DE3444383C2

DE3444383C2 -

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Publication number: DE3444383C2
Application number: DE19843444383
Authority: DE
Inventors: Laszlo Dipl.-Mech.-Ing. Kiss; Arpad Dipl.-El.-Ing. Faludi; Gyula Dipl.-Mech.-Ing. Grof; Imre Dipl.-Mech.-Ing. Dr. Benkoe; Laszlo Budapest Hu Bolyo
Original assignee: BUDAPESTI MUESZAKI EGYETEM BUDAPEST HU
Current assignee: BUDAPESTI MUESZAKI EGYETEM BUDAPEST HU
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1984-12-05
Publication date: 1988-08-04
Also published as: HUT35844A; DE3444383A1; HU189791B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Wärmeübergangsstoffwerten gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 6.The invention relates to a method and a Device for measuring heat transfer material values according to the preamble of claims 1 and 6 respectively.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus "F. Kohlrausch: Praktische Physik, Bd. 1, B. G. Teubner, Stuttgart, 22. Auflage, 1968, S. 371-385". Hier wird bei einer Stirnseite eines massiven Probekörpers geheizt und an der anderen Stirnseite gekühlt, was gleichzeitig erfolgt. Die Kühlung erfolgt über einen Kühlkörper. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel dieser Druckschrift wird innerhalb eines Hohlzylinders durch einen Heizkörper erwärmt und gleichzeitig außen durch ein Metallrohr die Wärme aufgenommen, gekühlt oder ebenfalls bei hohen Temperaturen geheizt. Dabei wird dann an zwei Querschnittspunkten innerhalb und außerhalb des Hohlzylinders die Temperatur gemessen.Such a method is known from "F. Kohlrausch: Practical Physics, Vol. 1, B.G. Teubner, Stuttgart, 22. Edition, 1968, pp. 371-385 ". Here is a front page one solid specimen heated and the other Face side cooled, which is done simultaneously. The cooling takes place via a heat sink. Another one Embodiment of this document is within a hollow cylinder heated by a radiator and at the same time heat through a metal tube recorded, cooled or also at high temperatures heated. It is then at two cross-sectional points the temperature inside and outside the hollow cylinder measured.

Aus "International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 20, S. 259-267" wird die Probe entweder beheizt oder gekühlt, aber nicht in Folge zunächst aufgeheizt und dann gekühlt und während der Kühlung die Temperatur an zwei Punkten gemessen.From "International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 20, pp. 259-267 "the sample is either heated or cooled, but not subsequently heated up and then cooled and during cooling the temperature on two Points measured.

Bei der Prüfung von verschiedenen wärmetechnischen Anlagen, die unter dem Gesichtspunkt der Energiewirtschaft sehr wichtig sind, sowie bei der Messung der zeitlich veränderlichen Betriebsbedingungen von wärmetechnischen Betriebsverfahren ist es nützlich, die die Wärmeleitung charakterisierenden Parameter, und insbesondere den Wärmeübergangsstoffwert und die Raumwärmekapazität von verschiedenen Stoffen kennenzulernen. Dazu ist es bekannt, voneinander unabhängige Meßverfahren durchzuführen. Diese Meßverfahren beruhen auf verschiedenen Prinzipien. Bei der Messung des Wärmeübergangskoeffizienten werden die Temperaturänderungen auf stationärem oder instationärem Prinzip verfolgt, die spezifische Wärme unter Verwendung der klassischen oder auf dem Differentialprinzip beruhenden kalorimetrischen Messung bestimmt; aber es ist notwendig, die Dichte auch zu bestimmen; und dazu sollen die Masse und das Volumen gemessen werden. Bei der Messung des Wärmeübergangs und deren Kennzeichen wird der zu messende Stoff aufgewärmt und während der Aufwärmung wird die Temperaturänderung verfolgt, zum Beipsiel unter Verwendung von elektrischen Fühlern. Die Kenntnis der weiteren physikalischen Meßwerte des Vorganges sowie des Stoffes (wie der spezifischen Wärme, Wärmekapazität, der gesicherten Leistung, Dichte usw.) ermöglicht die Bestimmung des erwünschten Wärmeübergangsstoffwertes. Dazu muß daher eine höhere Anzahl von verschiedenen, oft kostspieligen Anlagen verwendet werden. Die Inbetriebnahme solcher Anlagen bedarf geschulten Personals.When testing various thermal engineering Plants operating from the point of view of the energy industry are very important, as well as in measuring the time changing operating conditions of thermal Operating method, it is useful that the heat conduction characterizing parameters, and in particular the Heat transfer material value and the room heat capacity of to get to know different substances. It is known perform independent measurement procedures. These Measuring methods are based on various principles. In the Measurement of the heat transfer coefficient are the Temperature changes on stationary or unsteady Principle follows using the specific heat the classic or on the differential principle based calorimetric measurement; but it is necessary to also determine the density; and to do so the mass and volume are measured. When measuring the heat transfer and their characteristics becomes the measuring substance is warmed up and during warming up tracks the change in temperature, for example below Use of electrical sensors. Knowing the further physical measurements of the process and the Substance (such as the specific heat, heat capacity, the secured performance, density, etc.) Determination of the desired heat transfer material value. To must therefore have a higher number of different, often expensive equipment can be used. Commissioning Such systems require trained personnel.

Gleichzeitig ist es erfahrungsgemäß wohl bekannt, daß die Verwendung von in verschiedenen Zeitpunkten und unterschiedlichen Bedingungen gemessenen Parameterwerten in vielen praktischen Fällen die Erreichung einer erwünschten Zuverlässigkeit ausschließt. Das bedeutet, daß aufgrund solcher Meßwerte es oft nicht möglich ist, die unabhängigen Wärmeübergangsstoffwerte mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Eine weitere Schwierigkeit ist oft damit verbunden, daß die Temperaturabhängigkeit einiger Parameter auch gemessen werden soll, wozu zeit- und arbeitsaufwendige serienmäßige Prüfungen erforderlich sind und bei einigen Parametern können die Prüfungen ohne spezielle Anlagen nicht durchgeführt werden.At the same time, experience has shown that the Use at different times and parameter values measured under different conditions in many practical cases the achievement of a excludes desired reliability. It means that due to such measurements it is often not possible to independent heat transfer material values with high To determine accuracy. Another difficulty is often associated with temperature dependence some parameters should also be measured, for which time and labor-intensive series tests required and with some parameters the tests can be done without special systems are not carried out.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich die Temperatur der Oberflächen eines zylindrischen, z. B. rohrförmigen Probestücks, auf der Innenfläche sowie der Außenfläche, gemessen während der Kühlung, auf verschiedene Weise ändert; daher können bei einem Stoff gleichzeitig zwei unabhängige Meßkurven aufgenommen werden, die, unter Verwendung von numerischen Methoden bewertet, die Bestimmung von erwünschten Kennzeichen des Wärmeübergangs ermöglichen.The invention is based on the knowledge that the Temperature of the surfaces of a cylindrical, e.g. B. tubular test piece, on the inner surface and the Outside surface, measured during cooling different ways changes; therefore with a substance two independent measurement curves recorded simultaneously that, using numerical methods evaluated, the determination of desired characteristics of the Allow heat transfer.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Erarbeitung eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung, wodurch die Messung von zwei voneinander unabhängigen Stoffkennzeichen der Wärmeübergangskoeffizienten und der Raumwärmekapazität, sowie der aus ihnen herleitbaren Kennzeichen aufgrund eines einzigen Meßvorganges möglich ist. Dadurch soll die Zuverlässigkeit der Meßergebnisse erhöht und der Meßvorgang beschleunigt und vereinfacht werden.The object of the invention is in the making a method and a device, whereby the Measurement of two independent substance labels the heat transfer coefficient and the Space heating capacity, as well as the derive from them License plates possible due to a single measuring process is. Thereby should increase the reliability of the measurement results and the measuring process be accelerated and simplified.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 6 gelöst. This object is achieved by the features of Claim 1 and 6 solved.

Die erfindungsgemäße Lösung kennzeichnet sich dadurch aus, daß nicht während gleichzeitigem Erwärmen und Kühlen die Wärmeleitung bzw. der Wärmeübergang untersucht wird, sondern von einem definierten Ausgangszustand (gleichmäßige Gesamttemperatur) ausgegangen und dann zeitlich danach gekühlt wird, wobei dann während des Kühlvorganges von einem bestimmten Ausgangszustand die Messung vorgenommen wird, indem die Kühlung durch die Gaswirbelströmung in einer Weise vorgenommen wird, die es ermöglicht, bei einem beschleunigten, gleichmäßigen Vorgang mit einem einzigen Meßvorgang genaue Werte zu erzielen.The solution according to the invention is characterized in that that not while heating and cooling the Heat conduction or heat transfer is examined, but from a defined initial state (uniform overall temperature) and then is then cooled in time, then during the Cooling process from a certain initial state Measurement is made by cooling through the Gas vortex flow is made in a way that it allows for an accelerated, even Process with a single measurement process to get accurate values achieve.

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die aus den Umgebungsbedingungen und der Gestalt des Probestücks folgenden Wärmeverluste sehr effektiv begrenzt werden, falls die Länge des zylindrischen Probestücks zumindest das Dreifache des Außendurchmessers beträgt. Bei einem Stoff hoher Wärmeleitfähigkeit kann es auch notwendig sein, daß die Länge das Achtfache des Durchmessers erreicht. Das Probestück kann ein mit einer inneren Durchgangsöffnung ausgebildeter massiver Körper sein, kann aber auch aus vollen dichten oder dünnen Scheiben zusammengestellt sein. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines rohrförmigen Behälters als Probestück, der einen schüttbaren, schmelzbaren oder gießbaren Stoff aufnehmen kann, wobei die Außenfläche und die Innenfläche durch aus einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit bereitete Wände begrenzt sind.When using the method according to the invention which from the environmental conditions and the shape of the Sample following heat losses very effectively limited if the length of the cylindrical specimen is at least three times the outer diameter. At it can also be a substance with high thermal conductivity be necessary that the length eight times the Diameter reached. The sample can be one with a trained solid body but can also be made from full dense or thin Disks be put together. One more way consists in using a tubular container as Specimen of a pourable, fusible or can contain castable material, the outer surface and the inner surface through from a metal high Thermal conductivity prepared walls are limited.

Der Innenraum des Probestücks, der durch die Innenfläche begrenzt und bestimmt wird, kann mit einem Kern ausgefüllt werden, der aus einem Stoff hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kupfer, besteht. The interior of the specimen through the interior surface limited and determined, can be filled with a core be made of a material with high thermal conductivity, e.g. B. Copper.

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit ist es zweckdienlich, das Kühlmittel noch vor der Einstellung der Aufwärmung in Strömung zu bringen, wodurch ein ringförmiger Raumteil gleichmäßiger Temperatur z. B. um den Raum der Aufheizung geschaffen wird.To increase the measuring accuracy, it is useful that Coolant before warming up Bring flow, creating an annular space uniform temperature z. B. around the heating room is created.

Die Aufheizung wird zweckmäßig so lange fortgesetzt, bis die Temperaturen des Stoffes in den zwei bestimmten Punkten praktisch gleich sind. Ein Unterschied bis zu 5% ist in der Praxis annehmbar.The heating is expediently continued until the temperatures of the substance in the two specific Points are practically the same. A difference of up to 5% is acceptable in practice.

Zwecks Einstellung der Meßbedingungen soll manchmal vor der Anordnung des Probestücks ein Probenkörper aufgeheizt werden, dessen Gestalt mit der des Probestücks gleich ist, der jedoch keine innere Öffnung aufweist und einen aus einem Stoff hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellten vollen Körper bildet. Die Temperaturveränderung des Probekörpers wird in einem Oberflächenpunkt erfaßt. Aufgrund der Erfassung können die Strömungsbedingungen (Geschwindigkeit, Massenstrom usw.) sowie der Wert der äußeren Wärmeübergangszahl bestimmt werden. Die letztere ist bei der Bewertung der Meßergebnisse wichtig.In order to set the measurement conditions, sometimes should the arrangement of the specimen heated a specimen whose shape is the same as that of the specimen, the but has no inner opening and one from one Full body fabric made of high thermal conductivity forms. The temperature change of the test specimen is shown in a surface point. Because of the capture the flow conditions (speed, Mass flow, etc.) and the value of the external Heat transfer coefficient can be determined. The latter is at the evaluation of the measurement results is important.

Im Probestück weist der Kern zweckmäßig einen Vorsprung auf, wodurch jener mit dem zugepaßten Probestück aufgehängt werden kann. Diese Aufhängung ist unter dem Gesichtspunkt der Begrenzung der zwischen dem Probestück und den damit verbundenen äußeren Einheiten zustandegekommenen Wärmekontakte, und insbesondere im Falle wichtig, wenn der Vorsprung als ein Rohr ausgebildet ist, dessen Wand aus legiertem Stahl niedriger Wärmeleitfähigkeit besteht. In the test piece, the core expediently has a projection on, whereby the one with the matched specimen can be hung. This suspension is under the Consideration of the limitation between the specimen and the related external units heat contacts, and especially in the Case important if the protrusion is formed as a tube is whose wall is made of alloy steel lower There is thermal conductivity.

Es kann zweckmäßig sein, an beiden Enden des Probestücks wärmeisolierende Elemente zu verwenden. Falls das Probestück eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, können höhere Werte des erwähnten Verhältnisses ausgewählt werden, und zweckmäßig beträgt das Verhältnis zwischen der Länge des Probenstücks und dem Außendurchmesser weniger als fünf lediglich im Falle, wenn eine effektive Wärmeisolation gewährleistet ist.It may be appropriate at both ends of the specimen to use heat-insulating elements. If that Sample that has high thermal conductivity can be higher Values of the ratio mentioned are selected, and expediently the ratio between the length of the Sample and the outer diameter less than five only when effective heat insulation is guaranteed.

Den Erfahrungen nach ist im allgemeinen ein scheibenförmiges wärmeisolierendes Element bei den aus einem Stoff niedriger Wärmeleitfähigkeit bestehenden Probestücken nicht notwendig. Bei solchen können die Messungen auch ohne die an den Enden des Probestücks angeordneten wärmeisolierenden Scheiben durchgeführt werden. Die langen Probestücke können auch aus scheibenförmigen, mit innerer Öffnung versehenen Elementen zusammengestellt werden.Experience has shown that there is generally one disc-shaped heat-insulating element in the a substance with low thermal conductivity Samples not necessary. With such the Measurements even without those at the ends of the specimen arranged heat-insulating panes performed will. The long test pieces can also be made disc-shaped elements with internal opening be put together.

In der Innenwand der Wirbelkammer werden zweckmäßig parallel zur Längsachse geführte Schlitze ausgebildet. Jedoch kann es auch vorteilhaft sein - offensichtlich unter günstigen Strömungsbedingungen - diese Schlitze entlang einer zur Längsachs parallelen Linie zu führen. Das wesentliche bei der Anordnung der Schlitze besteht darin, daß jene eine Strömung mit Drall des Kühlungsmittels, insbesondere der Luft und derart die Vermeidung einer durch die hohe Temperatur des Probestücks hervorgerufenen aufwärts gerichteten Strömung ermöglichen. Zu diesem Zweck können Prallbleche bei den Schlitzen angeordnet werden, die als flache Elemente oder mit Fliegerprofil ausgebildet werden können und zur Leitung der Strömung des Kühlungsmittels vorgesehen sind. In the inner wall of the swirl chamber will be appropriate Slots formed parallel to the longitudinal axis. However, it can also be beneficial - obviously under favorable flow conditions - these slits to run along a line parallel to the longitudinal axis. The essential thing with the arrangement of the slots is in that a flow with swirl of the Coolant, especially the air and such Avoidance due to the high temperature of the specimen allow upward flow caused. For this purpose, baffle plates can be used in the slots can be arranged as flat elements or with Airman profile can be trained and lead the flow of the coolant are provided.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bedarf einer von Zeit zu Zeit durchzuführenden Einstellung. Dazu soll ein Probekörper benutzt werden, dessen äußere Gestalt mit der des Probestücks identisch ist, jedoch keine Innenfläche (und keinen Innenraum) aufweist und als ein voller Körper aus einem Stoff hoher Wärmeleitfähigkeit (Kupfer, Silber usw.) ausgebildet ist. Der Probekörper wird anstelle des Probestücks eingelegt und mit einem Temperaturenfühler versehen. Die Signale des Temperaturfühlers werden durch die Signalverarbeitungseinheit analysiert und aus diesem Grund kann der Betrieb der die Strömung des Kühlmittels aufrechterhaltenden Einheit reguliert werden. Die Regelung kann aufgrund der Charakteristik der erwähnten Einheit vorgenommen werden, wobei die Förderleistung derart ausgebildet werden soll, daß ein Druck entsteht, der die Strömung mit Drall in der Umgebung des Probestücks sichert. Zweckmäßig wird die Regelung erst mit einem Probekörper durchgeführt, und danach kann schon die Charakteristik benutzt werden.The device according to the invention requires one from time to time Time setting to be made. To do this Test specimens are used whose outer shape matches the of the specimen is identical, but no inner surface (and no interior) and as a full body made of a material with high thermal conductivity (copper, silver etc.) is trained. The test specimen is used instead of the Test pieces inserted and with a temperature sensor Mistake. The signals from the temperature sensor are indicated by the signal processing unit analyzed and from this This may be due to the operation of the coolant flow maintaining unity are regulated. The regulation can due to the characteristics of the unit mentioned be made, the delivery rate such should be trained that a pressure arises that the Flow with swirl around the specimen backs up. The regulation is only useful with a Test specimen carried out, and after that the Characteristic can be used.

Das vorgeschlagene Verfahren und die entsprechende Vorrichtung ermöglichen die Bestimmung von erwünschten Wärmeübergangsstoffwerten aufgrund einer einzigen Messung. Die Gleichzeitigkeit der Bestimmung, d. h. die Tatsache, daß die Kennzeichen in einem Vorgang bestimmt werden können, erhöht die Zuverlässigkeit der erhaltenen Meßergebnisse, und macht die Verwendung einer höheren Anzahl von Meßvorrichtungen verschiedenen Aufbaus unnötig, beschleunigt und vereinfacht den Meßvorgang.The proposed procedure and the corresponding one Devices allow the determination of desired ones Heat transfer material values based on a single measurement. The simultaneity of the determination, i. H. the fact, that the indicators are determined in one operation can increase the reliability of the received Measurement results, and makes the use of a higher Number of measuring devices of different construction unnecessary, accelerates and simplifies the measuring process.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vor richtung werden nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hinweise auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt dieThe inventive method and the corresponding before direction are based on exemplary embodiments with references to the Drawing explained in more detail. In the drawing, the

Fig. 1 den Querschnitt einer ohne Prallbleche realisierten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seiten ansicht, und Fig. 1 shows the cross section of an embodiment of the device according to the invention realized in side view without baffle plates, and

Fig. 2 den Querschnitt I-I der in Fig. 1 sichtbaren Ausbildung, jedoch mit Prallblechen. Fig. 2 shows the cross section II of the formation visible in Fig. 1, but with baffle plates.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zuerst ein Probestück aus dem zu prüfenden Stoff vorbereitet. Das Probestück bildet einen entlang einer Längsachse mit einer äußeren und einer inneren Oberfläche bestimmten länglichen zylindrischen Körper, der vorzugsweise rohrförmig ausgebildet ist. Das Probestück kann auch aus vollen Scheiben zusammengestellt wer den, die eine innere Öffnung aufweisen, wodurch sie einem Kern zugepaßt werden können. Die Scheiben können in Abhängigkeit vom jeweiligen Stoff dünn oder dick sein. Eine andere Mög lichkeit ist in der Vorbereitung eines einen Behälter bildenden Probestücks zu sehen, das zwischen den äußeren und inneren Ober flächen leer ist, und dessen Oberflächen aus einem Stoff hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen. Der zweckmäßig mit kreisringför migem Querschnitt bestimmte Innenraum des Behälters als Probe stück kann zur Aufnahme von pulverförmigen Stoffen, Proben ho hr Viskosität (z. B. Kunststoffschmelze usw.) vorbereitet wer den. Bei der Messung soll dieser Behälter als Probestück mit dem zu prüfenden Stoff ausgefüllt werden.When carrying out the method according to the invention First prepare a sample from the substance to be tested. The specimen forms one along a longitudinal axis outer and an inner surface determined elongated cylindrical body, which is preferably tubular. The A sample can also be put together from full slices those that have an inner opening, creating a core can be adjusted. The slices can be thin depending on the respective fabric or be fat. Another possibility is in the preparation of a container Sample to see that between the outer and inner upper surfaces is empty, and the surfaces of which are made of a higher material There is thermal conductivity. The expedient with donut cross section determined interior of the container as a sample piece can hold powdery substances, samples ho their viscosity (e.g. plastic melt, etc.) the. When measuring, this container should also be used as a test piece the substance to be tested.

Vor der ersten Messung und während der Verwendung der Vorrichtung soll von Zeit zu Zeit eine Kontrolle durchgeführt werden. Dazu ist ein aus einem Stoff hoher Leitfähigkeit (Kupfer, Silber usw.) bestehender, ohne innere Öffnung, ohne Innenraum vorbereiteter Probekörper verwendbar, der an Stelle des Pro bestücks und seines Kerns anzuordnen ist. Damit werden die Meß bedingungen kontrolliert und justiert. Der Zwecke der Kontrolle besteht in der Bestimmung der Strömungsgeschwindig keit des Kühlmittels, insbesondere von Luft, wodurch bei den späteren Messungen die Bedingungen der gleichmäßigen Kühlung gewährleistet werden. Das Probestück und der Probekörper bilden zweckmäßig einen sol chen länglichen zylindrischen Körper, dessen Länge zumindest das Dreifache, vorteilhaft das Fünffache und im Falle von Metal len das Achtfache des Außendurchmessers bildet.Before the first measurement and while using the The device should be checked from time to time will. This is made from a material with high conductivity (copper, Silver etc.) existing, without internal opening, without interior prepared specimen usable in place of the pro component and its core is to be arranged. So that the measuring conditions checked and adjusted. Control purposes consists in determining the flow rate speed of the coolant, in particular air, which in the later measurements the conditions of uniform cooling are guaranteed. The test piece and the test specimen expediently form a sol Chen elongated cylindrical body, the length of at least that Triple, advantageously five times and in the case of metal len forms eight times the outer diameter.

Die Enden des Probestücks werden nötigenfalls mit einer Wärmeisolation versehen, und danach wird es bis zur erwünsch ten Temperatur unter Verwendung eines Heizelementes, z. B. ei nes Ofens usw. aufgeheizt. Die erwünschte Temperatur hängt vom zu prüfenden Stoff ab, ob jener Kunststoff, Metall usw. ist. Diese Temperatur soll erstens niedriger als der Schmelzpunkt des Stoffes liegen, zweitens so ausgewählt werden, daß die Küh lung gut verfolgbar ist, und drittens dürfen die Bedingungen der Messung durch die die Temperaturänderung begleitenden Pro zesse (z. B. Ausdehnung usw.) nicht nachteilig beeinflußt wer den.The ends of the test piece are, if necessary, with a Provide thermal insulation, and after that it becomes desirable temperature using a heating element, e.g. B. egg oven, etc. heated up. The desired temperature depends on material to be checked, whether that is plastic, metal, etc. First, this temperature should be lower than the melting point of the substance lie, secondly be selected so that the cooling is easy to track, and thirdly, the conditions the measurement by the Pro accompanying the temperature change Processes (e.g. expansion etc.) are not adversely affected the.

Auf der inneren und der äußeren Oberfläche des Probestücks werden zumindest zwei Sensoren in einer zur Längsachse senkrech ten Ebene, zweckmäßig entlang einer Linie im Mittelbereich der Länge des Probestücks, und insbesondere genau in der Mitte der Länge, entlang einer die Längsachse kreuzenden Linie angeord net. Die Sensoren sind zur Beobachtung der Temperaturverände rung vorgesehen. Ein Sensor liegt zum Beispiel auf der äußeren Oberfläche des Probestücks, der andere kann in einer Hülle des Kerns so eingebaut werden, daß sein aktiver Teil mit der inneren Oberfläche des Probestücks in Berührung kommt. In der Umgebung des aufgeheizten Probestücks wird bei der Er reichung des erwünschten Temperaturwertes die Wärmezuleitung beendet. Das kann zweckmäßig so gewährleistet werden, daß das Heizelement nach abwärts weggezogen wird. Dadurch entsteht in der Umgebung des unbeweglichen Probestücks eine Wirbelkam mer, deren innere Wand mit zumindest zwei länglichen Schlitzen versehen ist. Diese Schlitze als Öffnungen sind in der inneren Wand in gleichmäßiger Winkelteilung ausgebildet. Die Wirbelkammer ist mit einer äußeren Wand umgeben, worin eine Eingangsöffnung vorgesehen ist, die mit der Strömungsquel le des Kühlmittels (z. B. einem Ventilator) verbunden ist. Vor der Entfernung des Heizelements kann die Strömung des Kühl mittels eingeschaltet werden, und damit wird gewährleistet, daß die inneren und die äußeren Wände der Wirbelkammer die gleiche Temperatur aufnehmen. Nach der Entfernung des Heiz elementes kann das Kühlmittel in der Umgebung des Probestücks frei strömen. Bei den Enden des Probestücks sind untere und obere Öffnungen vorgesehen, wodurch das Kühlmittel ausströmen kann. Die Strömung des Kühlmittels wird durch die Schlitze und nötigenfalls durch bei den Schlitzen angeordnete flache oder gekrümmte Prallbleche auf solche Weise reguliert, daß sich das Kühlmittel beim Probestück in Strömung mit Drall be findet und zweckmäßig die hohe Strömungsgeschwindigkeit ent steht. Derart wird erreicht, daß einerseits wegen der zeitlich ständigen Wärmeübergabezahl die Kühlung so abläuft, daß jene auch mit rechentechnischen Mitteln gut verfolgt werden kann, und andererseits die longitudinalen (entlang der Längsachse zustandekommenden) Änderungen eine minimale Störung bewirken (das bedeutet, daß die Charakter der Verteilung der Kennwerte entlang der Längsachse kleine Änderungen zeigen). Durch diese Lösung kann gewährleistet werden, daß die Sensoren wirklich der radialen Temperaturänderung folgen können. Während der Küh lung werden Meßkurven durch die zwei erwähnten Sensoren be stimmt und registriert, und die Analyse deren ermöglicht die Bestimmung der notwendigen Wärmeübergangsstoffwerte. Diese Aufgabe wird zweckmäßig einer zweckdienlich programmierten Re cheneinheit, als Signalverarbeitungseinheit übergeben.On the inner and outer surface of the specimen at least two sensors are perpendicular to the longitudinal axis th plane, suitably along a line in the middle of the Length of the test piece, and in particular exactly in the middle of the Length, arranged along a line crossing the longitudinal axis net. The sensors are used to observe the temperature changes tion provided. For example, a sensor is on the outer surface of the specimen, the other can be in one Shell of the core should be installed so that its active part comes into contact with the inner surface of the specimen. In the vicinity of the heated specimen, the Er reaching the desired temperature value the heat supply completed. This can be appropriately guaranteed so that the Heating element is pulled downwards. This creates a vortex came in the vicinity of the immobile specimen mer, whose inner wall with at least two elongated Slits is provided. These slots are called openings formed in the inner wall in an even angular division. The vortex chamber is surrounded by an outer wall, in which an inlet opening is provided which is connected to the flow source le of the coolant (e.g. a fan) is connected. Before removing the heating element, the flow of the cooling can be switched on by means of, and this ensures that the inner and outer walls of the vortex chamber the Record the same temperature. After removing the heater The coolant in the area around the test piece flow freely. At the ends of the specimen are lower and Upper openings are provided, whereby the coolant flow out can. The flow of the coolant is through the slots and if necessary by flat ones arranged at the slots or curved baffles regulated in such a way that the coolant on the test piece is in a flow with swirl finds and expediently the high flow rate ent stands. In this way it is achieved that on the one hand because of the temporal constant heat transfer number, the cooling is such that that can also be tracked well using computational means, and on the other hand the longitudinal ones (along the longitudinal axis occurring) cause a minimal disturbance (This means that the character of the distribution of the characteristic values show small changes along the longitudinal axis). Through this Solution can be guaranteed that the sensors really can follow the radial temperature change. During the cooling tion are measurement curves by the two sensors mentioned agrees and registers, and the analysis of which enables Determination of the necessary heat transfer material values. These Task will be appropriately programmed a re Chen unit, passed as a signal processing unit.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (Fig. 1 und 2) weist einen in ein Probestück 1 eingreifenden Kern 2, einen das Probe stück 1 umgebenden Ofen 4, einen den Ofen 4 begrenzenden Luftspalt 9, eine vom Ofen 4 durch den Luftspalt 9 getrennt angeordnete Wirbelkammer 6 mit einer inneren Wand 10 sowie ei ner äußeren Wand 11 und eine Eingangsöffnung 7 in der äußeren Wand 11 der Wirbelkammer 6 auf (Fig. 1). Der Kern 2 weist einen Vorsprung 3 auf, der aus einem Stoff niedriger Wärme leitung, insbesondere aus entsprechend legiertem Stahl rohrför mig ausgebildet ist. Der Vorsprung 3 ist von einem wärmeisolierenden Element 5 umgeben. An bei den Enden des Kerns 2 sind wärmeisolierende Elemente 5 vorgesehen. Der Vorsprung 3 ist einer Aufhängung angepaßt, wodurch der Wärmestrom stark begrenzt werden kann. Der Ofen 4 wird in diesem Falle in einer Führung angeordnet, wo durch jener abwärts entfernt werden kann. Nötigenfalls kann auch die umgekehrte Lage gesichert werden, wobei das Probestück 1 von unten durch den Vorsprung 3 und das wärmeisolierende Ele ment 5 abgestützt wird und der Ofen 4 aufwärts verschiebbar ist. In diesem Falle ist jedoch mit Schwierigkeiten wegen der Wärmeleitung der Abstützung zu rechnen, weil die Wärme leitung zur Verschlechterung der Zuverlässigkeit der Meßergeb nisse führt.The device according to the invention ( FIGS. 1 and 2) has a core 2 engaging in a test piece 1 , a furnace 4 surrounding the test piece 1 , an air gap 9 delimiting the furnace 4 , a swirl chamber 6 arranged separately from the furnace 4 through the air gap 9 an inner wall 10 and egg ner outer wall 11 and an input opening 7 in the outer wall 11 of the swirl chamber 6 ( Fig. 1). The core 2 has a projection 3 , the pipe from a low heat conduction, in particular from appropriately alloyed steel is formed tubular. The projection 3 is surrounded by a heat-insulating element 5 . At the ends of the core 2 , heat-insulating elements 5 are provided. The projection 3 is adapted to a suspension, whereby the heat flow can be greatly limited. In this case, the furnace 4 is arranged in a guide where it can be removed downwards. If necessary, the reverse position can also be secured, the test piece 1 being supported from below by the projection 3 and the heat-insulating element 5 and the furnace 4 being displaceable upwards. In this case, however, difficulties are to be expected because of the heat conduction of the support, because the heat conduction leads to a deterioration in the reliability of the measurement results.

Die innere Wand 10 der Wirbelkammer 6 (Fig. 2) ist mit Schlitzen 12 versehen, die in gleichmäßiger Winkel teilung entlang des Umrisses der inneren Wand 10 ausgebildet sind. Neben ihnen sind Prallbleche 13 angeordnet worden, die mit flachem Profil, Strömungsprofil oder mit anderer günstiger Gestalt ausgebildet sind. Die Wirbelkammer 6 steht durch die Eingangsöffnung 7 mit einer Quelle der Strömung eines gasför migen Kühlmittels in Verbindung. Diese Quelle kann zum Beispiel ein Ventilator sein, wobei die Eingangsöffnung 7 zweckmäßig so angeordnet ist, daß sie sich gegenüber einem der Prallble che 13 befindet (Fig. 2).The inner wall 10 of the swirl chamber 6 ( Fig. 2) is provided with slots 12 which are formed in a uniform angular division along the outline of the inner wall 10 . In addition, baffle plates 13 have been arranged, which are designed with a flat profile, flow profile or with another favorable shape. The swirl chamber 6 is connected through the inlet opening 7 to a source of the flow of a gaseous coolant. This source can be, for example, a fan, the input opening 7 being expediently arranged such that it is opposite one of the baffle plates 13 ( FIG. 2).

Zur Durchführung der Messungen wird je ein Sensor 8 der äußeren Oberfläche und der inneren Oberfläche des Probestücks 1 angepaßt. Die Sensoren 8 liegen in einer zur Längsachse senk rechten Ebene, zweckmäßig in einer Linie, die in der Hälfte der Länge des Probestücks 1 liegt.To carry out the measurements, one sensor 8 each is adapted to the outer surface and the inner surface of the test piece 1 . The sensors 8 lie in a plane perpendicular to the longitudinal axis, expediently in a line which is half the length of the test piece 1 .

Die Wärmeisoaltion soll im allgemeinen in Abhängigkeit vom Stoff, vom Verhältnis der Länge und des Außendurch messers des Probestücks 1 gewährleistet werden. Erfahrungsgemäß soll das Probestück 1 zumindest dreifach so lang sein, wie sein Außendurchmesser. Besteht das Probestück 1 aus einem Stoff niedriger Wärmeleitfähigkeit, so ist die Verwendung der wärmeisolierenden Elemente 5 nicht immer notwendig. Insofern macht das Verhältnis der Länge und des Außendurchmessers nicht mehr als 8 aus. Besteht das Probestück aus Metall, ist das wärmeisolierende Ele ment 5 notwendig. Die Notwendigkeit der Verwendung solcher wär meisolierenden Elemente 5 ist in jedem Falle zu prüfen. Der Zweck ihrer Benutzung besteht darin, während der Messung solche Bedingungen zu schaffen, wodurch die Temperaturverände rung in Richtung senkrecht zur Längsachse, in der Ebene der Sensoren 8, und im allgemeinen in den zur Längsachse senkrech ten Ebenen homogen wird, der Charakter der Temperaturverteilung in longitudinaler Richtung minimale Veränderungen während der Kühlung zeigt. Erfahrungsgemäß können die Meßbedingungen mit dem Wert der in der Wärmetechnik wohl bekannten Biot-Zahl verbun den werden, deren Wert von der äußeren Wärmeübergabezahl, dem Außendurchmesser des Probestücks und dem Wärmeübergangskoeffi zienten abhängig ist. Die Vorrichtung arbeitet gut im Bereich von 0,5 bis 10 der Biot-Zahl, und der optimale Bereich um faßt die Werte von 1 bis 5. Diese Zahl kann gut durch die Regulierung der Strömung des Kühlmittels beeinflußt werden und dazu dient der Probekörper, dessen äußere Gestalt, wie erwähnt, mit der des Probestücks identisch ist.The heat insulation should generally be guaranteed depending on the material, the ratio of the length and the outer diameter of the test piece 1 . Experience has shown that the test piece 1 should be at least three times as long as its outer diameter. If the test piece 1 consists of a material of low thermal conductivity, the use of the heat-insulating elements 5 is not always necessary. In this respect, the ratio of the length and the outside diameter is not more than 8. If the test piece is made of metal, the heat-insulating element 5 is necessary. The necessity of using such heat-insulating elements 5 must be checked in any case. The purpose of their use is to create such conditions during the measurement, whereby the temperature change in the direction perpendicular to the longitudinal axis, in the plane of the sensors 8 , and generally in the planes perpendicular to the longitudinal axis becomes homogeneous, the character of the temperature distribution in longitudinal direction shows minimal changes during cooling. Experience has shown that the measurement conditions can be combined with the value of the Biot number, which is well known in thermal engineering, the value of which depends on the external heat transfer number, the outside diameter of the test piece and the heat transfer coefficient. The device works well in the range from 0.5 to 10 of the Biot number, and the optimal range comprises the values from 1 to 5. This number can be influenced well by regulating the flow of the coolant and the test specimen serves the purpose of this external shape, as mentioned, is identical to that of the specimen.

Gleichzeitig kann auch die Erfahrung weitergegeben werden, daß der Vorsprung 3 zweckmäßig aus einem stark legierten Stahl niedriger Wärmeleitfähigkeit rohrförmig ausgebildet ist. Es ist auch bemerkenswert, daß die Schlitze 12 auch kürzer als die Länge der inneren Wand 10 sein können, ihre Führung muß nicht genau gerade sein, und wenn es durch die Strömungsbedingungen erlaubt ist, können sie von einer zur Längsachse parallelen Linie abweichen, z. B. eine Zickzacklinie bilden.At the same time, the experience can also be passed on that the projection 3 is expediently tubular in form of a highly alloyed steel with low thermal conductivity. It is also noteworthy that the slots 12 can also be shorter than the length of the inner wall 10 , their guidance need not be exactly straight, and if permitted by the flow conditions they can deviate from a line parallel to the longitudinal axis, e.g. B. form a zigzag line.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet auf folgende Weise:The device according to the invention works on the following Wise:

Das Probestück 1 wird auf dem Kern 2 angeordnet. Das Pro bestück 1, wie erwähnt, kann aus Scheiben bestehen, als ein einziger Körper ausgebildet werden, oder einen Behälter mit leerem (unten geschlossenem) Innenraum bil den. Einer der Sensoren 8 wird auf der äußeren Oberfläche des Probestücks 1 angeordnet, der andere findet seinen Platz ent weder auf der inneren Oberfläche, oder in einem Loch im Kern 2, von einer Messung zur anderen. Im Behälter kann ein pulverför miger Stoff oder ein Stoff hoher Viskosität (z. B. Kunststoff schmelze) angeordnet werden. Der Ofen 4, der im allgemeinen ei ne elektrische Einheit bildet, wird in den durch die innere Wand 10 der Wirbelkammer 6 bestimmten Raum eingeschoben und eingeschaltet. Zwischen dem Ofen 4 und der Wirbelkammer 6 ver bleibt der Luftspalt 9. Danach kann die Temperaturänderung durch die Sensoren 8 erfaßt und so die Temperatur des Probestücks 1 bestimmt werden. Zweckmäßig wird die Aufheizung des Probestücks 1 so lange fortgesetzt, bis die Sensoren 8 den gleichen Temperaturwert fühlen. Danach soll der Ofen 4 ent fernt werden. Falls dies zu lange dau ern würde, ist ein geringer Unterschied zwischen den zwei Tem peraturwerten zulässig. Zweckmäßig verbleibt dieser Unter schied jedoch unter 5%; erfahrungsgemäß können solche geringe Abweichungen die Messungen im wesentlichen nicht beeinflussen. Zur Messung soll zweckdientlich die gleiche Temperatur der inne ren Wand 10 und der äußeren Wand 11 gesichert werden. Das kann so gewährleistet werden, daß vor der Entfernung des Ofens 4 die Strömung des Kühlmittels bestimmte Zeit, z. B. 5 Minuten aufrechterhalten wird. Nach der Entfernung des Ofens 4 strömt das Kühlmittel um das Probestück 1 herum und dank der vorher bestimmten Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit erreicht es eine gleichmäßige Kühlung des Probestücks 1. Während der Kühlung sollen die Signale der Sensoren registriert werden, wo durch der Zeitvorgang der Kühlung sowohl auf der inneren, als auch auf der äußeren Oberfläche des Probestücks bestimmt und registriert wird. Aufgrund dessen können die Analyse durchge führt und die Stoffwerte gemessen oder gerechnet werden. Die Analyse und die Bestimmung können durch eine Rechenmaschine oder eine andere mit einem Mikroprozessor versehene Signalverarbei tungseinheit durchgeführt werden, worin durch die Programmie rung solche Faktoren in Betracht gezogen werden können, die bei den traditionellen Meßverfahren außer acht bleiben oder als Störfaktoren schwer beseitigbar sind. So kann zum Beispiel die Gestalt des Innenraums des Ofens 4 kompensiert werden, falls es möglich ist, in einem solchen Ofen auch die gleich mäßige Aufheizung des Probestücks 1 zu erreichen. Eine wichtige Bedingung ist in der Gewährleistung der isothermischen Auf heizung im Ofen 4 zu sehen.The test piece 1 is arranged on the core 2 . The Pro component 1 , as mentioned, can consist of disks, be formed as a single body, or a container with an empty (closed at the bottom) bil bil. One of the sensors 8 is arranged on the outer surface of the test piece 1 , the other finds its place ent either on the inner surface, or in a hole in the core 2 , from one measurement to another. A powdery substance or a substance with high viscosity (e.g. plastic melt) can be arranged in the container. The furnace 4 , which generally forms an electrical unit, is inserted into the space defined by the inner wall 10 of the swirl chamber 6 and switched on. Between the furnace 4 and the swirl chamber 6 , the air gap 9 remains. The temperature change can then be detected by the sensors 8 and the temperature of the test piece 1 can thus be determined. The heating of the test piece 1 is expediently continued until the sensors 8 feel the same temperature value. Then the oven 4 should be removed ent. If this would take too long, a slight difference between the two temperature values is permissible. Appropriately, this difference remains below 5%; Experience has shown that such small deviations can essentially not influence the measurements. For measurement purposes, the same temperature of the inner wall 10 and the outer wall 11 should be secured. This can be ensured so that prior to the removal of the furnace 4, the flow of the coolant certain time z. B. is maintained for 5 minutes. After removal of the furnace 4 , the coolant flows around the test piece 1 and thanks to the predetermined regulation of the flow rate, it achieves a uniform cooling of the test piece 1 . During cooling, the signals from the sensors are to be registered, where the timing of the cooling determines and registers both on the inner and on the outer surface of the specimen. As a result, the analysis can be carried out and the physical properties measured or calculated. The analysis and the determination can be carried out by a computing machine or another signal processing unit provided with a microprocessor, in which those factors can be taken into account by the programming which are disregarded in the traditional measuring methods or which are difficult to eliminate as disturbing factors. For example, the shape of the interior of the furnace 4 can be compensated for, if it is possible to achieve even heating of the test piece 1 in such a furnace. An important condition is the guarantee of isothermal heating in oven 4 .

Die Auswertung der Meßergebnisse kann in mehreren Schrit ten der Methode sukzessiver Annäherung vorgenommen werden. Im ersten Schritt werden diejenigen Faktoren in Betracht gezo gen, die durch Programmittel ausgefiltert werden können (z. B. wird der Einfluß der Eigenmasse der Thermometer oder der Er fasser beseitigt). Danach wird ein Temperaturbereich bestimmt, worin ein annähernd ständiger Wert sowohl des Wärmeübergangs koeffizienten als auch der Raumwärmekapazität erkennbar ist. Aufgrund der Abweichung von der Linearität können Funktionen der Temperaturabhängigkeit bestimmt werden, wodurch weitere wert volle Informationen erhaltbar sind, so daß das erfindungsgemäße Ver fahren sowie die Vorrichtung eine höhere Menge Information si chern als die bekannten.The evaluation of the measurement results can be done in several steps the method of successive approximation. In the first step, those factors are taken into account conditions that can be filtered out by means of the program (e.g. the influence of the net mass of the thermometer or the Er removed). Then a temperature range is determined which is an almost constant value of both heat transfer coefficient as well as the room heat capacity is recognizable. Due to the deviation from the linearity, functions of the Temperature dependency can be determined, adding further value full information can be obtained, so that the Ver drive and the device si a higher amount of information chern than the known.

Der wichtigste Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der dazu gehörigen Vorrichtung besteht in ihrer relevanten Einfachheit sowie in der hohen Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Meßergebnisse.The most important advantage of the method according to the invention and the associated device consists in its relevant Simplicity as well as high reliability and Accuracy of the measurement results.

Claims

1. A method for measuring heat transfer material values, in particular the coefficient of thermal conductivity and the material heat capacity, through which the temperature change in the substance is detected, an electrical signal is generated in accordance with the change and the material value is determined on the basis of the electrical signal, in which the substance to be measured has a an inner surface and an outer upper surface delimited, defined by a longitudinal axis elongated specimen, which is heated and cooled, and in which the temperature change is measured at two points of the specimen, which in the region of the center of the specimen in one to the longitudinal axis vertical plane, characterized in that the specimen is cooled after heating to a uniform temperature by a gas vortex flow on the circumferential surface of the specimen and the measurement takes place during cooling at the points mentioned.

2. The method according to claim 1, characterized in that the coolant in before stopping heating Current is brought.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that when heating up the measured Substance at practically the same at the points mentioned Temperature is heated.

4. The method according to claim 1, characterized in that the specimen heated from the outside and that at End heating up the heating element from the Around the specimen is removed.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that before inserting the test piece a full specimen of identical shape is heated and the change in the surface temperature of the Specimen is recorded in one point.

6.Device for measuring transition material values, in particular the coefficient of thermal conductivity and the material heat capacity, which has a heat source, two sensors adapted to a test piece and detecting its temperature change, and an evaluation unit connected to the sensors, the test piece being an elongated, parallel to it, determined by a longitudinal axis is body with outer and inner surfaces and in the area of the center of the test piece ( 1 ) in a plane perpendicular to the longitudinal axis the two sensors ( 8 ) are arranged, one of which is in contact with the inner surface and the other with the outer surface, characterized in that the heat source is designed as a furnace ( 4 ) surrounding the outer surface of the test piece ( 1 ) and guided along the longitudinal axis, the furnace ( 4 ) being surrounded by a swirl chamber ( 6 ), one of which Oven ( 4 ) through an air gap ( 9 ) separate inner wall ( 10 ) with at least z White slots ( 12 ) formed along the longitudinal axis and an outer wall ( 11 ) provided with an inlet opening ( 7 ).

7. The device according to claim 6, characterized in that the sensors ( 8 ) is arranged along a line perpendicular to the longitudinal axis.

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the test piece ( 1 ) is designed as a core ( 2 ) adapted tubular body with an annular wall.

9. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the test piece ( 1 ) is designed as a core ( 2 ) adapted container with an empty interior.

10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the test piece ( 1 ) on the core ( 2 ) is designed to be suspended.

11. Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that the test piece ( 1 ) is designed as a tubular body with a cylindrical inner and outer surfaces limited uniform wall thickness, the length of which is at least three times the outer diameter.

12. Device according to one of claims 6 to 11, characterized in that a heat-insulating element ( 5 ) is arranged at least at one end of the test piece ( 1 ) along the longitudinal axis.

13. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the core ( 2 ) contains at least one projection formed with an inner cavity ( 3 ) which is connected to a suspension.

14. Device according to one of claims 6 to 13, characterized in that the slots ( 12 ) are arranged parallel to the longitudinal axis.

15. The device according to one of claims 6 to 14, characterized in that the slots ( 12 ) are formed with a uniform angular division in the inner wall ( 10 ).

16. Device according to one of claims 6 to 15, characterized in that baffle plates ( 13 ) are provided in the swirl chamber ( 6 ), which are arranged on the inner wall ( 10 ) next to the slots ( 12 ), and one of which Entrance opening ( 7 ) is installed opposite.

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the baffle plate ( 13 ) is designed as a flat plate.

18. The apparatus according to claim 16, characterized in that the baffle plate ( 13 ) is designed as a plate bent to the flow profile.

19. Device according to one of claims 6 to 18, characterized in that it contains a full test specimen which can be connected to the evaluation unit and can be used instead of the hollow specimen ( 1 ), that the inlet opening ( 7 ) has a unit with adjustable transport capacity for conveying the coolant, in particular a fan, is connected, the unit being provided with a controller supplied to the evaluation unit.