DK147087B - Apparat til maaling af straalingstemperaturasymmetri - Google Patents

Description

147087

Opfindelsen angår et apparat til måling af strålingsasymme-trien i det termiske felt indeholdende et følerlegeme med opvarmnings-, afkølings- og temperaturmålermidler, samt et med følerlegemet forbundet styre- og måleapparatur til bestemmelse af følerlegemets strålingsudveksling med omgivelserne.

I såvel de nye ISO-normer for termisk indeklima som i de nye nordiske retningslinier for krav til det termiske indeklima 2 147087 sættes der præcise grænser for,, hvor stor strålingsasym-metrien i det termiske felt må være. Strålingsasymmetrien er defineret som forskellen mellem den plane strålingstemperatur på de to sider af et lille plant fladeelement.

Der kendes instrumenter beregnet til måling af strålingstemperatur asymmetri .

I U.S.patent nr.3 693447 er beskrevet et instrument bestående af to termisk isolerende plader anbragt på hver sin side af en større, godt termisk ledende og strålingsreflekterende flade.

Uden på hver af de isolerende plader er anbragt en sort, godt termisk ledende plade. Disse to yderste plader er indbyrdes forbundne med et eller flere termoelementer. Yderst er anbragt tynde strålingspermeable folier således, at der dannes et rum med stillestående luft mellem disse og de sorte flader.

Når der opstår en strålingsasymmetri vinkelret på de sorte flader, så vil disse antage forskellig temperatur.

Størrelsen af denne forskel, som kan måles med termoelementerne, er et mål for strålingsasymmetrien. Ulempen ved dette instrument er de tynde transparente folier, som - især i industrimiljøer - hurtigt ændrer deres transmissionsevne for stråling og dermed instrumentets følsomhed.

I det danske patent 71112 er beskrevet et følerelement bestående af to sorte og to blanke kvadratiske flader liggende i samme plan. Fladerne er indbyrdes forbundet med et termobatteri, som gør det muligt med god nøjagtighed at måle den temperaturforskel, der opstår mellem de blanke og de sorte elementer, når fladen udsættes for en strålingstemperatur, der er forskellig fra lufttemperaturen. Ved anvendelse af to sådanne følere anbragt på hver sin side af en isolerende plade er det muligt at bestemme strålingsasymmetrien. Apparatet lider af den ulempe, at den målte temperaturforskel og dermed den målte plane strålingstemperaturs afvigelse fra temperaturen af luften omkring sensoren er afhængig af lufthastigheden omkring føleren.

I det danske fremlæggelsesskrift nr.141.673 er beskrevet et apparat til måling af asymmetri i det termiske felt.

3 147087

Apparatet består af to sorte, godt ledende plader, der hver især er i termisk kontakt med såvel et el-varmelegeme som en temperaturføler. Pladerne sidder parallelt på hver sin side af en tredie termisk isolerende plade. Et tilsluttet styre- og måleapparatur holder de to sorte plader på samme temperatur og måler de dertil krævede effekter. Forskellen i de to målte effekter er et mål for asymmetrien i det termiske felt. Dette instrument måler således asymmetrien i summen af konvektions- og strålingsfeltet vinkelret på følerens plan og altså ikke strålingsasymmetrien.

Den foreliggende opfindelse har til opgave at angive et apparat, hvormed det er muligt at måle den termiske strå-lingsasymmetri uden de forannævnte ulemper og fejlkilder.

Opgaven løses ifølge opfindelsen på følgende måde: Følerlegemet består af to parallelle og fra hinanden varme-isolerede pladeformede elementer, hvis bort fra hinanden vendende flader er sorte. Elementerne er indbyrdes forbundet med et peltierelement, samt med en termoføler, der kan måle temperaturforskellen mellem de to elementer. Det tilhørende styre- og måleapparatur er indrettet til at holde de to elementer på samme temperatur, idet peltier-elementet køler det varmeste element.

Den effekt pr. arealenhed af elementerne, som kræves for at holde de to elementer på samme temperatur, når de udsættes for et asymmetrisk strålingsfelt, kan måles. Og den vil være lig med strålingsfluxen vinkelret på elementernes plan og altså lig med strålingsasymmetrien på følerens plads.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende, under henvisning til følgende figurer.

Figur 1. viser en føler til måling af strålingsasymmetri.

Figur 2. viser en føler til måling af den absolutte strålingstemperatur.

De to pladeformede elementer 1 og 2 har en overflade med et emissionstal så nær ved 1 som muligt, for de bølgelængder, hvis asymmetri man ønsker at måle. Imellem de to 4 147087 elementer er anbragt to peltierelementer 3 og 4, hvis tykkelse er lig med afstanden mellem de to plane elementer. Mellemrummet mellem 1 og 2 er udfyldt med et godt varmeisolerende materiale 5.

De to peltierelementer har følgende funktion:

Det ene anvendes til måling af den af strålingsasymmetrien fremkaldte temperaturforskel mellem 1 og 2. En temperaturforskel mellem et peltierelements to sider vil fremkalde en elektrisk spændingsforskel mellem elementets to poler.

Denne spændingsforskel anvendes til, via en enkel kendt elektronisk styring, at påtrykke det andet peltierelement en elektrisk strøm med en størrelse og retning, der netop bringer temperaturforskellen mellem 1 og 2 tilbage til 0.

Den elektriske strøm, som netop er nødvendig for at holde 1 og 2 på nøjagtig samme temperatur, er et direkte mål for strålingsasymmetrien mellem de to halvrum, der af-grænses af en plan midt gennem sensoren parallel med 1 og 2. Eller sagt med andre ord, denne strøm er et mål for strålingsfluxen vinkelret på 1 og 2. Hvis føleren foruden et asymmetrisk termisk strålingsfelt udsættes for en lufthastighed, så kan hele sensorens temperatur ændres, men dette vil ikke påvirke målingen, fordi strålings-fluxen og dermed den nødvendige strøm igennem 4 er uafhængig af lufthastigheden.

En sensor ifølge figur 1 kan anvendes til måling af strålingsasymmetrien mellem to halvrum, men ikke til måling af den absolutte strålingstemperatur af disse. Dette kan opnås med den på figur 2 skitserede føler ifølge opfindelsen. Denne føler består af tre parallelle elementer, 6, 7 og 8, af varmeledende materiale, f.eks. aluminium. Elementernes indbyrdes afstand er lig med peltierelementernes tykkelse. Mellemrummet mellem elementerne er udfyldt med et varmeisolerende materiale 9.

Det midterste element 6 har en diameter, der er ca.

4 gange diameteren af 7 og 8. 6 har en strålingsreflekte rende overflade, som bevirker, at 6 vil antage luftens temperatur. Denne kan på kendt måde bestemmes med f.eks. en 5 147087 temperaturafhængig elektrisk modstand 10 i en brokobling.

Midt på hver side af 6 er anbragt to peltierelementer 11 og 12 og 13 og 14, som igen dækkes af de strålingsabsorberende elementer 7 og 8. Ved hjælp af de to sæt peltierelementer holdes, som beskrevet foran, henholdsvis 7 og 8 på samme temperatur som 6, altså på luftens temperatur.

Størrelsen og retningen af strømmene gennem peltierelemen-terne 12 og 14 er et mål for de to plane strålingstemperaturers afvigelse fra lufttemperaturen. Summen af de to strømme regnet med fortegn er et mål for strålingsasymme-trien. Da hele sensoren vil antage luftens temperatur på grund af det midterste elements store overflade, så vil eventuelle luftbevægelser ikke påvirke målingens resultat. Sammenhængen mellem strømmen gennem peltierelementerne 12 og 14 og de plane strålingstemperaturers afvigelse fra lufttemperaturen kan enten beregnes ud fra de enkelte komponenters fysiske data eller ud fra en kalibrering i kendte strålingsasymmetriske felter.