DE1810202A1 - Device for measuring the heat transfer - Google Patents
Device for measuring the heat transferInfo
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Description
PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS
8MUNCHEN2, 2 f' *0V. » 8MUNCHEN 2 , 2 f ' * 0V. »
UNSER ZEICHEN: 11 68 JOUR MARK: 11 68 J
JERRY GREY, Princeton, New Jeisey, Y.St.A.JERRY GRAY, Princeton, New Jeisey, Y.St.A.
und
EDWARD IEE WHITE, Dayton, Ohio, V.St.A.and
EDWARD IEE WHITE, Dayton, Ohio, V.St.A.
Vorrichtung zum Messen des WärmeübergangsDevice for measuring the heat transfer
Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte.Vorrichtung zum Messen des Wärmeübergangs und betrifft insbesondere eine Vorrichtung, die geeignet ist, sehr hohe Werte des Wärmeübergangs oder Wärmeflusses zu messen,. Ferner sieht die Erfindung eine neuartige Wärmeübertragungssonde vor.The invention relates to an improved device for measuring the heat transfer and concerns in particular a device which is suitable for measuring very high values of heat transfer or heat flux. The invention also provides proposed a novel heat transfer probe.
Gewöhnlich kann man Wärmeübertragungs- oder Durchgangswerte mit Hilfe der Fourierschen Wärmeleitungsgleichung berechnen, wenn der Temperaturunterschied an einem Matrial und die Wärmeleitfähigkeit des Matriais bekannt sind. Gemäß der Fouriersehen Gleichung ist die je Zeiteinheit unter gleichbleibenden Bedingungen durch eine Flächeneinheit eines Matriais mit einer bestimmten Dicke übertragene Wärmemenge wie folgt gegeben:Usually one can calculate heat transfer or conductivity values with the help of Fourier's heat equation, if the temperature difference across a material and the thermal conductivity of the material are known. According to the Fourier equation is the per unit of time under constant Conditions given by a unit area of a matrix with a certain thickness transferred amount of heat as follows:
q/A = -KTq / A = -KT
hierin ist q die je Zeiteinheit übertragen© Wärmemenge in englischen Wärmeeinheiten je Sekundehere q is the amount of heat transferred per unit of time in English units of heat per second
A ist die Wärmeübergangsfläche in Quadratfuß K ist die Wärmeleitfähigkeit in englischen Wärmeeinheiten je Fuß, je Quadratfuß, je Sekunde und je Grad FahrenheitA is the heat transfer area in square feet K is the thermal conductivity in English thermal units per foot, per square foot, per second and per degree Fahrenheit
T ist die absolute Temperatur in Grad Fahrenheit. · 009821/U07 T is the absolute temperature in degrees Fahrenheit. 009821 / U07
Wenn der Wärmefluß hauptsächlich in einer Hichtung· · stattfindet, wobei diese Richtung mit X bezeichnet wird, kann man den Gradienten T auf die eindimensionale Ableitung zurückführen, so daß man die folgende Gleichung erhält: If the heat flow is mainly in one direction takes place, where this direction is denoted by X, the gradient T can be reduced to the one-dimensional derivative, so that the following equation is obtained:
(q/A)x = -K(q / A) x = -K
Wenn der Temperaturabfall je Einheit der Strecke X in der Richtung des Wärmeflusses zwischen zwei beliebigen Punkten 1 und 2 gleichmäßig ist, ergibt sich aus der eindimensionalen Gleichung die folgende Gleichung:If the temperature drop per unit of the distance X in the Direction of heat flow between any two points 1 and 2 is uniform, results from the one-dimensional Equation the following equation:
""JV / m m \"" JV / m m \
Manche der bis jetzt bekannten Vorrichtungen zum Messen des Wärmeübergangs sind so ausgebildet, daß sie den Temperaturunterschied an einem Material von "bekannter Leitfähigkeit Messen, so daß der Wärmedurchgangswert mit Hilfe der EOuriersehen Gleichung berechnet werden kanna Es hat sich jedoch gezeigt, daß es diese bekannten Vorrichtungen aicht ermöglichen^ mit ausreichender Genauigkeit Werte zu ermitteln» die unter Anwendung der Fourierschen Gleichung genügen, ium Wämedurchgangswerte zu berechnen. Die bekannten Vorrichtlangen sind so ausgebildet, daß schon ihr Vorhandensein bewirkt, daß. der örtliche Wärmefluß zu dem Körper, in den sie eingebaut sind, verzerrt bzw. verändert wird. Außerdem hat es siel, gezeigt, daß diese bekannten Vorrichtungen nicht der Annahme des eindimensionalen Wärmeflusses bei der vorstehend wiedergegebenen eindimensionalen Gleichung entsprechen.Some of the hitherto known devices for measuring the heat transfer are formed such that they so that the heat transmission value using the EOuriersehen equation can be calculated the temperature difference of a material of "known conductivity measuring, a However, it has been found that it known this Devices do not make it possible to determine values with sufficient accuracy which, using Fourier's equation, are sufficient to calculate heat transfer values. The known device lengths are designed so that their very presence causes the local heat flow to the body in which they are built It has also been shown that these known devices do not conform to the one-dimensional heat flow assumption in the one-dimensional equation given above.
Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht nimmehr darin, eine verbesserte Vorrichtung zum Messen des Wameiibergangs zu schaffen,, Ferner sieht die Erfindung eine verbesserte Vorrichtung vor, die es ermöglicht, außerordentlich hohe Wärmedurchgangswerte zu messen. Weiterhin sieht die Erfimäung eine verbesserte Vorrichtung zum Messen des Wärmeübergangs vor, deren Vorhandensein nicht zu einer örtlichen Verzerrung des Wärmeflusses zu dem Körper führt, in den die Vorrichtung eingebaut ist. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin» daß sie eine verbesserte Vorrichtung zum Messen des WärsiedurchgangsThe main object of the invention is increasingly an improved device for measuring the thermal transition to The invention also provides an improved apparatus which makes it possible to measure extraordinarily high heat transfer values. Furthermore, the Erfimäung provides an improved device for measuring the heat transfer, whose Presence does not lead to a local distortion of the heat flow to the body in which the device is incorporated is. Another feature of the invention is "that it an improved apparatus for measuring heat transfer
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vorsieht, die so ausgebildet ist, daß es möglich ist, die Wärmeabgabe des zu untersuchenden Mediums zu messen, die gleichzeitig auf Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung zurückzuführen ist. Ferner sieht die Erfindung eine verbesserte Warmedurchgangs-Meßvorrichtung vor, die so ausgebildet ist, daß sie unter stetigen Bedingungen betrieben werden kanno Weiterhin sieht die Erfindung eine verbesserte Wärmeübergangs-Meßvorrichtung vor, die praktisch genau der Annahme des eindimensionalen Y/ärmeflusses entspricht, auf der die Fouriersche Wärmeleitungsgleichung basiert. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine neuartige Sonde zum Messen von Wärmedurchgangsgeschwindigkeiten in Fällen, in denen mit sehr hohen Werten des Wärmeflusses zu rechnen ist«.provides, which is designed so that it is possible to measure the heat emission of the medium to be examined, which is due to radiation, convection and heat conduction at the same time. Further, the invention provides an improved heat passage measurement device before, which is designed so that it can be operated under steady conditions o Further, the invention provides an improved heat transfer measurement device before, practically exactly the adoption of the one-dimensional Y / ärmeflusses corresponds to the based on Fourier's thermal equation. Another object of the invention is a new type of probe for measuring heat transfer rates in cases in which very high values of the heat flow are to be expected «.
Schließlich sieht die Erfindung eine Wärmeübergangs- ~f Meßvorrichtung und eine Wärmeübergangssonde vor, die beide von einfacher und robuster Konstruktion sind und sich mit verhältnismäßig geringen Kosten herstellen lasseno Finally, the invention provides a heat transfer measuring device and a heat transfer probe, both of which are of simple and robust construction and can be manufactured at relatively low costs or the like
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläuterteThe invention and advantageous details of the invention are illustrated below with the aid of schematic drawings of exemplary embodiments explained in more detail
Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.Fig. 1 is a perspective view of an embodiment the invention.
Fig. 2 zeigt im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die in Fig. 1 gezeigte Anordnung verwendet wird. ™Fig. 2 shows a further embodiment in longitudinal section of the invention in which the arrangement shown in Fig. 1 is used. ™
Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2.Figure 3 is an enlarged section taken along line 3-3 in Fig. 2.
Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3.FIG. 4 is a section taken along line 4-4 in FIG. 3.
Allgemein gesprochen sieht die Erfindung eine Meßvorrichtung vor, die in einen Tragkörper eingebaut werden kann, um den Durchgang von Wärme durch ein erhitztes Medium zu messen; die Vorrichtung umfaßt allgemein einen Körper aus einem wärmeleitenden Material, der in Wärmeübergangsbeziehung zu dem zu untersuchenden erhitzten Medium angeordnet werden kann, sowieGenerally speaking, the invention provides a measuring device before, which can be built into a support body in order to measure the passage of heat through a heated medium; the device generally comprises a body of a thermally conductive Material that can be placed in heat transfer relationship to the heated medium under investigation, as well as
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mindestens drei dünne Plättchen aus verschiedenen wärmeleitenden Matrialien, die im Wege der Diffusionsschweißung so miteinander verbunden sind, daß sie mindestens zwei thermoelektrische Übergangs- oder Verbindungsstellen bilden; die Wärmeleitfähigkeit des Körpers aus dem wärmeleitenden Matrial ist hierbei der Wärmeleitfähigkeit des Tragkörpers angepaßt, die Verbindungsstellen sind durch vorbestimmte Abstände voneinander getrennt, und an die Plättchen sind elektrische Leitungen angeschlossen. Vorzugsweise kann das äußerste Plättchen in Wärmeübergangsberührung mit dem zu untersuchenden Medium angeordnet werden? jede der elektrischen Leitungen besteht aus dem gleichen Material wie das Plättchen, mit dem sie leitend verbunden ist, und jede Leitung ist isoliert, wobei die an das äußerste Plättchen angeschlossene Leitung und das zugehörige Isoliermaterial eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die der Wärmeleitfähigkeit des mittleren Plättchens angepaßt isto Die elektrischen Leitungen haben ferner im Vergleich zur Größe der Plättchen genügend kleine Abmessungen, so daß eine Verzerrung der Verteilung des Wärmeflusses über den wärmeleitfähigen Körper vermieden ist. Außerdem ist der wärmeleitende Körper gegenüber dem Körper isoliert, in den die Meßvorrichtung eingebaut ist, so daß sich ein einseitig gerichteter Wärmefluß ergibt, bzw. daß sich die Wärme gegenüber den thermoelektrischen Verbindungsstellen nur in einer bestimmten Richtung fortpflanzt.at least three thin plates made of different thermally conductive materials, which are connected to one another by diffusion welding so that they form at least two thermoelectric transition or connection points; the thermal conductivity of the body made of the thermally conductive material is adapted to the thermal conductivity of the supporting body, the connection points are separated from one another by predetermined distances, and electrical lines are connected to the plates. The outermost platelet can preferably be arranged in heat transfer contact with the medium to be examined? Each of the electrical lines consists of the same material as the plate to which it is conductively connected, and each line is insulated, the line connected to the outermost plate and the associated insulating material having a thermal conductivity that is matched to the thermal conductivity of the central plate o the electrical leads are further compared to the size of the platelets sufficiently small dimensions so that a distortion of the distribution is avoided in the heat flux across the thermally conductive body. In addition, the thermally conductive body is insulated from the body in which the measuring device is installed, so that there is a unidirectional heat flow, or that the heat is only propagated in one specific direction with respect to the thermoelectric connection points.
In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Fig. 2 zeigt eine Sonde zum Messen von Wärmeübergangswerten in Fällen, in denen mit sehr hohen Vierten des Wärmeflusses zu rechnen ist, z.B. im Austrittskanal eines Raketentriebwerks, einem hyperthermalen Windkanal oder einem Lichtbogenstrahl (arcjet)j die Sonde nach Fig. 2 wird in Verbindung mit der in Fig. 1 gezeigten Meßvorrichtung benutzt, Die Sonde umfaßt einen langgestreckten; zylindrischen Körper mit einer sein vorderes Ende abschließender Stirnwand 11 und einer geeigneten, nicht dargestellten Konstruktion zum Verschließen des hinteren Endes. Bei einer typischen Konstruktion ist.der Durchmesser des langgestreckten zylindrischen Körpers 10 nicht größer als etwa 9,5 mm, und seine Länge richtet sich nach den Bedingungen, unter denen die Sonde benutzt wird. DerVarious embodiments of the invention are shown in the drawings. Fig. 2 shows a probe for measuring of heat transfer values in cases in which very high fourths of the heat flow are to be expected, e.g. in the outlet duct a rocket engine, a hyperthermal wind tunnel or an arc jet j the probe of FIG. 2 is used in connection with the measuring device shown in Fig. 1, The probe includes an elongate; cylindrical body with a front end closing end wall 11 and a suitable construction, not shown, for closing the rear end. In a typical construction ist.der diameter of the elongated cylindrical body 10 is no greater than about 9.5 mm, and its length is directed according to the conditions under which the probe is used. Of the
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zylindrische Körper und seine vordere ütirnv/and, in die die !Stoßvorrichtung 12 eingebaut ißt, bootehen vorzugoweioe auß einem Werkstoff bekannter Wärmeleitfähigkeit, z.ß. aus Messing· In dem zylindrischen Körper 10 ißt konzentrisch damit ein Rohr angeordnet, das einen inneren Kanal 14 abgrenzt, so daß ein Kühlmittel durch die Sonde geleitet werden kann.cylindrical body and its anterior ütirnv / and into which the ! Bumpers 12 built-in, boots are preferred apart from one Material of known thermal conductivity, e.g. made of brass · In the cylindrical body 10 eats a tube concentrically therewith arranged defining an inner channel 14 so that a coolant can be passed through the probe.
Die Meßvorrichtung umfaßt einen wärmeleitenden Körper 15#· der in eine axiale Öffnung 16 der Stirnwand 11 eingebaut lot, und Drahtleitungen 17» die sich durch ein gleichachsig rait dor Sonde erstreckendes Schutzrohr 18 zu elektrischen Meßgeräten erstrecken, die im folgenden näher beschrieben werden* Der wärmeleitende Körper 15 hat eine Wärmeleitfähigkeit, die der wärmeleitfähigkeit der Stirnwand 11 und des zylindrischen Kur* pers 10 angepaßt ist· |The measuring device comprises a thermally conductive body 15 # which is installed in an axial opening 16 of the end wall 11, and wire lines 17 »which extend through an equiaxed rait dor Probe extending protective tube 18 to electrical measuring devices which are described in more detail below * The thermally conductive body 15 has a thermal conductivity that of the thermal conductivity of the end wall 11 and the cylindrical cure * pers 10 is adapted · |
Gemäß Pig« 4 hat der wärmeleitende Körper 15 elno Gesamt« dicke, die seit der Dicke der Stirnwand 11 1st, so daß die äußere und die innere Stirnfläche dee Körpers 15 in üfluchtung mit der Außenfläche bzw« der Innenfläche der Stirnwand 11 angeordnet ist, wenn der Körper 15 in die tfand eingebaut istj gemäß Mg· 4 umfaßt derbwärmeleitende Körper ein äußeres Plättchen 19» ein mittleres Plättchen 20 und ein inneres Plättchen 21ι alle drei Plättchen bestehen aus wärmeleitenden Werkstoffen« einander benachbarte Plättchen bestehen aus Werk« stoffen von unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit und sind mit Hilfe des Diffusionssohweißverfahrons miteinander verbunden, so daß sie durch Abstände getrennte parallele thermoelektrische | Verbindungsstellen 22 und 23 bilden, die thermoelektrische Spannungen erzeugen können, wenn die Sonde einer starken Wärmezufuhr ausgesetzt wird· Die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden Körpers 15 ist auf die Wärmeleitfähigkeit der Stirnwand 11 des zylindrischen Körpers 10 der 3onde abge« ' stimmtj zu diesem Zweck sind die Werkstoffe der Plättchen 19, 20 und 21 sowie die Dioke der Plättchen' entsprechend gewühlt. Die Plättchen sind im wesentlichen scheibenförmig, und sie habet4 den gloiohe'n Durchmesser, so daß der wärmeleitende Körper 15 in die axiale öffnung 16 der Stirnwand 11 eingebaut werden kann· Das innere Plättehen 21 kann gelobe:;·., tails «it oinon ■ ringförmigen Defestigungaflansoh 24 veraohe.n BeIn9 der v«mAccording to Pig 4, the thermally conductive body 15 has an overall thickness equal to that of the thickness of the end wall 11, so that the outer and inner end faces of the body 15 are in alignment with the outer surface or the inner surface of the end wall 11, respectively The body 15 in which it is built-in, according to Mg 4, comprises a coarse heat-conducting body, an outer plate 19, a central plate 20 and an inner plate 21, all three plates consist of heat-conducting materials, adjacent plates consist of materials with different thermal conductivity and are connected to one another with the help of the diffusion welding process, so that they are parallel thermoelectric | Form junctions 22 and 23 which can generate thermoelectric voltages when the probe is exposed to a strong supply of heat.The thermal conductivity of the thermally conductive body 15 is matched to the thermal conductivity of the end wall 11 of the cylindrical body 10 of the probe the platelets 19, 20 and 21 and the dioke of the platelets' selected accordingly. The platelets are essentially disk-shaped, and they have 4 the gloiohe'n diameter, so that the heat-conducting body 15 can be built into the axial opening 16 of the end wall 11 · The inner plate 21 can promise:; ·., Tails «it oinon ■ ring-shaped fortification aflansoh 24 veraohe.n BeIn 9 of the v «m
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ι einer Bohrungserweiterung 25 auf der Innenseite der Stirnwand 11 aufgenommen ist, um den Körper 15 in seiner Lage zu halten., Gemäß Figo 4 ist der wärmeleitende Körper 15 mit der Stirnwand 11 durch Verschweißen, Hartlöten oder Weichlöten verbunden. ι a bore extension 25 on the inside of the end wall 11 is added to hold the body 15 in place., According to FIG. 4, the thermally conductive body 15 is connected to the end wall 11 by welding, hard soldering or soft soldering.
Bei einer t--ea- Ausführungsform, bei der der Hauptkörper der Sonde aus Messing besteht, bestehen das äußere Plättchen 19 und das innere Plättchen 21 aus Kupfer, während das mittlere Plättchen 20 aus Konstantan hergestellt ist. Wenn man zur Herstellung der Plättchen Z0B. Kupfer und Konstantan verwendet, kann man die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Hauptkörpers der Sonde, die zwiscnen den Wärmeleitfähigkeitswerten von Kupfer und Konstantan liegt, leicht dadurch anpassen, φ daß man einfach die Dicke des mittleren Plättchens 20 zwischen "nahezu dem Wert Null und nahezu der gesamten Dicke der Plättchenanordnung variiert» Ferner können andere Paare von Materialien für Thermoelemente verwendet werden, um eine Anpassung an eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisende Materialien für den Hauptkörper zu ermöglichen; als Beispiele für solche Paare seien Wolfram und Eheniumf lickelehrom und Nickel sowie Eisen und Konstantan und dergleichen genannt.In a t-ea embodiment in which the main body of the probe is made of brass, the outer plate 19 and the inner plate 21 are made of copper, while the middle plate 20 is made of constantan. If, for the preparation of platelet Z 0 as copper and constantan used, can be the thermal conductivity of the material of the main body of the probe-acres the thermal conductivity values of copper and constantan is, readily adapt by φ that simply the thickness of the central plate 20 varies between "nearly zero and nearly the entire thickness of the die assembly" Further, other pairs of thermocouple materials can be used to accommodate lower thermal conductivity materials for the main body; examples of such pairs are tungsten and ehenium f lickelehrom and nickel as well as iron and constantan and the like.
Um eine Wärmeleitung ies wärmeleitenden Körpers 15 in seitlicher Richtung möglichst weitgehend zu verhindern, um so eindimensionale Bedingungen zu Schaffens, kann man zwischen den Plättchen einerseits und der Stirnwand 11 andererseits eineIn order to achieve heat conduction ies thermally conductive body 15 in To prevent sideways direction as much as possible in order to create such one-dimensional conditions, one can choose between the Plate on the one hand and the end wall 11 on the other hand a
W isolierende Buchse 26 oder einen Hohlraum vorsehen® Die Buchs® 26 kann aus einem beliebigen geeigneten'isolierenden Material bestehen, z.B. aus Bornitrid« Außerdem kann man die freiliegende fläche 27 des äußeren Plättchens 19 mit dem Material der Stirnwand 11 überziehen oder plattieren, um eine genaue Nachahmung der Strahlungswärmeaufnahmeeigeasehaft'en der Stirnwand zu ©möglichen«! W insulating bushing 26 or a cavity provided® The Buchs® 26 can be made of any suitable insulating material, for example boron nitride exact imitation of the radiant heat absorption properties of the front wall to be possible «!
Die Drahtleitungen 17» mittels deren di© thermoelektri-Bohen Spannungen nachgewiesen werden, die dtoeh die thermo- . elektrischen ferfeiaiuagsatellen 22 rand. 23 ©rasiagt werden,, umfassen eine mit clan äußeres. Plättchen 19 verbundene Drahtlei-28j ein© mit dsm mittl®r@n Plättchen 20 verbundene Draht-The wire lines 17 »by means of their di © thermoelectri-Bohen Stresses are demonstrated, which dtoeh the thermo-. electric ferfeiaiuagsatellen 22 rand. 23 © be told, include one with clan exterior. Plate 19 connected wire 28j a © with dsm by®r @ n plates 20 connected to
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leitung 29 und eine mit dem inneren Plättchen 21 verbundene Drahtleitung 30. Die Leitungen 17 sind an Potentiometer 31, 32 und 33 angeschlossen, mittels deren die thermoelektrischen Spannungen gemessen werden können, die durch die thermoelektrischen Verbindungsstellen des wärmeleitenden Körpers 15 erzeugt werden. Die Leitung 28 erstreckt sich durch eine Öffnung in dem mittleren Plättchen 20 und dem mnneren Plättchen 21 und ist gegenüber diesen Plättchen durch eine isolierende Umhüllung 34 isoliert. Die Leitung 28 hat einen relativ kleinen Durchmesser, und sie besteht aus dem gleichen Material wie das äußere Plättchen 19, mit dem sie leitend verbunden ist«, Das Material und die Abmessungen der isolierenden Umhüllung 34 sind so gewählt, daß die Wärmeleitfähigkeit der Leitung 28 und der isolierenden Umhüllung 34 der Wärmeleitfähigkeit des Plättchens 20 ange- M paßt ist, um eine Verzerrung des Wärmeflusses durch das Plättchen 20 zu verhindern. Sowohl die Leitung 28 als auch die isolierende Umhüllung 34 sind in ein Schutzrohr 25 aus Kupfer oder nichtrostendem Stahl eingeschlossen, das mit der Innenfläche 36 des inneren Plättchens 21 durch Hartlöten, Verschweißen oder Weichlöten verbunden ist.line 29 and a wire line 30 connected to the inner plate 21. The lines 17 are connected to potentiometers 31, 32 and 33, by means of which the thermoelectric voltages that are generated by the thermoelectric connection points of the thermally conductive body 15 can be measured. The line 28 extends through an opening in the middle plate 20 and the inner plate 21 and is insulated from these plates by an insulating sheath 34. The line 28 has a relatively small diameter, and it consists of the same material as the outer plate 19 to which it is conductively connected. The material and the dimensions of the insulating sheath 34 are chosen so that the thermal conductivity of the line 28 and is the insulating sheath 34 of the thermal conductivity of the plate 20 fits reasonable M to a distortion of the heat flow to be prevented by the plate twentieth Both the line 28 and the insulating sheath 34 are enclosed in a protective tube 25 made of copper or stainless steel, which is connected to the inner surface 36 of the inner plate 21 by brazing, welding or soft soldering.
Die Leitung 29 erstreckt sich durch eine Öffnung des inneren Plättchens 21 und ist gegenüber diesem Plättchen durch eine isolierende Umhüllung 37 isoliert. Auch die Leitung 29 hat einen relativ kleinen Durchmesser, und sie besteht aus dem gleichen Material wie das mittlere Plättchen 20. Die Leitung 29 und die isolierende Umhüllung 37 sind ebenfalls in ein J Schutzrohr 38 eingeschlossen, das mit der Innenfläche 36 des inneren Plättchens 21 durch Verschweißen, Hartlöten oder Weichlöten verbunden ist.The line 29 extends through an opening in the inner plate 21 and is opposite this plate through an insulating sheath 37 insulates. The line 29 also has a relatively small diameter, and it consists of the same material as the middle plate 20. The line 29 and the insulating sheath 37 are also in a J. Protective tube 38 included, which is connected to the inner surface 36 of the inner plate 21 is connected by welding, brazing or soldering.
Entsprechend hat auch die Leitung 30 einen relativ kleinen Durchmesser, und sie besteht aus dem gleichen Material wie das innere Plättchen 21. Die zugehörige Leitung 30 ist ebenfalls mit einer isolierenden Umhüllung 39 und einem Schutzrohr 40 versehen, das mit der Innenfläche 36 des inneren Plättchens 21 durch Verschweißen, Hartlöten oder Weichlöten verbunden ist.Correspondingly, the line 30 also has a relatively small diameter and is made of the same material as the inner plate 21. The associated line 30 is also provided with an insulating sheath 39 and a protective tube 40 provided, which is connected to the inner surface 36 of the inner plate 21 by welding, brazing or soldering connected is.
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Bei einer typischen Ausführungsform der in Fig. 3 und gezeigten Meßvorrichtung würde der wärmeleitende Körper 15 einen Außendurchmesser von etwa 6,5 mm haben, die Dicke des wärmeleitenden Körpers würde etwa 1,6 mm betragen, das mittlere Plättchen würde eine mit einer Genauigkeit von +0,0013 mm gemessene Dicke von etwa 0,23 mm haben, der Durchmesser der Leitungen würde etwa 0,25 mm betragen, die Öffnungen zum Aufnehmen der Leitungen würden einen' Durchmesser von etwa 0,5 mm haben, und die isolierenden Buchsen aus Bornitrid wurden, eine Y/andstärke von etwa 0,075 mm aufweisen. Es sei jedoch bemerkt, daß es erforderlich ist, die Dicke der Materialien sowie die Materialien für die Plättchen so zu wählen, daß sich eine Wärmeleitfähigkeit der Plättchen ergibt, die der Wärmeleitfähigkeit des Hauptkörpers der Sonde angepaßt ist, daß die elektrischen Leitungen einen kleinen Durchmesser erhalten und aus dem gleichen Material bestehen müssen wie die Plättchen, die mit ihnen leitend verbunden sind, und daß die isolierende Buchse 26 bzw» der Hohlraum eine geeignete radiale Abmessung erhalten und aus einem Material bestehen muß, durch das eine Wärmeleitung in seitlicher Sichtung möglichst weitgehend verhindert wird; alternativ kann man die Buchse bzw. den Hohlraum fortlassen.In a typical embodiment of the in Fig. 3 and The measuring device shown, the thermally conductive body 15 would have an outer diameter of about 6.5 mm, the thickness of the thermally conductive body would be about 1.6 mm, the middle plate would be one with an accuracy of +0.0013 mm measured thickness of about 0.23 mm, the diameter of the lines would be about 0.25 mm, the openings to receive the leads would have a diameter of about 0.5 mm, and the insulating bushings were made of boron nitride, have a Y / and thickness of about 0.075 mm. It should be noted, however, that it is necessary to choose the thickness of the materials as well as the materials for the platelets so that a thermal conductivity of the platelets that is adapted to the thermal conductivity of the main body of the probe that the electrical cables have a small diameter and must be made of the same material as the platelets, which are conductively connected to them, and that the insulating bushing 26 or the cavity has a suitable radial dimension must be obtained and made of a material that prevents heat conduction in lateral viewing as much as possible will; alternatively, the bushing or the cavity can be omitted.
Die vorstehend beschriebene Sonde kann benutzt werden, um eine genaue Messung des Wärmeflusses in der Austrittsdüse eines Raketentriebwerks, in einem hyperthermalen Windkanal, einem Lichtbogenstrahl oder in anderen Fällen durchzuführen, in denen außergewöhnlich hohe Werte des Yfärmeflusses zu erwarten sind. Zu diesem Zweck ist es nur erforderlich, das freie Ende der Sonde in der zu untersuchenden Umgebung anzuordnen. Hierbei entspricht die Wirkungsweise der Meßvorrichtung der weiter oben angegebenen eindimensionalen Gleichung. Wenn die Außenfläche 27 des wärmeleitenden Körpers 15 einem Medium ausgesetzt wird, das sich auf einer hohen Temperatur befindet, und wenn die Innenfläche 36 der Wirkung des durch die Sonde hindurchgeleiteten Kühlmittels ausgesetzt ist, fließt Wärme gemäß dem zweiten Satz der Thermodynamik durch den wärmeleitenden Körper 15» Unter diesen Umständen werden sich die Verbindungsstellen 22 und 23 des wärmeleitenden Körpers auf verschiedenenThe probe described above can be used to accurately measure the heat flow in the exhaust nozzle of a rocket engine in a hyperthermal wind tunnel, an arc beam or in other cases where exceptionally high values of the Y-thermal flux are expected are. For this purpose it is only necessary to arrange the free end of the probe in the area to be examined. Here the mode of operation of the measuring device corresponds to the one-dimensional equation given above. If the outside surface 27 of the heat conductive body 15 is exposed to a medium which is at a high temperature, and when the inner surface 36 of the action of the transmitted through the probe When exposed to coolant, heat flows through the thermally conductive one according to the second set of thermodynamics Body 15 “Under these circumstances the junctions will become 22 and 23 of the thermally conductive body on different
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Temperaturen befinden, und mit Hilfe der Potentiometer nach Fig. 4 ist es möglich» sowohl die Temperaturen T1 und Tg ^er beiden Verbindungsstellen als auch die Differenz zwischen diesen beiden Temperaturen (T2 - T1) zu messen, da die Verbindungsstellen thermoelektrische Spannungen eraougen, dio durch die Potentiometer angezeigt werden. Da die Dicke des mittleren Plättchens 20 bekannt ist und da die Temperaturen T1 und T2 ebenfalls bekannt sind, ist auch die mittlere Wärraoloit·· fähigkeit dea Plättchens bekannt, und der Wert (ct/A) kann mit • Hilfe der erwähnten eindimensionalen Gleichung boreohnot werden.Temperatures are located, and with the help of the potentiometer according to FIG. 4 it is possible to measure both the temperatures T 1 and Tg ^ of the two connection points as well as the difference between these two temperatures (T 2 - T 1 ), since the connection points are thermoelectric voltages eraougen, which are indicated by the potentiometer. Since the thickness of the middle plate 20 is known and since the temperatures T 1 and T 2 are also known, the mean heat resistance of the plate is also known, and the value (ct / A) can be calculated using the one-dimensional equation mentioned be boreohnot.
Die erfinclungsgemäße Vorrichtung erfüllt genau dio Be- ·" dingungen der Gleichung, die auf der Annahme eines eindimensio- ' nalen Wärmeübergangs beruht, denn man kann die Materialien dor Plättchen und ihre relative Dicke variieren, um eine genaue I Anpassung an die Wärmeleitfähigkeit des uondenkörpers au erzielen, in die Meßvorrichtung eingebaut ist. Eine Wärmeleitung in seitlicher Richtung kann auf ein Mindestmaß verringert oder im wesentlichen ausgeschaltet werden, wenn man die beschriebene isolierende Buchse 26 oder einen den wärmeleitenden Körper umgebenden Hohlraum vorsieht. Die Wirkung der elektrischen Leitungen bezüglich einer Verzerrung der Verteilung deo V/ärmofluQses über den wärmeleitenden Körper 15 wird dadurch auf oin Minimum verringert, daß die leitungen einen relativ kleinen. Durchmesser haben, und daß das Isoliermaterial und dodoon Sandstärke so gewählt sind, daß die T/ärmeloitfähigkoit dor Leitung und der Isolierung möglichst genau der Wärmeleitfähigkeit des | Materials entspricht, dao zur Schaffung der benötigton Öff- · nungen aue dem mittleren Plättchen entfernt werden nuß*.The device according to the invention exactly fulfills the conditions of the equation, which is based on the assumption of a one-dimensional heat transfer, because the materials of the platelets and their relative thickness can be varied in order to adapt precisely to the thermal conductivity of the probe body achieve, is incorporated in the measuring device. a thermal conduction in the lateral direction can be reduced to a minimum or substantially eliminated, if it is provided as described insulating bushing 26 or a surrounding the heat conducting body cavity. the effect of electric lines with respect to a distortion of the distribution The flow of heat into the heat-conducting body 15 is reduced to a minimum by the fact that the lines have a relatively small diameter, and that the insulating material and sand thickness are chosen so that the line and insulation are as accurate as possible Thermal conductivity of the | materia This corresponds to the fact that in order to create the required openings all the central platelet must be removed *.
Man erkennt somit, daß es die erfindungsgemäBe Woßvorrichtung ermöglicht, eine Verzerrung des örtlichen V/iirnofluuaeo in dem Körper zu vermeiden« in den sie eingebaut ist, und daß sie in einem stetigen Zustand und mit hohor Qenauigkeit botrieben werden kann« da sie so ausgebildet ist, daß oiö proktisch genau gemäß der weiter öfesn angegebnen Gleichung arboi«. tet, die auf der Annahme eines eladimmmionalon btruht·It can thus be seen that it is the measuring device according to the invention allows distortion of the local V / iirnofluuaeo to avoid in the body in which it is built, and that they drove in a steady state and with great accuracy because it is so developed that it is proctic exactly according to the equation given below arboi «. tet based on the assumption of an eladimmmionalon btruht
009821/U07 , ' 'bad original009821 / U07, '' bad original
- 1Φ -- 1Φ -
Die in Pig» 1 dargestellte Meßvorrichtung kann statt in die Sonde nach Fig. 2 in einen anderen Körper eingebaut werden? um den unverzerrten Wärmefluß zu dem Körper zu messen; bei diesem Körper kann es sich z.B. um "ein Windkanalmodell, die Wand eines von einem heißen Flud durchströmten Kanals, die Wand eines Ofens oder dergleichen handeln.The measuring device shown in Pig »1 can be built into another body instead of the probe according to FIG. 2? to measure the undistorted heat flow to the body; this body can be, for example, "a wind tunnel model that Wall of a canal through which a hot flux flows, the wall a furnace or the like.
0 0 9 8 2 \t H 0 70 0 9 8 2 \ t H 0 7
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US75185668A | 1968-08-12 | 1968-08-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1810202A1 true DE1810202A1 (en) | 1970-05-21 |
Family
ID=25023801
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19681810202 Pending DE1810202A1 (en) | 1968-08-12 | 1968-11-21 | Device for measuring the heat transfer |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1810202A1 (en) |
FR (1) | FR1596706A (en) |
GB (1) | GB1214231A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2413647A1 (en) * | 1977-12-30 | 1979-07-27 | Kernforschungsz Karlsruhe | MEASUREMENT SENSOR FOR THE DETERMINATION OF THERMAL FLOWS THROUGH A SOLID MEDIUM AND DEVICE FOR ITS CALIBRATION |
-
1968
- 1968-11-21 DE DE19681810202 patent/DE1810202A1/en active Pending
- 1968-11-28 FR FR1596706D patent/FR1596706A/fr not_active Expired
-
1969
- 1969-01-09 GB GB127869A patent/GB1214231A/en not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2413647A1 (en) * | 1977-12-30 | 1979-07-27 | Kernforschungsz Karlsruhe | MEASUREMENT SENSOR FOR THE DETERMINATION OF THERMAL FLOWS THROUGH A SOLID MEDIUM AND DEVICE FOR ITS CALIBRATION |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR1596706A (en) | 1970-06-22 |
GB1214231A (en) | 1970-12-02 |
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