DE401050C - Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Waermefluessen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Wärmeflüssen. Die Messung von Wärmeflüssen, d. h. der Wärmemengen, welche in der Zeiteinheit durch die Flächeneinheit eines Körpers hindurchtreten, ist eine technisch wichtige Aufgabe. Es kann sich dabei sowohl um die :Messung der durch die Oberfläche eines Körpers aus- und in ein anderes Medium übertretenden Wärme-üsse handeln als auch um Wärmeströmungen in ausgedehnten Körpern. Der erste Fall liegt z. B. vor bei der Messung des Wärmeflusses, der durch die Wände von beheizten Gebäuden, durch das Mauerwerk von Kesseln und Ofen usw. austritt und der für die Bestimmung des Wärmebedarfs von grundlegender Bedeutung ist. Der zweite Fall kommt in Frage bei Messung des Wärmeflusses im Erdboden, in Isolierschichten usw.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Meßverfahren und eine Vorrichtung, welche die direkte Messung von Wärmeflüssen auf folgende Weise erreicht: Senkrecht zur Richtung des Wärmeflusses wird eine Meßplatte p angebracht aus einem Material bekannter Wärmeleitzahl, welche so dünn ist, daß sie dem Wärmedurchgang kein merkliches Hindernis bietet. Für die Messung des Wiirmeflttsses durch die Wand eines Geb.*ittclekann man beispielsweise eine Glasplatte von ein oder mehreren dm Größe und ein oder mehreren mm Dicke verwenden, welche an die Wandoberfläche angepreßt wird. Bei gekrümmten Flächen kann man auch schmiegsames Material, z. B. einenKautschukstreifen, für die Meßplatte verwenden. Der die Wand durchströmende Wärmefluß muß auch die Meßplatte passieren, wobei an den beiden Oberflächen derselben eine kleine Temperaturdifferenz auftritt. Bei Wärmeflußmessungen in ausgedehnten Körpern, z. B. im Erdboden, in Isolierschichten usw., kann man die Meßplatte unmittelbar in den Körper einbetten. Infolge der geringen Dicke der Meßplatte wird der Wärmefluß durch ihre Anwesenheit nicht gestört. Wäre die Meßplatte dick, so würde der Wärmestrom, wenn sie eine kleinere oder größere Wärmeleitzahl als der vorher an ihrem Platze befindliche Stoff hat, ihr ausweichen bzw. sich in ihr zusammendrängen, und man würde den gestörten und nicht den ursprünglich vorhandenen Wärmefluß messen.
• Die geringe Temperaturdifferenz der beiden Oberflächen der Meßplatte von im allgemeinen Bruchteilen eines °C dient als Maß des Wärmeflusses und wird am besten auf elektrischem Wege gemessen. Die Messung erfolgt am bequemsten mit Hilfe von zwei Widerstandsthermometern, welche man in Gestalt zweier dünner Metallfolien etwa nach Abb. i auf beiden Seiten der Meßplatte befestigt. Besonders gut eignen sich hierzu chemisch niedergeschlagene Silberschichten, wie sie zur Herstellung von Glasspiegeln benutzt werden. Die beiden Metallfolien, die praktisch von gleichem Widerstande gewählt werden, bilden zwei Zweige einer Wheatstoneschen Brücke, wie in Abb. 2 dargestellt. Darin bedeuten A und a die Metallfolien zu beiden Seiten der Meßplatte p, B und b die anderen Brückenwiderstände, g ein Galvanometer und e eine Stromquelle. Ist die Brücke hei leicher Temperatur der beiden Metall-Z, folien ausgeglichen, so fließt ein Strom durch das Galvanometer, sobald sich infolge einer Temperaturdifferenz zwischen A und a das Verhältnis dieser beiden Widerstände ändert. Durch Änderung der Widerstände B oder b kann man das Galvanöineter wieder auf seine Nullstellung bringen. Die zu dieser Kompensation erforderliche Widerstandsänderung ist das Maß für die Stärke des Wärmeflusses.
• Um Meßfehler durch Temperaturunterschiede der Brückenwiderstände B und b zu vermeiden, wickelt man dieselben am besten miteinander auf dieselbe Spule, so- daß die Drähte beider Widerstände auf ihrer ganzen Länge dicht nebeinanderliegen. Die geringen, zur Kompensation der Brücke erforderlichen Änderungen kann man durch einen kleinen "Zusatzwiderstand erzielen.
• In vielen Fällen wird es bequemer sein, auf die Kompensation zu verzichten und nur finit konstanten Brückenwiderständen zu arbeiten. In diesem Falle ist der Galvanometerausschlag dein Wärmefluß direkt proportional. Arbeitet nian iininer finit demselben -.\leßstroin, so kann nian die Galvanometerskala mit einer Teilung versehen, «welche die Stärke des Wärineflusses direkt abzulesen erlaubt.
• Die beiden Brückenwiderstände B und b der Abb. 2, an deren Güte hohe Anforderungen gestellt werden müssen, kann man ganz vermeiden, wenn man an ihre Stelle einett zweiten gleichen Wärmeflußmesser setzt. In Abb.3 ist diese Anordnung dargestellt; darin bedeuten B und b die Widerstandsfolien des zweiten \V:irineflußinessers, während die Bedeutung der anderen Buchstaben dieselbe ist wie in Abb. 2. Natürlich ist erforderlich, daß die beiden Wärmeflußinesser so zur Brücke zusammengeschaltet «-erden, claß die «-iirmeren Widerstandsbelegungen jederPlatte .ich in der Brücke gegenüberliegen. Sind die vier Widerstände hei gleicher Temperatur aller Zweige genau ausgeglichen, so ist das Galvanometer stromlos. Passiert ein Wärm.-fluß die Platten, so tritt ein Galvanonieteratisschlag auf, der dein Wärinefluß uninittclhar proportional ist und als Maß des letzteren dient. Durch die Anordnung der zwei Wärineflußniesser wird zugleich die Empfindlichkeit verdoppelt.
• Die Messung der Temperaturdifferenz zu beiden Seiten der Meßplatte kann auch durch ein oder mehrere- hintereinandergeschaltete. Thermoelemente erfolgen, deren Lötstellen abwechselnd auf beiden Seiten der Meßplatte liegen. Schließlich ist es auch möglich, die .`IeI-platte aus einem elektrisch leitenden Material herzustellen und beiderseits mit einem dünnen Belag eines Leiters zu versehen, der gegen das ,Material der Platte eine Thermokraft hat. In diesem Falle verursacht ein durch die Platte hindurchtretender Wärmefluß eine Spannungsdifferenz der beiden Belegungen, deren Größe als Maß für die Stärke des Wärmeflusses dient. Wegen der besseren Wärmeleitfähigkeit der elektrischen Leiter gegenüber den Nichtleitern wird hierbei die Temperaturdifferenz der beiden Plattenseiten und damit die Empfindlichkeit ini allgemeinen geringer sein, so daß dieses Verfahren nur für stärkere Wärmeflüsse zu empfehlen ist.
• Als Material der Meßplatte eignet sich z. B. Konstantan, das beiderseits mit Kupfer belegt ist, da dasselbe eine ziemlich geringe Wärmeleitfähigkeit und eine große Therrnokraft gegen Kupfer besitzt. Noch besser eignet sich z. B. eine beiderseits mit Kupfer belegte Platte aus Kupferoxyd, cfa letzteres die Wärme schlecht leitet und eine um ein Vielfaches höhere Thermokraft gegen Kupfer besitzt als Konstantan. "Zur Erhöhung der Empfindlichkeit können mehrere dieser thermoe:lektr fischen Wärmeflußmesser hintereinandergeschaltet werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Messung von Wärmeflüssen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßplatte (p) von bekanntem, so kleinem Wärineleitungswiderstand, claß sie den zu teessenden Wärmefluß nicht wesentlich ändert, in den Weg des Wä rineflusses gestellt wird und aus der z. B. mit Therinoelementen oder mit Widerstandstherinoinetern gemessenen Temperaturdifferenz ihrer beiden Seiten und ihrem @Vä rineleitungswiderstand der Wärmefluß ermittelt wird.
2. 2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Meßplatte (p), welche beiderseits mit Thermoeleinenten oder finit Widerstandsthermometern belegt ist.
3. 3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Therrnoeleinent benutzt wird, dessen einen Teil die aus elektrisch leitendem Material, z. B. aus Konstantan, hestehenfle Meßplatte selbst bildet.