DE2629051A1

DE2629051A1 - Waermeuebergangsmessgeraet

Info

Publication number: DE2629051A1
Application number: DE19762629051
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Ing Weber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-06-29
Filing date: 1976-06-29
Publication date: 1978-01-05
Also published as: DE2629051C2

Description

Wärmeübergangsmeßgerät
Die Erfindung betrifft ein Wärmeübergangsmeßgerät, insbes.
ein Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät, zur Messung des Wärmeüberganges in einem Meßmedium unter Berücksichtigung des bekannten Wärmeüberganges in einem Vergleichsmedium.
Wärmeübergang findet bekanntlich'durch Leitung, Konvektion und/oder Strahlung statt. Das Wärmeübergangsmeßgerät, mit dem sich die Erfindung beschäftigt, ist grundsätzlich umfassend einsetzbar, also sowohl bei Leitung als auch bei Konvektion als auch bei Strahlung. Das in Rede stehende Wärmeübergangsmeßgerät soll jedoch am häufigsten zur Bestimmung des Wärmeübergangs durch Leitung eingesetzt werden, so daß dann auch von einem Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät gesprochen wird. Wärmeleitfähigkeitsmessungen werden nämlich auch dann durchgeführt, wenn eigentlich andere physikalische Größen ermittelt werden müssen, z. B. Strömungsgeschwindigkeiten, Gaskonzentrationen usw..
Die bekannten Wärmeübergangsmeßgeräte, von denen die Erfindung ausgeht, weisen eine Reihe von für die Praxis wesentlichen Nachteilen auf, - wozu unter anderem Schwierigkeiten bei der Kompensation von Temperatureinflüssen gehören -, so daß der Erfindung die Aufgabe zugrundeliegt, ein vor allem aus der Praxis kommenden Anforderungen gerecht werdendes Wärmeübergangsmeßgerät anzugeben.
Das erfindungsgemäße Meßgerät, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen gekennzeichnet durch einen Wärmeleiter, der sich teilweise innerhalb des Meßmediums und teilweise innerhalb des Vergleichsmediums befindet. Dabei ist zweckmäßigerweise eine das Meßmedium von dem Vergleichsmedium trennende Zwischenwand oder dergl. vorgesehen und der Wärmeleiter durch die Zwischenwand hindurch geführt.
Die Erfindung geht von folgender Überlegung aus: Befindet sich ein Wärme leiter teilweise in dem Meßmedium und teilweise in dem Vergleichsmedium, so kann über den Wärmeleiter ein Wärmestrom vom Meßmedium zum Vergleichsmedium oder vom Vergleichsmedium zum Meßmedium fließen.
Dieser Wärmestrom ist unter anderem abhängig von den Wärmeübergangswiderständen zwischen dem Wärmeleiter und dem Meßmedium einerseits sowie dem Wärme leiter und dem Vergleichsmedium andererseits. Ist nun, wie vorausgesetzt, der Wärmeübergang in dem Vergleichsmedium bekannt, so kann der sich über den Wärmeleiter einstellende Wärmestrom ausgenutzt werden, um den unbekannten Wärmeübergang im Vergleichsmedium zu bestimmen.
Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäß Wärmeübergangsmeßgerät auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden nur beispielhaft erläutert werden soll.
Um zu verhindern, daß über die Zwischenwand zwischen dem Meßmedium und dem Vergleichsmedium ein erheblicher Wärmestrom zustande kommt, soll die Zwischenwand einen großen Wärmewiderstand aufweisen. Auch empfiehlt es sich, zwischen dem Wärmelieter und der Zwischenwand einen großen Wärmeübergangswiderstand zu realisieren, so daß auch der Wärmeübergang zwischen dem Wärme leiter und der Zwischenwand auf das Meßergebnis keinen erheblichen Einfluß hat.
Damit zwischen dem Meßmedium und dem Vergleichsmedium über den Wärmeleiter ein Wärmestrom fließt, ist natürlich eine Temperaturdifferenz zwischen dem einen Teil des Wärme leiters und dem anderen Teil des Wärmeleiters erforderlich. Um eine solche Temperaturdifferenz zu erzielen, ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübergangsmeßgerätes dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleiter mit mindestens zwei Heizwiderständen versehen ist, nämlich mit einem Heizwiderstand für das Meßmedium und mit einem Heizwiderstand für das Vergleichsmedium. Wird nun der Wärmeleiter des erfindungsgemäßen Wärmeübergangsmeßgerätes mit Hilfe der beiden Heizwiderstände aufgeheizt, so fließen Wärmeströme sowohl in das Meßmedium als auch in das Vergleichsmedium. Von dem Heizwiderstand ausgehend, der im Meßmedium vorgesehen ist, fließt ein Wärmestrom praktisch direkt in das Meßmedium, ein anderer Wärmestrom über den Wärmeleiter in das Vergleichsmedium. Ausgehend von dem Heizwiderstand, der im Vergleichsmedium vorgesehen ist, fließt ein Wärmestrom praktisch direkt in das Vergleichsmedium und ein Wärmestrom über den Wärmeleiter in das Meßmedium. Sind nun die Wärmeübergangswiderstände zwischen dem Wärmeleiter und dem Meßmedium einerseits sowie zwischen dem Wärme leiter und dem Vergleichsmedium andererseits unterschiedlich, beispielsweise wegen unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten oder unterschiedlicher Gaskonzentrationen, so fließen bei gleicher Heizleistung beider Heizwiderstände unterschiedliche Wärmeströme in das Meßmedium bzw. in das Vergleichamedium. Die Folge davon ist ein Temperaturgefälle längs Qes Wärmeleiters. Dieses Temperaturgefälle längs des Wärmeleiters ist nun ein Maß für die unterschiedlichen Wärmsströme bzw. ein Maß für den gesuchten Wärmeübergang im Meßmedium. Man kann auch die Heizleistungen der beiden Heizwiderstände so einstellen, daß ein Temperaturgefälle längs des Wärmeleiters nicht auftritt. Dann wird aus den dafür notwendigen Heizleistungen der Wärmeübergang im Meßmedium bestimmt.
Grundsätzlich können die Hiezwiderstände bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübergangsmeßgerät als diskrete Bauelemente ausgeführt sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmeübergangs gerätes bestehen jedoch die Heizwiderstände aus auf dem Wärmeleiter flächenhaft verteilt aufgebrachtem Heizwiderstandsmaterial. Damit liegt ein Wärmeübergangsmeßgerät vor, bei dem die Heizwiderstände volumenspezifisch besonders große Oberflächen und die damit verbundenen Vorteile aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübergangsmeßgerät muß die Temperatur des Wärmeleiters zumindest an zwei Stellen gemessen werden. Das kann grundsätzlich beliebig geschehen.
Vorzugsweise is- jedoch der Wärmeleiter mit mindestens zwei Meßwiderständen versehen, nämlich einem Meßwiderstand für das Meßmedium und einem Meßwiderstand für das Vergleichsmedium. ei empi iehl t es sich, hinsichtlich der Ausführung der Meßwiderstände die Lehre anzuwenden, die auch hinsichtlich der Ausführung der Heizwiderstände vorzugsweise angewendet wird, so daß also die Meßwiderstände aus auf dem Wärme leiter und/oder auf den Heizwiderständen flächenhaft verteilt aufgebrachtem Meßwiderstandsmaterial bestehen.
Im einzelnen kann dabei das Heizwiderstandsmaterial auf der einen Seite und das Meßwiderstandsmaterial auf der anderen Seite des Wärmeleiters aufgebracht sein. Es kann jedoch zweckmäßig sein, auf der gleichen Seite des Wärmeleiters zuerst das Heizwiderstandsmaterial, darauf eine elektrisch isolierende Zwischenschicht und darauf das Meßwiderstandsmaterial aufzubringen.
Bestehen bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübergangsmeßgerät die Heizwiderstände aus einem temperaturabhängigen Widerstandsmaterial, so können die Heizwiderstände auch selbst zur Temperaturmessung herangezogen werden, indem nämlich der durch die Heizwiderstände fließenae Strom und der Spannungsabfall an den Heizwiderständen gemessen wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmeübergangsmeßgerätes ist dadurch gekennzeichnet, daß sich das Vergleichsmedium in einem geschlossenen Vergleichsraum und der Vergleichsraum in dem Meßmedium befinden.
Das ist z. B. dann zweckmäßig, wenn die Temperatur des Meßmediums von der Raumtemperatur abweicht und für eine exakte Messung Temperaturgleichheit zwischen dem Meßmedium und dem Vergleichsmedium einzuhalten ist.
Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß das dem erfindungsgemäßen Wärmeübergangsmeßgerät zugrundeliegende Prinzip dann am wirkungsvollsten arbeitet, wenn die Wärmeübergangswiderstände zwischen dem Wärmeleiter und dem Meßmedium einerseits sowie dem Wärmeleiter und dem Vergleichsmedium andererseits untereinander etwa gleich sind und in der Größenordnung des Wärmewiderstandes des Wärmeleiters liegen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; die einzige Figur zeigt schematisch einen Teil einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübergangsmeßgerätes.
Das in der Figur nur teilweise dargestellte Wärmeübergangsmeßgerät dient zur Messung des Wärmeüberganges in einem Meßmedium 1 unter Berücksichtigung des bekannten Wärmeüberganges in einem Vergleichsmedium 2 und weist zunächst einen Wärmeleiter 3 auf, der sich teilweise innerhalb des Meßmediums 1 und teilweise innerhalb des Vergleichsmediums 2 befindet. Außerdem ist eine das Meßmedium 1 von dem Vergleichsmedium 2 trennende Zwischenwand 4 vorgesehen, durch die der Wärmeleiter 3 hindurchgeführt ist. Um das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Wärmeübergangsmeßgerätes erreichbare Meßergebnis nicht zu verfälschen, weist die Zwischenwand 4 einen großen Wärmewiderstand auf und ist zwischen dem Wärmeleiter 3 und der Zwischenwand 4 ein großer Wärmeübergangswiderstand wirksam.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wärmeleiter 3 mit vier Heizwiderständen 5, 6 versehen, nämlich mit zwei Heizwiderständen 5 für das Meßmedium 1 und mit zwei Heizwiderständen 6 für das Vergleichsmedium 2. Die Heizwiderstände 5, 6 bestehen aus auf dem Wärmeleiter 3 flächenhaft verteilt aufgebrachtem Heizwiderstandsmaterial 7. Außerdem ist der Wärmeleiter 3 mit vier Meßwiderständen 8, 9 versehen, nämlich mit zwei Meßwiderständen 8 für das Meßmedium 1 und mit zwei Meßwiderständen 9 für das Vergleichsmedium 2.
Auf die Ausführung der Meßwiderstände 8, 9 ist die Lehre angewandt worden, die auch auf die Ausführung der Heizwiderstände 5, 6 angewandt worden ist, d. h. die Meßwiderstände 8, 9 bestehen aus auf den Heizwiderständen 5, 6 flächenhaft verteilt aufgebrachtem Meßwiderstandsmaterial 10. Im einzelnen sind auf der gleichen Seite des Wärmeleiters 3 zuerst das Heizwiderstandsmaterial 7, darauf eine elektrisch isolierende Zwischenschicht 11 und darauf das Meßwiderstandsmaterial 10 aufgebracht.
Schließlich ist dafür gesorgt, daß die Wärmeübergangswiderstände zwischen dem Wärmeleiter 3 und dem Meßmedium 1 einerseits sowie dem Wärme leiter 3 und dem Vergleichsmedium 2 andererseits untereinander etwa gleich sind und in der Größenordnung des Wärmewiderstandes des Wärmeleiters 3 liegen.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche: 9 Wärmeübergangsmeßgerät, insbes. Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät, zur Messung des Wärmeüberganges in einem Meßmedium unter Berücksichtigung des bekannten Wärmeüberganges in einem Vergleichsmedium, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Wärmeleiter (3) der sich teilweise innerhalb des Meßmediums (1) und teilweise innerhalb des Vergleichsmediums (2) befindet.
2. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Meßmedium (1) von dem Vergleichsmedium (2) trennende Zwischenwand (4) oder dergl. vorgesehen ist, und der Wärmeleiter (3) durch die Zwischenwand (4) hindurchgeführt ist.
3. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (4) einen großen Wärmewiderstand aufweist.
4. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmeleiter (3) und der Zwischenwand (4) ein großer Wärmeübergangswiderstand wirksam ist.
5. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleiter (3) mit mindestens zwei Heizwiderständen (5, 6) versehen ist, nämlich mit einem Heizwiderstand (5) für das Meßmedium (1) und mit einem Heizwiderstand (6) für das Vergleichsmedium (2).
6. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwiderstände (5, 6) aus auf dem Wärmeleiter (3) flächenhaft verteilt aufgebrachtem Heizwiderstandsmaterial (7) bestehen.
7. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleiter (3) mit mindestens zwei Meßwiderständen (8, 9) versehen ist, nämlich mit einem Meßwiderstand (3) für das Meßmedium (1) und mit einem Meßwiderstand (9) für das Vergleichsmedium (2).
8. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwiderstände (8, 9) aus auf dem Wärmeleiter (3) und/oder auf den Heizwiderständen (5, 6) flächenhaft verteilt aufgebrachtem Meßwiderstandsmaterial (10) bestehen.
9. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizwiderstandsmaterial auf der einen Seite und das Meßwiderstandsmaterial auf der anderen Seite des Wärmeleiters aufgebracht sind.
10. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gleichen Seite des Wärmeleiters (3) erst das Heizwiderstandsmaterial (7), darauf eine elektrisch isolierende Zwischenschicht (11) und darauf das Meßwiderstandsmaterial (10) aufgebracht sind.
11. Wärmeübergangsmeßgerat nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwiderstände aus einem temperaturabhängigen Heizwiderstandsmaterial bestehen.
12. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Vergleichsmedium in einem geschlossenen Vergleichsraum und der Vergleichs raum in dem Meßmedium befinden.
13. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmübergangswiderstände zwischen dem Wärmeleiter (3) und dem Meßmedium (1) einerseits sowie dem Wärmeleiter (3) und dem Vergleichsmedium (2) andererseits untereinander etwa gleich sind und in der Größenordnung des Wärmewiderstandes des Wärmeleiters (3) liegen.