DE2324109A1

DE2324109A1 - Vorrichtung zur bestimmung der waermeleitfaehigkeit schlechtwaermeleitender medien

Info

Publication number: DE2324109A1
Application number: DE19732324109
Authority: DE
Inventors: D I Wolfgang Borkowetz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-05-12
Filing date: 1973-05-12
Publication date: 1974-11-21

Description

Betrifft : Patentanmeldung Gegenstand der Erfindung Vorrichtung zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit schlecht wärmeleitender Medien.
Beschreibung Im stationären Zustand kann die Wärmeleitfähigkeit eines Mediums bei bekanntem Wärmestrom und Temperaturgradienten bestimmt werden.
Es werden aber auch Verfahren und Vorrichtungen beschrieben und an= gewendet,bei denen der zeitliche Temperaturverlauf an einer Stelle im Medium während des transienten d.h. noch nicht stationären Zustandes zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit herangezogen wird.Vergleiche R.P.Tye 1); A.Mittenbühler 2);E.Schwiete et al.3).
Diesen sogenannten Heißdraht-oder Heizdrahtverfahren liegt die Lösung der allgemeinen Wärmeleitungsgleichung für das zylindersymmetrische 4) Problem zugrunde,wie sie z.B. von Carslaw & Jaeger 4) gegeben wird.
Der zeitliche Verlauf der Heizleitertemperatur läßt sich in etwas vereinfachter Form durch die Gleichung beschreiben, wobei T und T0 die Heizleitertemperaturen zu den Zeiten t und t und Q/l zwischen den Zeiten t und t konstante oder nahezu 0 0 konstante Heizleistung pro Längeneinheit des Heizleiters und die zu ermittelnde Wärmeleitfähigkeit des den Heizleiter umgebenden Mediums bedeuten.
In der Druckvorlage zur DIN 51046 5) wird eine nach dem in 1) bis 3) beschriebenen Heißdrahtverfahren arbeitende Vorrichtung zur Be= stimmung der Wärmeleitfähigkeit beschrieben.Die Bestimmung der Heizleitertemperatur erfolgt auch hier mittels auf dem Heizleiter aufgeschweißtem Thermoelement,dessen beide Schenkel in radialer Richtung vom Heizleiter weggeführt werden.Dieses Heißdrahtverfahren mit aufgeschweißtem Thermoelement ergibt auch noch bei Wärmeleitfähig= Zeiten um 0,1 Kcal/m h grd gute Reproduzierbarkeit jedoch im Mittel höhere Wärmeleitfähigkeitswerte als man sie mit den stationären Ver= fahren erhält.Offenbar macht sich die Wärmeabfuhr aus dem Bereich der Meßstelle durch die Thermoelementschenkel als Erhöhung der Wärme= leitfähigkeit des den Heizdraht umgebenden Mediums bemerkbar.
Ein weiterer Nachteil des Heißdrahtverfahrens mit aufgeschweißtem Thermoelement liegt in der in 5) geforderten Empfindlichkeit von 0,25 mV/Vollausschlag für das Thermospannungsregistriergerät.
Die naheliegende Möglichkeit,die Heizleitertemperatur aus dem Widerstand des Heizleiters oder eines Teiles desselben zu bestimmen, wird nur bei stationären Methoden zur Bestimmung der Wärmeleitfähig= keit von Gasen,vergl.R.T.Tye ) verwendet.
Die Widerstandsänderung eines Heizdrahtes wird auch bereits zur Bea stimmung der Strömungsgeschwindigkeit des den Heizleiter umströmenden gasförmigen oder flüssigen Mediums herangezogen.
Die Möglichkeit,auch beim Heißdrahtverfahren während des transienten Aufheizvorganges die Temperatur des Heizleiters kontinuierlich über die Widerstandsänderung des Heizleiters zu verfolgen,wird von B0H.Vos 7) im Zusammenhang mit der Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten erwähnt,jedoch wegen experimenteller Schwierigkeiten und Ungenauigkeiten als ungeeignet bezeichnet.
Erfindungsgemäß ist es jedoch möglich,durch Kombination eines gängigen Konstant strom-oder eines Konstantspannungs-oder eines Konstantleistungsspeisegerätes mit einem Heizleiter geeigneter Dimensionen eine Vorrichtung zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit des den Heizarihirumgebenden Mediums zu erstellen, die bei Verwendung von Registriergeräten mit geringerem Auflösungsvermögen die gliiche Reproduzierbarkeit wie das Heißdrahtverfahren mit aufgeschweißtem Thermoelement ergibt jedoch unter Vermeidung der Störeinflüsse durch Thermoelement schenkel.
Eine typische derartige Vorrichtung besteht aus einem Konstantstrom speisegerät,das einen zwischen 0,010 bis 3,000 A wählbaren Konstante strom bei 30 V Maximaler Klemmenspannung abgibt und einem Platin = heizdraht von 0,35 mm Durchmesser,der im Abstand von 15 cm zwei ebenfalls aus Platin bestehende Spannungsabgriffe gleichen Durchmes= sers aufweist.
Bei einem Heizstrom von 2 A genügt eine Schreiberempfindlichkeit von 50 mV /Vollaisschlag,um gut auswertbare Kurven für den zeitlichen Verlauf des Spannungsabfalles am Heizleiter zu erhalten.
Literatur 1) R.P.Tye : Thermal Conductivity ,Acad.Press, Vol 2 (1969 )p 189 2) A.Mittenbühler : Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von feuerfesten Stoffen nach der Heißdrahtmethode ,Ber.Dtsch.Keram.
Ges. 39 (1962 ) H.7 Apparatur zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von feuerfesten Steinen,Körnungen und Pulvern ,Ber.Dtsch.Keram.Ges. 41 (1964 ) 3) H.E.Schwiete und K.D.Dohm Das Heißdrahtverfahren zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von feuerfesten Baustoffen und Isoliersteinen, Archiv f.d.Eisenhüttenwesen 38 (Mai 1967 ) ib Carslas & Jaeger :Conduction of Heat In Solids,sec.ed.
Oxford/Clarendon 1965,p 345 5) Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit bis 16000C nach dem Heißdraht= verfahren, DIN 51046, Druckvorlage Januar 1972 6) R.P.Tye :Thermal Conductivity,Acad.Press Vol 2 (1969) p70 7) B.H.Vos : reasurements of Thermal Conductivity By A Non-Steady Method, Appl.sci.Res. Section A,Vol 5 (1955 )

Claims

Patentansprüche 9 Vorrichtung zur Bestimrrung der Wärmeleitfähigkeit eines Mediums dadurch gekennzeichnet,daß durch Kombination eines Konstant= stromspeisegerätes und eines Heizleiters bei konstantem Heizleiter= strom in dem Medium eine Temperaturverteilung aufgebaut wird,wobei die zeitliche Änderung der Heizleitertemperatur aus der zeitlichen Änderung des Spannungsabfalls am Heizleiter oder einem Teil desselben ermittelt wird.
2) Vorrichtung gemäß 1) dadurch gekennzeichnet,daß die zeitliche Anderung des Spannungsabfalles am Heizleiter oder einem Teil des= selben analog registriert und/oder digital registriert und ausge= wertet wird.
3) Vorrichtung zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit eines Mediums dadurch gekennzeichnet,daß durch Kombination eines Konstantspan= nungsspeisegerätes und eines Heizleiters bei konstantem Spannungs= abfall am Heizleiter oder einem Teil desselben in dem Medium eine Temperaturverteilung aufgebaut wird,wobei die zeitliche Anderung der Heizleitertemperatur aus der zeitlichen Änderung des Heizleiter= stromes ermittelt wird.
4) Vorrichtung gemäß 3) dadurch gekennzeichnet,daß die zeitliche Anderung des Heizleiterstromes analog registriert und/oder digital registriert und ausgewertet wird.
5) Vorrichtung zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit eines Mediums dadurch gekennzeichnet,daß durch Kombination eines Konstantleistungs= speisegerätes und eines Heizleiters bei konstanter Leistung des Heizleiters oder eines Teiles desselben in dem Medium eine Tempe= raturverteilung aufgebaut wird,wobei die zeitliche Änderung der Temperatur des Heizleiters aus der zeitlichen Anderung des Wider= standes des Heizleiters oder eines Teiles desselben ermittelt wird.
6) Vorrichtung gemäß 5) dadurch gekennzeichnet,daß die zeitliche Änderung des Widerstandes des Heizleiters digital registriert und ausgewertet wird.
7) Vorrichtung gemäß 1),3) und 5) dadurch gekennzeichnet,daß der Heizleiter und die Spannungsabgriffsleitungen aus Pt bestehen.
8) Vorrichtung gemäß 1),3) und 5) dadurch gekennzeichnet,daß der Heizleiter und die Spannungsabgriffsleitungen aus PtRh bestehen.