IT8904880A1 - Dispositivo per la determinazione della convenzione termica fra un mezzo di tempra di un dispositivo per tempra e un pezzo metallico - Google Patents

Description

convezione termica fra un mezzo liquido (23) ed un oggetto presente nel mezzo (23), in particolare fra un mezzo di tempra di un dispositivo per tempra ed un pezzo metallico. Il.dispositivo comprende un sensore (10), immerso nel mezzo liquido (23), la cui superficie (22) viene investita dal flusso del mezzo (23), ed il quale contiene un elemento (14,15,16) sensibile alle temperature. Per rendere il disposit indipendente dalla temperatura del mezzo (23), nel sensore (10) sono previsti mezzi (14,16,17) per '.La generazione di una differenza costante predeterminata di temperatura fra la superficie (22) ed una zona a distanza dalla superficie (22). Alternativamente un primo sensore di temperatura (15) ? disposto fra la superficie (22) e la zona o ? prevista una disposizione di misura per la determinazione dell'assorbimento di energia dei mezzi (17) (figura 1).

D E S C R I Z I O N E

L'invenzione concerne un dispositivo per la determinazione della convezione termica fra un mezzo liquido ed un oggetto presente nel mezzo, in particolare fra un mezzo di tempra di un dispositivo per tempra ed un pezzo metallico, con un sensore immerso nel mezzo liquido, la cui superficie ? investita dal flusso del mezzo e contiene un elemento sensibile alle temperature E ' noto prevedere in impianti per il trattamento termico per pezzi metallici dispositivi per tempra, per sottoporre i pezzi metallici provenienti da un forno di trattamento termico ad un raffreddamento istantaneo. Quali mezzi di tempra liquidi di regola vengono impiegati olio, acqua o un sale.

La convezione termica, cio? la misura in cui ai pezzi caldi per mezzo del fluido liquido di tempra viene sottratto il calore, in questo caso dipende non soltanto dalle propriet? specifiche di asportazione del calore del mezzo di tempra stesso. Per infatti migliorare la convezione termica, in dispositivi usuali per tempra viene mosso il mezzo di tempra in modo che esso investa i pezzi. La convezione termica dipende cos? inoltre anche dalla velocit? di flusso del mezzo di tempra attorno al pezzo da temprare.

In noti dispositivi per tempra il mezzo di ?tempra viene fatto circolare nel bagno per tempra e, precisamente, o con pompaggio o per il fatto che una coclea ruotante di circolazione viene immersa nel bagno per tempra.

Nonostante questi accorgimenti ? necessario sorvegliare la circolazione del mezzo di tempra, in quanto nel caso di una circolazione insufficiente il mezzo di tempra potrebbe essere riscaldato ad una temperatura alta inammissibile. Questo non ? soltanto indesiderato per ragioni. della sicurezza di qualit?, in quanto un sovrariscaldamento del mezzo di tempra comporta anche il pericolo di un incendio.

In dispositivi per tempra ? quindi noto controllare la convezione termica lungo la circolazione del mezzo d? tempra. A tale scopo ? noto effettuare un controllo indiretto per il fatto che una turbina viene inserita in un circuito di circolazione del mezzo di tempra in modo che la corrente di massa del mezzo?di tempra possa essere presa attraverso la turbina. E' inoltre per? anche noto disporre una sonda termica nel bagno per tempra, la quale funziona secondo il principio di un anemometro a filo riscaldato. Ci? significa che una resistenza sensibile alla temperatura, presente nella sonda termica, viene riscaldata da un fonte di corrente esterna. A seconda della quale velocit? il mezzo di tempra investe;la sonda termica, piu' o meno calore viene asportato dalla resistenza sensibile alla temperatura in modo che la sua resistenza interna varia in dipendenza del flusso del mezzo di tempra.

L'affidibilit? di una misurazione di questo tipo ? per? limitata. Bagni per tempra del tipo qui di interesse non presentano affatto alcuna temperatura costante nel tempo. Per via delle operazioni di tempra susseguentisi risulta infatti invece una temperatura costantemente in variazione del bagno di tempra in modo che la nota sonda termica gi? per questo -fatto fornisce un segnale variante nel tempo in quanto varia la temperatura del mezzo di tempra. Quindi nel noto dispositivo solo difficilmente ? possibile differenziare se una variazione del valore di misura della termosonda sia da ricondurre ad una variazione del flusso o ad una variazione della temperatura del mezzo di tempra.

L'invenzione si prefigge invece lo scopo di perfezionare un dispositivo del tipo sopra menzionato nel senso che esso sia insensibile rispetto a variazioni della temperatura nel mezzo di tempra.

Questo scopo viene raggiunto secondo l'invenzione da una parte per il fatto che nel sensore sono previsti mezzi per la generazione di una differenza costante, predeterminata, di temperatura fra la superficie ed una zona a distanza dalla superficie, e che un primo sensore di temperatura ? disposto fra la superficie e la zona. Secondo l'invenzione questo scopo viene inoltre raggiunto per il fatto che nel sensore sono previsti mezzi per la generazione di una differenza costante, predeterminata, d? temperatura fra la superficie ed una zona a distanza della superficie, e che ? prevista una disposizione di misura per la determinazione dell'assorbimento di energia dei mezzi.

Seconde l'invenzione lo scopo viene infine raggiunto per il fatto che nel sensore sono previsti mezzi per la generazione di una temperatura costante. predeterminata, di temperatura fra il mezzo e una zona a distanza dalla superficie e che un primo sensore di temperatura ? disposto sulla superficie.

Lo scopo prefisso dell?invenzione viene completamente raggiunto in entrambi i casi, perch? 'la generazione di un gradiente predeterminato di temperatura, costante nella differenza di temperatura, tra la superficie e la zona o rispettivamente fra la superficie e il mezzo circondante provoca che una variazione della temperatura ambientale non si rifletta piu' sui risultati di misura. La variazione del gradiente locale di temperatura entro- il sensore, fra .l'altro quindi nel luogo del primo sensore di temperatura o rispettivamente la variazione dell'assorbimento di energia dei mezzi dipende quindi esclusivamente dal fatto in quale misura al sensore viene estratto calore dal mezzo di tempra che lo investe. Il segnale di uscita del sensore ? quindi direttamente una misura per la convezione termica fra il mezzo di tempra ed un pezzo metallico.

Nel caso di una preferita conformazione del dispositivo secondo l 'invenzione i mezzi comprendono un elemento di condizionamento disposto nella zona, un secondo sensore di temperatura sulla superficie,, un terzo sensore di temperatura sull'elemento di condizionamento come pure un regolatore di condizionamento con il quale sono collegati il secondo ed il terzo sensore di temperatura come pure l'elemento di condizionamento.

Questi accorgimenti hanno il vantaggio che pu? essere realizzato un dispositivo molto robusto e sicuro nel funzionamento, come esso ? adatto innanzittutto per condizioni ruvide di impiego in un reparto trattamenti termici.

Le precedenti considerazioni valgono nella stessa misura quando i mezzi comprendono un elemento di condizionamento disposto nella zona, un secondo sensore di temperatura nel mezzo, un terzo sensore di temperatura sull'elemento di condizionamento come pure un regolatore di condizionamento, con il quale sono collegati il secondo ed il terzo sensore di temperature come pure il regolatore di condizionamento.

In preferiti perfezionamenti di questo esempio di realizzazione l'elemento di condizionamento pu? essere conformato come elemento riscaldante e/o raffreddante. In preferiti perfezionamenti di questa variante l?elemento raffreddante pu? essere collegato attraverso un'attacco con un condotto d'aria fredda, per? anche l?impiego di un elemento Peltier ? possibile.

Questi accorgimenti hanno il vantaggio che ? possibile una misurazione particolarmente affidabile in bagni per tempra con una temperatura variante in modo assai rapido e forte del mezzo di tempra,, in quanto in questi casi d'impiego ? vantaggiosa una forma di realizzazione dell'invenzione con possibilit? contemporanea del riscaldamento e raffreddamento dell'elemento di condizionamento.

Ulteriori vantaggi risultano dalla descrizione e dal disegno allegato.,

S'intende che le caratteristiche prima dette e qui di seguito ancora da illustrare sono impiegabili non soltanto nella combinazione rispettivamente indicata, ma anche in altre combinazioni o esse da sole, senza uscire dall'ambito della presente invenzione.

Un esempio di realizzazione dell'invenzione sar? ulteriormente illustrato nella seguente descrizione. Nel disegno,

la figura 1 rappresenta una sezione verticale attraverso un esempio di realizzazione di un dispositivo secondo l'invenzione,

la figura 8 ? una vista in sezione lungo la linea II-?? di figura 1,

la figura 3 rappresenta un primo diagramma per l'illustrazione del dispositivo secondo l'invenzione,

la figura 4 rappresenta un secondo diagramma per l'illustrazione del dispositivo secondo l'invenzione,

la figura 5 mostra una vista laterale di una ulteriore forma di realuzzazione di un dispositivo secondo l'invenzione, parzialmente spaccato. Nella figura 1 10 indica globalmente un sensore tubolare longitudinalmente esteso, il quale dovrebbe essere impiegato per la determinazione della convezione termica fra un mezzo di tempra di un dispositivo per tempra e un pezzo metallico.

Il sensore 10 comprende un tubo cilindrico esterno il come pure un tubo cilindrico interno 12, il quale pu? essere disposto concentricamente con il tubo esterno 11 o, come rappresentato dalle figure 1 e 3, anche eccentricamente rispetto a questo. Poich? il diametro del tubo interno 12 ? sostanzialmente minore rispetto a quello del tubo esterno il, fra i tubi 11,12.risulta un'interstizio 13. I tubi 11,12 sono costituiti da uri materiale ben termicamente conducente, in particolare da un metallo.

Un primo sensore di temperatura 14 ? applicato nell?interstizio 13 sul tubo esterno 1 . Il primo sensore di temperatura 14 si trova in un contatto ben termicamente conducente rispetto al tubo esterno 11.

Un secondo sensore di temperatura 15 si trova in una posizione centralmente? nell'interstizio 13, esso pu? trovarsi per? anche per esempio tra il tubo interno 13 ed il tubo esterno 11 in modo che esso venga a contatto con entrambi i tubi.

Nel tubo interno 12 si trova infine un terzo sensore di temperatura 16 nel mezzo di un elemento riscaldante 17. il quale riempie completamente o parzialmente il tubo interno 12. L'elemento riscaldante 17 ? dotato di un'alimentazione 18, la quale ? condotta parimenti come i sensori di temperatura 14,15,16 ad una scatola comune di allacciamento 19 all'estremit? superiore del sensore 10. L'interstizio 13 ed un ulteriore interstizio presente all' incirca fra l'elemento riscaldante 17 ed il tubo interno 12 sono riempiti preferibilmente rispettivamente di un materiale termicamente conducente 20,21.

Il sensore 10 viene immperso per la determinazione della detta convezione termica in un bagno per tempra in modo che una superficie 22 del tubo esterno 11 viene investita dal mezzo di tempra 23, come indicato nella figura 1. Il primo sensore di temperatura 14 ed il terzo sensore di temperatura 16 come pure l'alimentazione 18 dell'elemento riscaldante 17 sono collegati con un regolatore di riscaldamento, non rappresentato nelle figure. .11 regolatore di riscaldamento ? realizzato in modo che esso sulla base dei segnali dei sensori di temperatura 14,16 regoli l'elemento riscaldante 17 in modo che fra i luoghi dei sensori di temperatura 14,16 venga regolata una differenza costante di temperatura, indipendentemente dal fatto da quanto ? alto il valore assoluto della temperatura, la quale viene misurata dal primo sensore di temperatura 14 sulla superficie 22 del sensore 10.

In un esempio di realizzazione dell'invenzione viene ora elaborato il segnale del secondo sensore di temperatura 15, come qui di seguito illustrato.

La figura 3 mostra in un diagramma la dipendenza di una temperatura T lungo una distanza x. L'andamento 30, da rilevare nella figura 3, ? contraddistinto cos? dall?andamento di tempiera-tura lungo la superficie in sezione trasversale della figura 2, cio? nella direzione* della linea II?II di figura 1. Con x1 in questo caso ? indicata la posizione della superficie sinistra 22 del. tubo esterno 11 e con x2 la posizione della superficie destra del tubo esterno 11. Si presume che in accordo con le figure 1 e 2 il tubo interno 12 riempia il tubo esterno li sostanzialmente lungo la met? diametro in modo che con x,n ? indicato il passaggio tra il tubo interno 12 ed il tubo esterno il a rispettivamente T contraddistingue il diametro del tubo esterno 11.

Se ora si osserva l'andamento 30 di figura 3, allora si vede che a sinistra da x1 , cio? all'esterno dei sensore 10, la temperatura T ha il valore TM, cio? la temperatura del mezzo di tempra 23, Se il regolatore di riscaldamento viene fatto funzionare in modo che' l'elemento riscaldante 1.7 produca costantemente una sovratemperatura T nella zona dell'elemento riscaldante 27, allora la temperatura aumenta lungo la linea II?II della posizione x1 verso Xam lungo l'andamento 30. Fra xm e x2 la temperatura T assume cos? sostanzialmente il valore di temperatura dell ?elemerito riscaldante TH+ ? T, fino a quando la temperatura nella zona di xe, cio? nel passaggio dal tubo interno 12 al tubo esterno 11 ivi appoggiato e di nuovo verso l'ambiente si abbassa al valore TM-E' gi? stato menzionato che il secondo sensore di temperatura 15 si trova sia a distanza dal primo sensore di temperatura l? si.s anche a distanza dall'elemento riscaldante 17. La posizione del secondo sensore di temperatura 15 ? caratterizzato nella figura 3 dalla coordinata x2.

Se ora il sensore 10 viene investito dal mezzo 23 con una differente intensit?, allora varia l?andamento 30 nella figura 3, in quanto varia corrispondentemente il gradiente di temperatura fra le coordinate e Xm.

Se la convezione termica viene indicata con , allora., come disegnato nella figura 3, si pu? rendere come parametro l'andamento 30 secondo la convezione termica

in modo che per valori differenti della convezione

risultano andamenti 30a .,.30f. E' comprensivo che con una convezione termica relativamente bassa la temperatura dell?elemento riscaldante 17 prosegue fino vicino al tubo esterno 11 in modo che risultano andamenti da 30a a 30c, mentre dall'altro lato con una convezione termica molto alta l'interstizio 13 viene raffreddato fino vicino all'elemento riscaldataile 17 alla temperatura ?H del mezzo di tempra circondante, come disegnato con gli andamenti da 30d a 30f nella figura 3.

Se ora si osserva la coordinata xm del secondo sensore di temperatura 13, allora si vede senz'altro che la sovratemperatura T, misurata dal secondo sensore di temperatura 13 sopra la temperatura TH del mezzo di tempra circondante 23 ? una misura diretta per il parametro cio? per la convezione termica.

Questo ? rappresentato in modo estremamente schematico nella figura 4.

Una variazione del valore assoluto della temperatura Tu del mezzo di tempra 23 investente ? per? senza influenza sulla misurazione, in quanto per via della regolazione descritta viene regolata sempre una differenza costante T della temperatura.

Si intende che l'esempio di realizzazione prima descritto con un elemento riscaldante 17 ? solo da intendere come esempio, in quanto ovviamente al posto di un elemento riscaldante 17 pu? essere previsto anche un corrispondente dispositivo di raffreddamento, nel cui caso gli andamenti 30 della figura 3 sarebbero da rappresentare con simmetria di ribaltamento rispetto alle parallele all'ascissa alla distanza TH?

In un altro esempio di realizzazione della disposizione secondo l'invenzione si pu?.rinunciare al secondo sensore di temperatura 15. In questo caso ? soltanto necessario rilevare l'assorbimento di energia dell'elemento di riscaldamento 17 o rispettivamente di un corrispendente elemento di raffreddamento. Anche questa grandezza ? una misura diretta per la.convezione termica Q, in quanto deve essere impiegata tanta piu' portata per mantenere la differenza costante ? T della temperatura quanto maggiore ? la convezione Q fra il mezzo di tempra 23 e il corpo del sensore 10.

Nell'ulteriore esempio di realizzazione., rappresentato nella figura 5. di un dispositivo secondo l'invenzione, 40 indica globalmente un sensore, il quale presenta una scatola di allacciamento 41 come pure una flangia di fissaggio 42. Dalla flangia di fissaggio 42 si estendono verso il basso un primo tubo 43, un secondo tubo 44 come pure un terso tubo 45. I tubi da 43 fino a 45 sono immersi lungo approssimativamente la loro intera lunghezza nel mezzo,,per esempio un mezzo di tempra di un dispositivo per tempra.

Nel terzo tubo 45, il quale sporge nella sua lunghezza sopra il primo ed il secondo tubo 43,44, ? disposto un primo sensore di temperatura 46, per mezzo dei quale pu? essere misurata la temperatura del mezzo 33. Nei secondo tubo 44 si trova un secondo sensore di temperatura 47 e nel terzo tubo 45 si trova un elemento di condizionamento 49, il quale contiene un terzo sensore di temperatura 48. Il secondo tubo 44 ? applicato lungo la sua lunghezza immersa nel mezzo 23 alla superficie del primo tubo 43, preferibilmente saldato. Il secondo tubo 44 forma cos? una superficie 55, la quale serve quale superficie di misura del sensore 40.

I sensori di temperatura 46,47,43 sono collegati con una piastra di comando 51 accolta nel corpo 41, la quale pu? comprendere elementi di allacciamento, di comando, di amplificazione e di elaborazione. La piastra di comando 51 ? collegata attraverso un cavo 52 con l'ambiente esterno.

Con 50 ? ancora indicato un allacciamento per un condotto d?aria di raffreddamento. Attraverso l?allacciamento 50 aria di raffreddamento pu? essere portata all'elemento di condizionamento 49 per raffreddare in questo punto la zona interna del primo tubo 43. Alternativamente l'elemento di condizionamento 49 pu? presentare per? anche un elemento Peltier. Alternativamente o in aggiunta nell'elemento di condizionamento 49 pu?.essere contenuto ancora un elemento riscaldante.

Il funzionamento del sensore 40 secondo la figura 5 ? ampiamente simile a quello come esso ? stato prima descritto per l'esempio di realizzazione delle figure 1 e a.

Per mezzo del primo e del terzo sensore di temperatura 46.43 e dell'elemento di condizionamento 49 pu? essere regolata una differenza costante di temperatura ? fra la zona del primo tubo 43, occupata dall?elemento di condizionamento 49, ed il mezzo circondante 23. La superficie di misura 55 si trova cosi in presenza del mezzo 23 in riposo sostanzialmente alla temperatura dell'elemento di condizionamento 49, mentre in presenza del mezzo mosso, 23 la temperatura,sulla superficie 55 viene adattata sempre piu' alla temperatura del mezzo 23. La temperatura, rilevata dal secondo sensore di temperatura 47 ? cosi una misura per la convezione termica fra il mezzo 23 ed il terzo tubo 43.

Claims (9)

1. Dispositivo per la determinazione della convezione termica fra un mezzo liquido (23) ed un oggetto presente nel mezzo (23), in particolare fra un mezzo d? tempra di un dispositivo per tempra ed un pezzo metallico, con un sensore (10) immerso nel mezzo liquido (23), la superficie (22) del quale sensore ? investita dai mezzo (23), ed il quale contiene un elemento (14,15,16) sensibile alla temperatura, caratterizzato dal fatto che nel sensore (10) sono previsti mezzi (14,16,17) per la generazione di una predeterminata differenza costante di temperatura ( ?, T) fra la superficie (22) ed una zona a distanza (x) dalla superficie (22) e che un primo sensore di temperatura (15) ? disposta fra la superficie (22) e la zona.

2. Dispositivo per la determinazione della convezione termica fra un mezzo liquido (83) ed un oggetto presente nel mezzo (23), in particolare fra un mezzo di tempra di un dispositivo per tempra ed un pezzo metallico, con un sensore (10) immerso nel mezzo liquido (23), la superficie (22) del quale sensore ? investita dal mezzo (23) ed il quale contiene un elemento (14,15,16) sensibile alla temperatura, caratterizzato dal fatto che nel sensore (10) sono previsti mezzi (14,16,17) per la generazione di una predeterminata differenza costante di temperature ( ? T) fra la superficie (22) eri una nona a distanna ( a ) dalla superficie (88), e che ? prevista una disposizione di misurazione per la determinazione dell'assorbimento di energia dei mezzi (17).

3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 8, caratter izzato dal fatto che i mezzi comprendono un elemento di condizionamento disposto nella zona, un secondo sensore di temperatura (14) sulla superficie (88) , un terzo sensore di temperatura (16) sull'elemento di condizionamento come pure un regol ature di condizionamento, con il quale sono collegati il secondo ed il terzo sensore di temperatura (14,16) come pure l'elemento di condizionamento,

4. Dispositivo per la determinazione della convezione termica fra un mezzo liquido (23) ed un oggetto presente nel mezzo (83), in particolare fra un mezzo di tempra di un dispositivo per tempra ed un pezzo metallico, con un sensore (40) immerso nel mezzo liquido (83) la superficie (55) del quale sensore ? investita dal mezzo (83), ed il quale contiene un elemento (46,47,48) sensibile alla, temperatura, caratterizzato dal fatto che nel sensore (40) sono previsti mezzi (46,48,49) per la generazione di una predeterminate differenza costante di temperatura (.. T) fra il mezzo (53) ed una zona a distanza dalla superficie (55), e che un primo sensore di temperatura (47) ? disposto sulla suprerficie (55).

5. Dispositivo? seondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che i mejzi comprendono un elemento di condizionamento (99) disposto nella r.ona, un secondo sensore di temperatura (96) nel mezzo, un terzo sensore di temperatura (98) sull?elemento di condizionamento (99) come pure un regolatore di condizionamento, cori il quale sono collegati il secondo ed il terzo sensore di temperatura (96,98) come pure il rego1atore di condizionamento.

6. Dispositivo secondo una o piu? rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che l'elemento di condiziomaneto presenta un elemento riscaldante.

7. Dispositivo secondo una o piu1 rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che l'elemento di condizionamento presenta un elemento di raffreddamento.

8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che l'elemento di raffreddamento ? collegato attraverso un'allacciamento (50) con un condotto di aria di raffreddamento.

9. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che l'elemento di raffreddamento presenta un elemento Peltier.