ersichtlich, daß bei einem konvex gekrümmten Prüfling 15, hier die Oberfläche einer Hohlwalze, ein linienförmiger Kontakt des Heizbänder 13 erfolgt. In Figur 4 wird der typische Verlauf einer Meßkurve gezeigt.The carrier tape 1 with the integrated temperature sensors 3 is placed on the test piece 15. The magnetic rubber presses the heating tape on the specimen, so that the temperature sensors 3 get into intimate contact with the test object 15. Figure 5 shows the engagement of the temperature sensors 3. It can be seen that in a convexly curved specimen 15, here the surface of a hollow cylinder, a linear contact of the heating bands 13 takes place. FIG. 4 shows the typical course of a measurement curve.

Ausgehend von der thermoelektrischen Spannungsreihe ergibt sich die Thermospannung für eine solche Anordnung aus folgender Beziehung:Starting from the thermoelectric voltage series, the thermoelectric voltage for such an arrangement results from the following relationship:

Uth = Un (T1) - Um (T1) + UM (T2) - Up (T2) + Up (Tv) - Un (Tv)Uth = U n (T 1 ) - Um (T 1 ) + U M (T 2 ) - U p (T 2 ) + U p (Tv) - U n (Tv)

Dabei bedeuten Un, die meßbare Thermospannung. Un ist der Wert für den negativen; Up der Wert für den positiven Thermoschenkel 6. Um ist der Wert für das zu messende Metall. T1 ist die Temperatur am Berührungspunkt des Thermoschenkels 6a zum Prüfling 15, T2 die Temperatur des Thermoschenkels 6b zum Prüfling und Tv die Temperatur der Vergleichsstelle. Auf Grund des konstanten Abstandes der Thormoschenkel 6 vom Heizband kann man davon ausgehen, daß Tt und T2 im Rahmen dor Meßungenauigkoit gleiche Werte haben.Here mean U n , the measurable thermoelectric voltage. U n is the value for the negative; U p is the value for the positive thermo leg 6. This is the value for the metal to be measured. T 1 is the temperature at the point of contact of the thermo leg 6a to the test piece 15, T 2 is the temperature of the thermo leg 6b to the test specimen and T v is the temperature of the reference junction. Due to the constant distance of the thormo-legs 6 from the heating band, it can be assumed that Tt and T 2 have the same values in the context of measurement inaccuracy.

Damit ergibt sichThis results

Um(T2),To (T 2 ),

so daß mit der Thermokraft eines üblichen Thermoelementes gerechnet werden kann. Die Wärmeleitfähigkeit des Prüflings 15 kann dann aus der Beziehungso that can be expected with the thermoelectric power of a conventional thermocouple. The thermal conductivity of the specimen 15 can then from the relationship

M 2nl T2(I2- M 2nl T 2 (I 2 -

bestimmt werden.be determined.

Hierbei sind P die Heizleistung, I ist die Länge des Heizbandes 13 und t, und t2 sind zwei Zeitpunkte nach dem Einschalten des Heizbandes 13. T2 und Tι sind die Temperaturen zu den Zeitpunkten t2 und ti.Here, P is the heating power, I is the length of the heating strip 13 and t, and t 2 are two times after switching on the heating strip 13. T 2 and Tι are the temperatures at the times t 2 and ti.

λι ist die Wärmelehfähigkeit der Luft oder des Dämmstoffes, der sich zwischen Magnetgummi und Grundkörper 4 in der Aussparung 12 befindet.λι is the heat-ability of the air or the insulating material, which is located between the magnetic rubber and the base body 4 in the recess 12.

Da Am t> K\_ ist, kann AL in den meisten Fällen vernachlässigt werde ι.Since Am t> K \ _ , A L can be neglected in most cases ι.

Die Auswertung kann mittels eines T-Int-Diagrammes erfolgen.The evaluation can be done by means of a T-Int diagram.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit metallischer Körper, bestehend aus1. Apparatus for determining the thermal conductivity of metallic bodies, consisting of • einer Heizung zur Abgabe einer definierten Wärmemenge• a heater to deliver a defined amount of heat • einer elektronischen Auswerteeinhoit und• an electronic evaluation unit and • Thermoelementen zur Messung von Temperaturdifforenzen, wobei die• Thermocouples for measuring temperature differences, with the • Thermoschenkel der Thermoelemente
·· getrennt und
• Thermo leg of the thermocouples
·· separated and
·· federbelastet·· spring loaded am Prüfling anliegen,
dadurch gekennzeichnet, daß
abut the test object,
characterized in that
• Temperatursensoren (3) als Träger der Thermoelemente vorgesehen sind, die• Temperature sensors (3) are provided as a carrier of the thermocouples, the • in regelmäßigen Abständen auf einem Trägerband (1) angebracht sind, wooei j ein Heizband (13) mit dem Trägerband (1) verbunden und• Are mounted at regular intervals on a carrier tape (1), wooei j a heating tape (13) connected to the carrier tape (1) and • am Prüfling (15) anliegt und• is applied to the test object (15) and • zu den beiden Spitzen (7a, 7b) derThermocohenkel (6a, 6b) den gleichen Abstand hat.• has the same distance to the two tips (7a, 7b) of the thermocouple legs (6a, 6b).
2. Vorrichtung zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit metallischer Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerband (1) mittig zwischen den Thermoschenkeln (6a, 6b) angeordnet ist.2. Device for determining the thermal conductivity of metallic body according to claim 1, characterized in that the carrier tape (1) is arranged centrally between the thermo legs (6a, 6b). 3. Vorrichtung zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit metallischer Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß3. A device for determining the thermal conductivity of metallic body according to claim 1, characterized in that • der Temperatursensor (3)• the temperature sensor (3) • aus einem mit zwei Zylinderbohrungen (8) versehenen• one with two cylinder bores (8) • Grundkörper (4) besteht, wobei einer Zylinderbohrung (8)• basic body (4), wherein a cylinder bore (8) » ein in Richtung Prüfling (15) federbelasteter Gleitkörper (9) zugeordnet ist, ·· der zur Aufnahme des Thermoschenkels (6) dient.»In the direction of the test specimen (15) spring-loaded sliding body (9) is assigned, ·· used to hold the thermo leg (6). 4. Vorrichtung zur Bestimmung der wärmeleitfähigkeit metallischer Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerband (DaIs Magnetband ausgeführt ist.4. A device for determining the thermal conductivity of metallic body according to claim 1, characterized in that the carrier tape (DaIs magnetic tape is executed. 5. Vorrichtung zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit metallischer Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Heizband (13) und Prüfling (15) eine Isolierschicht (14) angeordnet ist.5. A device for determining the thermal conductivity of metallic body according to claim 1, characterized in that between the heating tape (13) and the test piece (15) an insulating layer (14) is arranged.
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