DE10344154A1 - Volumetric specific heat determination method in which a pulsed elongated electrical heat source is inserted in a material sample and the resultant heat maxima distributions are measured using sensors and evaluated - Google Patents

Volumetric specific heat determination method in which a pulsed elongated electrical heat source is inserted in a material sample and the resultant heat maxima distributions are measured using sensors and evaluated Download PDF

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Abstract

Method for determining the volumetric specific heat of a material by embedding an elongated heat source of a defined length, through which a current flows in a material to be tested. A heat source is used to inject an impulse type current of a defined duration as a heating pulse into the test material. The temperature maxima at differently defined separations resulting from the heat pulse are measured. An independent claim is made for a device for determining the volumetric specific heat of a material sample in which the differences between temperature maxima measured with temperature sensors distributed along the length of the sample are determined by an evaluation unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der volumetrischen spezifischen Wärme von Stoffen durch Einbettung einer länglichen, stromdurchflossenen Heizquelle definierter Länge.The The invention relates to a method for determining the volumetric specific heat of substances by embedding an elongated, current-carrying Heating source of defined length.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Bestimmung der volumetrischen spezifischen Wärme eines Stoffes mit einer in den Stoff einzubettenden länglichen stromdurchflossenen Heizquelle definierter Länge und mit in definierten unterschiedlichen Abständen in dem Stoff angeordneten Temperaturfühlern.The The invention further relates to a device for determining the volumetric specific heat of a Fabric with an elongated stream to be embedded in the fabric Heating source of defined length and arranged at defined different distances in the fabric Temperature sensors.

Es ist bekannt, Wärmeeigenschaften einer Stoffprobe, die in Form eines Feststoffes, eines Fluids oder eines Schüttgutes vorliegen kann, mit Hilfe von länglichen, stromdurchflossenen Heizquellen zu bestimmen. Als längliche Heizquelle dienen dabei Heizdrähte oder Heizleiter, deren Länge groß gegenüber senkrecht dazustehenden Dimensionen ist.It is known, thermal properties a fabric sample which is in the form of a solid, a fluid or a bulk material can be present, with the help of elongated, Determine current-carrying heat sources. As elongated Heat source serve heating wires or heating conductor whose length big opposite vertical is available dimensions.

So ist es beispielsweise bekannt, in die Mitte einer Probe einen dünnen Metallstreifen mit einem bekannten elektrischen Widerstand einzubetten und den Metallstreifen gleichzeitig als Joulesche Wärmequelle und als Widerstandsthermometer zu verwenden. Die Stoffprobe dient dabei als Wärmesenke. Hierbei wird mit einem konstanten Strom gearbeitet.So For example, it is known to place a thin strip of metal in the center of a sample to embed with a known electrical resistance and the Metal strips simultaneously as a Joule heat source and as a resistance thermometer to use. The fabric sample serves as a heat sink. This is done with a worked constant current.

Es ist ferner bekannt, den Stromfluss durch einen Heizleiter oder Heizdraht einzuschalten und dadurch eine Wärmemenge durch die Stoffprobe fließen zu lassen. Mit mehreren Thermometern kann der dadurch verursachte Temperaturanstieg gemessen werden. Aus dem Temperaturanstieg kann über das zweite Fouriersche Gesetz die Wärmeleitfähigkeit und die Temperaturleitfähigkeit bestimmt werden.It is also known, the flow of current through a heating conductor or heating wire turn on and thereby a quantity of heat flow through the fabric sample allow. With several thermometers, the thereby caused Temperature rise can be measured. From the temperature rise can over the second Fourier law the thermal conductivity and the thermal conductivity be determined.

Die bekannten Verfahren lassen eine genaue Bestimmung der Wärmeparameter eines Stoffes nicht zu, da einerseits relativ kleine Messsignale produziert werden, die somit mit einem relativ großen Fehler behaftet sind, und andererseits Inhomogenitäten der Temperaturausbreitung, insbesondere im Randbereich des Metallstreifens oder Metalldrahts zu Messfehlern führen.The known methods allow an accurate determination of the thermal parameters of a substance, because on the one hand relatively small measuring signals thus produced with a relatively large error on the other hand, inhomogeneities of the temperature distribution, especially in the edge region of the metal strip or metal wire lead to measurement errors.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die volumetrische spezifische Wärme eines Stoffes genau und mit einer einfachen Anordnung zu ermöglichen.Of the The invention is therefore based on the object, the volumetric specific Heat of a Fabric exactly and with a simple arrangement to enable.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass über die Heizquelle ein impulsförmiger Strom der Dauer Δt als Heizimpuls in den Stoff eingeleitet wird und dass die Differenz der sich in Folge des Heizimpulses in unterschiedlichen definierten Abständen einstellenden Temperaturmaxima gemessen wird.to solution This object is a method according to the invention the aforementioned Art characterized in that via the heat source, a pulse-shaped current the duration Δt as heat pulse is introduced into the substance and that the difference as a result of the heat pulse in different defined intervals adjusting temperature maxima is measured.

Zur Lösung der genannten Aufgabe ist ferner eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art gekennzeichnet durch eine Stromquelle zur Abgabe eines Heizimpulses mit definierter elektrischer Leistung über eine definierte Zeit Δt an die Heizquelle und durch eine Auswertungseinrichtung zur Bestimmung der Differenz der Temperaturmaxima an den Temperaturfühlern in Folge des Heizimpulses.to solution the above object is also a device of the type mentioned characterized by a power source for delivering a heat pulse with defined electrical power over a defined time .DELTA.t to the Heat source and by an evaluation device for determination the difference of the temperature maxima at the temperature sensors in Sequence of the heat pulse.

Als längliche stromdurchflossene Heizquelle wird erfindungsgemäß vorzugsweise ein Heizdraht oder ein Heizleiter verwendet, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist.When elongated Current-carrying heat source according to the invention is preferably a heating wire or a heat conductor used, as in the prior art is known.

Bekanntlich bezeichnet die Wärmekapazität Cp = δH/δT diejenige Wärmemenge H (Enthalpie), die zur Erwärmung eines Körpers um 1 K erforderlich ist. Die spezifische Wärmekapazität) stellt die auf die Masse m des Körpers bezogene Wärmekapazität dar, also cp = Cp/m.As is known, the heat capacity C p = δH / δT denotes the heat quantity H (enthalpy) required for heating a body by 1 K. The specific heat capacity represents the heat capacity related to the mass m of the body, ie c p = C p / m.

Die volumetrische spezifische Wärme ergibt sich als Produkt aus spezifischer Wärme cp und Dichte ρ. Aus diesen beiden Werten lässt sich die auf das Volumen bezogene spezifische Wärme berechnen (Cp/V). Aufgrund des Zusammenhangs ρcp = λ/a kann sie aber auch aus Einzelmessungen der Wärmeleitfähigkeit λ und der Temperaturleitfähigkeit a bestimmt werden.The volumetric specific heat results as a product of specific heat c p and density ρ. From these two values, the volume specific heat can be calculated (C p / V). Due to the relationship ρc p = λ / a, however, it can also be determined from individual measurements of the thermal conductivity λ and the thermal diffusivity a.

Erfindungsgemäß werden eine Joulsche Wärmequelle und zwei Temperaturfühler in den Stoff eingebettet, wobei die beiden Temperaturfühler definierte unterschiedliche Abstände r1 bzw. r2 von der Wärmequelle aufweisen. Der Draht oder Metallstreifen weist eine definierte Länge L auf. Zur Messung wird der Quelle zum Zeitpunkt t = 0 ein impulsförmiger Strom bekannter elektrischer Leistung, P = UI für eine hinreichend kurze Zeit Δt aufgeprägt, der zur Abgabe eines Wärmeimpulses der Enthalpie H = P Δt führt. Dieser Heizimpuls diffundiert durch die Probe und trifft nacheinander auf die beiden Temperaturfühler. Deren Temperaturanstiege sind gegeben durch

Figure 00030001
According to the invention, a Joule heat source and two temperature sensors are embedded in the substance, wherein the two temperature sensors have defined different distances r 1 and r 2 from the heat source. The wire or metal strip has a defined length L. To measure the source at time t = 0, a pulse-shaped current of known electrical power, P = UI for a sufficiently short time .DELTA.t impressed, which leads to the delivery of a heat pulse of enthalpy H = P .DELTA.t. This heat pulse diffuses through the sample and hits the two temperature sensors one after the other. Their temperature rises are ge go through
Figure 00030001

Die Temperaturmaxima werden zu den Zeiten

Figure 00030002
erreicht. Die Differenz beider maximaler Temperaturen lautet
Figure 00040001
wobei e = 2,71828... die Eulersche Zahl ist. Für die volumetrische spezifische Wärme erhält man die folgende Arbeitsgleichung
Figure 00040002
The temperature maxima become at times
Figure 00030002
reached. The difference between the two maximum temperatures is
Figure 00040001
where e = 2.71828 ... is the Euler number. For the volumetric specific heat we get the following equation
Figure 00040002

Auf der rechten Seite der Gleichung befinden sich daher nur konstante bzw. bekannte Werte (H aus den elektrischen Parametern des eingeleiteten Wärmeimpulses und der Zeit, r1 und r2 aus der Messanordnung) sowie die gemessene Temperaturdifferenz der beiden maximalen Temperaturen an den Temperaturfühlern, sodass sich aus diesem Messwert die gesuchte volumetrische spezifische Wärme ρcp ergibt.Therefore, only constant or known values (H from the electrical parameters of the introduced heat pulse and the time, r 1 and r 2 from the measuring arrangement) are on the right side of the equation and the measured temperature difference of the two maximum temperatures at the temperature sensors, so the volumetric specific heat ρc p is obtained from this measured value.

Dieses Verfahren berücksichtigt automatisch die unterschiedlichen Zeitverzögerungen infolge der nicht verschwindenden Wärmekapazitäten der Wärmequelle sowie der beiden Thermometer.This Considered procedure automatically the different time delays as a result of not vanishing heat capacities of heat source as well as the two thermometers.

Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dass die Bestimmung der volumetrischen spezifischen Wärme des Stoffes mit einer einfachen Messanordnung möglich ist und lediglich die Bestimmung der Differenz der Temperaturmaxima an den beiden Temperaturfühlern erfordert. Dabei können sowohl die beiden maximalen Temperaturwerte bestimmt und daraus die Differenz gebildet werden oder aber die Differenz der maximalen Temperaturen nur als Relativwert bestimmt werden.It is readily apparent that the determination of volumetric specific heat the substance is possible with a simple measuring arrangement and only the Determination of the difference of the temperature maxima at the two temperature sensors requires. It can Both the two maximum temperature values are determined and therefrom the difference will be formed or the difference of the maximum Temperatures can only be determined as a relative value.

Claims (2)

Verfahren zur Bestimmung der volumetrischen spezifischen Wärme von Stoffen durch Einbettung einer länglichen stromdurchflossenen Heizquelle definierter Länge, dadurch gekennzeichnet, dass über die Heizquelle ein impulsförmiger Strom der Dauer (Δt) als Heizimpuls in den Stoff eingeleitet wird und dass die Differenz der sich infolge des Heizimpulses in unterschiedlich definierten Abständen einstellenden Temperaturmaxima gemessen wird.Method for determining the volumetric specific heat of substances by embedding an elongated current-carrying heat source defined length, characterized in that via the heat source, a pulse-shaped current of duration (.DELTA.t) is introduced as a heating pulse in the substance and that the difference in itself due to the heat pulse in measured at different defined intervals adjusting temperature maxima. Vorrichtung zur Bestimmung der volumetrischen spezifischen Wärme eines Stoffes mit einer in den Stoff einzubettenden länglichen stromdurchflossenen Heizquelle definierter Länge und mit in definierten unterschiedlichen Abständen in dem Stoff angeordneten Temperaturfühlern, gekennzeichnet durch – eine Stromquelle zur Abgabe eines Heizimpulses mit definierter elektrischer Leistung über eine definierte Zeit (Δt) an die Heizquelle und – eine Auswertungseinrichtung zur Bestimmung der Differenz der Temperaturmaxima an den Temperaturfühlern infolge des Heizimpulses.Device for determining the volumetric specific Heat of a Fabric with an elongated stream to be embedded in the fabric Heating source of defined length and arranged at defined different distances in the fabric Temperature sensors, marked by - one Power source for emitting a heat pulse with a defined electrical Performance over a defined time (Δt) to the heat source and - one Evaluation device for determining the difference of the temperature maxima at the temperature sensors due to the heat pulse.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2513342C2 (en) * 1975-03-26 1986-12-11 Wolfgang 6090 Rüsselsheim Borkowetz Method and device for determining thermal conductivity and specific heat
DE10206275A1 (en) * 2002-02-15 2003-09-04 Bundesrep Deutschland Method of measuring temperature conductivity
DE10206045A1 (en) * 2002-02-14 2003-09-11 Bundesrep Deutschland Method for experimental determination of the thermal conductivity of a sample, uses two or more temperature sensors inserted in the sample with one heated, so that the resultant temperature difference is conductivity dependent

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2513342C2 (en) * 1975-03-26 1986-12-11 Wolfgang 6090 Rüsselsheim Borkowetz Method and device for determining thermal conductivity and specific heat
DE10206045A1 (en) * 2002-02-14 2003-09-11 Bundesrep Deutschland Method for experimental determination of the thermal conductivity of a sample, uses two or more temperature sensors inserted in the sample with one heated, so that the resultant temperature difference is conductivity dependent
DE10206275A1 (en) * 2002-02-15 2003-09-04 Bundesrep Deutschland Method of measuring temperature conductivity

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