SI24816A - Magnetno indukcijski sistem, senzor in metoda za merjenje zračnega tlaka v vakuumsko izolacijskih ploščah - Google Patents

Abstract

Izum se nanaša na magnetno indukcijski sistem, senzor in metodo za merjenje zračnega tlaka v vakuumsko izolacijskih ploščah. Merjenje zračnega tlaka v vakuumsko izolacijskih ploščah je izvedeno na tak način, da se v vakuumsko izolacijsko ploščo že med izdelavo pod ovojnino vstavi vakuumski senzor, ki je sestavljen iz zračne komore in indukcijskega grelnega telesa in se zračna komora nahaja med indukcijskim telesom in ovojnino vakuumske plošče. Zračna komora ima eno ali več odprtin, da je tlačno povezana sprostorom izven vakuumskega senzorja. Ko je vakuumsko izolacijska plošča do konca izdelana in ovojnina neprodušno zaprta, se lahko začne izvajati merjenje tlaka. Z zunanje strani se približa vakuumsko izolacijski plošči merilno sondo na mestu, kjer se nahaja vakuumski senzor pod ovojnino. Merilna sonda vsebuje generator izmeničnega elektromagnetnega polja in merilnik temperature. Z generatorjem izmeničnega elektromagnetnega polja se indukcijsko telo v vakuumskem senzorju segreje, z merilnikom temperaturese meri temperaturo na površini vakuumske plošče, kjer se nahaja vakuumski senzor. Na ta način se meri toplotni tok skozi zračno komoro. Ker je toplotni tok skozi zračno komoro odvisen od tlaka, se lahko iz izmerjene temperature na mestu, kjer se zračna komora dotika ovojnine, sklepa na toplotno prevodnost in posledično na višino tlaka v vakuumsko izolacijski plošči.

Description

Zadevni izum se nanaša na merjenje tlaka v vakuumsko izolacijskih ploščah.

TEHNIČNI PROBLEM

Vakuumsko izolacijske plošče trenutno spadajo med najboljše termoizolacijske elemente, saj je vakuum odličen toplotni izolator. Uporabljajo se na primer v gradbeništvu, ladjedelništvu, hladilni tehniki, hladni verigi za uporabo npr. v farmaciji ali živilski industriji. V vakuumsko izolacijskih ploščah se v praksi seveda ne doseže popolnega vakuuma, temveč le znaten podtlak v primerjavi z atmosferskim tlakom; kljub temu se v stroki in na trgu za te primere uporablja beseda vakuum oziroma vakuumske plošče.

Vakuumsko izolacijske plošče so najpogosteje sestavljene iz sredice ter ovojnine. Sredico tvori lahek in izredno zračno porozen material, na primer fiberglas ali silica. Funkcija sredice je, da daje plošči želeno obliko in da vzdržuje konstrukcijo plošče in podtlak v plošči, ko nanjo pritiska zunanji višji zračni tlak. Sredica je ovita z ovojnino, ki je najpogosteje metalna ali metalizirana folija, ki je neprodušno zvarjena in preprečuje vdor zunanjega zraka v vakuumsko izolacijsko ploščo. Ovojnina je lahko sestavljena iz več plasti, na primer aluminijaste folije in enega ali več plastičnih nanosov.

Tipični postopek izdelave vakuumsko izolacijske plošče je sledeč. Sredico se vstavi v ovojnino, ki je že neprodušno zavarjena na treh straneh, torej tvori neke vrste vrečo. Tako pripravljen polizdelek se vstavi v stroj, ki iz vreče izčrpa zrak na ustrezno nizek tlak, nato stroj zavari še četrto stranico kovinske vreče. Zaželeno je, da je tlak čim nižji, vendar se v industrijski uporabi dosega začetno vrednost tlaka tipično do 7 mbar, če je material sredice silica, ali do 1 mbar, če je material sredice fiberglas.

Stopnja izolativnosti vakuumsko izolacijske plošče je odvisna od kvalitete vakuuma v njej. Z drugimi besedami, da ima plošča dobre izolativne lastnosti, mora biti v njej ustrezno nizek tlak. Zato je merjenje in nadzor zračnega tlaka v vakuumsko izolacijskih ploščah bistvenega pomena, tako že pri sami proizvodnji kot tudi pri kasnejši uporabi.

STANJE TEHNIKE

Za merjenje zračnega tlaka obstaja že nekaj znanih načinov:

»Lift foil off« metoda

Pri tej metodi se izdelano vakuumsko izolacijsko ploščo vstavi v vakuumsko komoro. Z laserskim merilnikom se meri debelino plošče. V vakuumski komori se postopoma nadzorovano znižuje zračni tlak. Ko se tlak v komori, ki je znana količina, izenači s tlakom v plošči, se začne debelina plošče povečevati. Torej, ko laserski merilnik zazna povečevanje debeline plošče, se iz tlaka v komori sklepa na tlak v plošči. Slabost takega načina merjenja je v tem, da je merjenje počasno. Če se za merjenje uporablja isti stroj kot za izdelavo plošče, stroj ni na voljo za proizvodnjo v času meritev. Zaradi tega metoda ni primerna za serijsko kontrolo plošč, temveč se pri tej metodi izvaja le vzorčno merjenje. Seveda taka metoda tudi ni mobilna.

Posredno merjenje

Pri tej metodi se meri toplotno prevodnost vakuumsko izolacijske plošče in preko tega se posredno meri tudi zračni tlak v njej. Postopek merjenja je sledeč: eno stran plošče se ogreva z grelcem posebne merilne naprave. Po določenem času se meri porast temperature na drugi strani plošče. Večji je porast temperature, slabše toplotno izolacijske lastnosti ima plošča, torej je v njej višji zračni tlak. Slabost takega načina merjenja so dolgi časi postopka meritve, običajno vsaj eno uro, zato metoda nikakor ni primerna za kontrolo v serijski proizvodnji. Prav tako seveda tudi ta metoda ni mobilna.

Brezžični radiofrekvenčni identifikacijski (RFID) merilnik tlaka

Pri tej metodi se v vakuumsko izolacijsko ploščo že med proizvodnjo vstavi elektronsko napravo, ki po zaključku izdelave pomeri zračni tlak v plošči in preko radio frekvenčnih valov javi višino zračnega tlaka v plošči na posebni čitalnik. Slabost te metode je, da je za uporabo v serijski proizvodnji neprimerna, ker je takšna elektronska naprava predraga in se zato uporablja le za vzorčenje.

Patent EP 1493007 Al (Caps)

Pri tej metodi se v vakuumsko izolacijsko ploščo med izdelavo vstavi trden toplotno prevoden material, npr. kovinsko ali keramično ploščico, ki služi kot toplotni ponor (heat sink). Pri drugačni različici merilne metode lahko ta ploščica služi kot izvor toplote (heat source). Toplotni ponor je nameščen tako, da ga od ovojnine plošče loči le testna plast, ki je tanka, zračno porozna, odprto celična, nano-strukturirana folija (thin layer, test layer), na primer polistirenska folija, katere toplotna prevodnost se spreminja v odvisnosti od zračnega tlaka. Merilna sonda, ki se jo na merjeni del pritisne z zunanje strani vakuumsko izolacijske plošče, je ogreta na določeno temperaturo, ki je višja od temperature v vakuumsko izolacijski plošči. Na ta način se doseže konduktivni toplotni tok preko testne plasti. Merilna sodna meri temperaturo in posledično toplotni tok, iz česar se sklepa na tlak v vakuumsko izolacijski plošči. Ker se del toplotnega toka odvaja na vse strani tudi preko ovojnine, mora celotna meritev potekati v nadzorovani, temperaturno kontrolirani komori, kar precej oteži postopek meritve.

Patent DE 103 48 169 Al (Caps)

Tu gre za podobno metodo kot v patentu EP 1493007 Al (Caps), le da meritev ni izvedena v temperaturno kontrolirani komori. Sicer se tudi pri tej metodi uporablja toplotni ponor (heat sink) in testna plast, katere toplotna prevodnost je odvisna od zračnega tlaka. Tlak se meri na podlagi merjenja toplotnega toka zaradi termične kondukcije preko testne plasti (thin layer, test layer) iz toplejšega na hladnejši del.

Patent EP 2 069 742 BI (Caps)

V tem primeru gre za merjenje toplotnega toka kot posledico toplotne kondukcije preko tanke testne plasti (thin layer, test layer). Razlika od prej omenjenih patentov je ta, da ni uporabljen toplotni ponor (heat sink) ali izvor toplote (heat source) v obliki toplotno prevodne ploščice. Vakuumsko izolacijska plošča oziroma njena ovojnina je v tem primeru izdelana tako, da ob robu plošče tvori žepek s testno plastjo, pri čemer je žepek povezan z notranjostjo plošče in je v njem posledično enak tlak. Pri merjenju se žepek vstavi v merilno sondo tako, da se spodnja in zgornja stran žepka dotika različnih delov merilne sonde. En del merilne sonde je toplejši, drugi del pa hladnejši, s čimer dosežemo toplotni tok na podlagi kondukcije preko testne plasti, ki je v žepku. Dodatna slabost te rešitve je npr. potreba po izdelavi testnega žepka, ki se nahaja zunaj plošče. Zato se ta metoda v industrijski proizvodnji praktično ne uporablja.

Skupna lastnost opisanih metod po EP 1493007 Al, DE 103 48 169 Al in EP 2 069 742 BI je, da uporabljajo tako imenovano testno plast (thin layer, test layer), ki je narejena iz odprto-celičnega, nanoporoznega materiala, na primer fiberglasa, poliuretanske pene, polistirenske pene,poliestrske pene, kremenjaka, aerogela, poliuretanske mate, polistirenske mate. Bistvena lastnost materialov testne plasti je, da se njihova toplotna prevodnost spreminja v odvisnosti od zračnega tlaka. Toplotni tok skozi testno plast pri teh metodah je posledica termične kondukcije, to je prehajanja toplote iz toplejšega na hladnejši del preko trdne snovi ali stika dveh trdnih snovi. Slabost teh metod je, da je toplotna prevodnost uporabljenih materialov v odvisnosti od tlaka nelinearna ravno v področju, ki je pomembno za merjenje v industrijsko izdelanih vakuumsko izolacijskih ploščah, to je od 1 mbar do 20mbar, kar rezultira v znatnih pogreških izmerjenega tlaka. K temu moramo prišteti še napake, ki se pojavijo kot posledica neenakomernosti testne plasti, različne strukture ovojnine ali različnih temperatur okolice med meritvijo.

Do zdaj znani načini merjenja zračnega tlaka v vakuumsko izolacijskih ploščah so relativno dragi zaradi opreme ali dolgotrajni zaradi zapletenosti izvajanja meritve, zato niso primerni za merjenje vsake plošče v serijski proizvodnji.

KRATEK OPIS IZUMA

Merjenje zračnega tlaka v vakuumsko izolacijskih ploščah po zadevnem izumu je izvedeno tako, da se v vakuumsko izolacijsko ploščo že med izdelavo pod ovojnino vstavi indukcijsko grelno telo, v nadaljevanju indukcijsko telo. V tipični izvedbi bo indukcijsko telo vgrajeno v vakuumski senzor, ki je poleg indukcijskega telesa sestavljen še iz zračne komore. Položaj vakuumskega senzorja je takšen, da se zračna komora nahaja med indukcijskim telesom in ovojnino vakuumske plošče. Zračna komora ima eno ali več odprtin, da je tlačno povezana s prostorom izven vakuumskega senzorja, torej s prostorom v vakuumski plošči. Posledično je v zračni komori enaka zmes plinov in enak tlak kot v sredici oziroma v notranjosti vakuumsko izolacijske plošče, ko je vakuumski senzor vstavljen v vakuumsko izolacijsko ploščo. Ko je vakuumsko izolacijska plošča do konca izdelana in ovojnina neprodušno zaprta, se lahko začne izvajati merjenje tlaka. Z zunanje strani se vakuumsko izolacijski plošči približa merilno sondo, in sicer na mestu, kjer se nahaja vakuumski senzor pod ovojnino. Merilna sonda vsebuje generator izmeničnega elektromagnetnega polja in merilnik temperature. Z generatorjem izmeničnega elektromagnetnega polja se doseže, da se indukcijsko telo v vakuumskem senzorju segreje, z merilnikom temperature pa se meri temperaturo na površini vakuumske plošče, kjer se nahaja vakuumski senzor. Na ta način se meri toplotni tok skozi zračno komoro, v kateri je ista zmes plinov in tlak kot v vakuumski plošči. Toplotni tok prehaja skozi zračno komoro na podlagi toplotne konvekcije. Ker sta toplotna prevodnost zraka oziroma zmesi plinov, ki se nahaja v vakuumsko izolacijski plošči oziroma v zračni komori, ter posledično toplotni tok skozi zračno komoro odvisna od tlaka, se lahko iz izmerjene temperature na mestu, kjer se zračna komora dotika ovojnine, sklepa na toplotno prevodnost in posledično na višino tlaka v vakuumsko izolacijski plošči.

Izum bo podrobneje opisan v nadaljevanju in na slikah, ki predstavljajo:

Slika 1 in 2 predstavljata različne možnosti vstavljanja vakuumskega senzorja v vakuumsko izolacijsko ploščo;

Slika 3 predstavlja izvedbeni primer vakuumskega senzorja - perspektivni pogled

Slika 4 predstavlja drug izvedben primer vakuumskega senzorja - pogled od spodaj

Slika 5 predstavlja nadaljnji izvedben primer vakuumskega senzorja vstavljenega v vakuumsko izolacijsko ploščo

Slika 6 predstavlja izvedbeni primer merilne sonde

PODROBEN OPIS IZUMA

Merjenje tlaka v vakuumsko izolacijski plošči po zadevnem izumu poteka na tak način, da se v vakuumsko izolacijsko ploščo, ki je sestavljena iz sredice 1 in ovojnine 2, že med izdelavo vstavi indukcijsko telo 5. Zaradi lažje izvedbe, je indukcijsko telo 5 lahko vgrajeno v predizdelan vakuumski senzor 3, ki se ga med izdelavo vakuumsko izolacijske plošče vstavi v vakuumsko izolacijsko ploščo pod ovojnino 2, prednostno tik pod ovojnino 2.

Vakuumski senzor 3 je sestavljen iz zračne komore 4 in indukcijskega telesa 5. Pri vstavljanju vakuumskega senzorja 3 v vakuumsko izolacijsko ploščo je pomembno, da se zračna komora 4 nahaja med indukcijskim telesom 5 in ovojnino 2, kjer se bo izvedla meritev temperature.

Ena od možnosti vstavljanja vakuumskega senzorja 3 je ta, da se ga enostavno položi na sredico 1 predno se izsesa zrak in ustvari podtlak, ter ovojnino neprodušno zapre, na primer zvari. Ta možnost je prikazana na sliki 1.

Na sliki 2 je prikazana druga možnost vstavljanja, da se v sredici 1 izdela utor 8, v katerega se namesti vakuumski senzor 3. Na slednji način dosežemo, da se vakuumski senzor 3 ne premika med samim postopkom izsesavanja zraka in nepredušnim zapiranjem ovojnine 2 okoli sredice 1, ter da vakuumsko izolacijska plošča nima izbokline na mestu, kjer je vdelan vakuumski senzor 3.

Indukcijsko telo 5 je izdelano iz materiala s feromagnetnimi lastnostmi, kot je na primer železo, da učinkovito služi kot indukcijsko grelno telo, ko se ga postavi v izmenično elektromagnetno polje. Pri materialu s feromagnetnimi lastnostmi, ki je izpostavljen izmeničnemu elektromagnetnemu polju, pride do segrevanja tudi zaradi zaželenih histereznih izgub na podlagi magnetne histereze, ki se pretvorijo v Joulovo toploto.

Zračna komora 4 služi temu, da ustvari prostor določenih dimenzij nad indukcijskim telesom 5 skozi katerega se razširja toplota. Na drugi strani zračne komore 4, to je na strani ovojnine 2, merimo temperaturo, ki je odvisna od toplote, ki jo ustvari indukcijsko telo 5 in toplotne prevodnosti zmesi plinov pod določenim tlakom v zračni komori 4. Zračna komora 4 je tlačno povezana z zunanjostjo vakuumskega senzorja 3, kar predstavlja notranjost vakuumsko izolacijske plošče, kadar je vakuumski senzor 3 vstavljen v vakuumsko izolacijsko ploščo. Tlačna povezava je izvedena preko ene ali več odprtin, s čimer dosežemo, da je v zračni komori 4 ista zmes plinov in isti tlak kot v sredici 1 oziroma v notranjosti vakuumsko izolacijske plošče.

Pri izvedbi zračne komore 4 je potrebno paziti, da se notranja prostornina zračne komore 4 zaradi podtlaka v njej in posledično pritiska nanjo ne deformira na tak neželen način, da izgubi bodisi potrebno prostornino, skozi katero merimo toplotni tok, bodisi tlačno povezavo z notranjostjo vakuumsko izolacijske plošče.

V enem od izvedbenih primerov je zračna komora 4 izdelana tako, da dno zračne komore 4 predstavlja indukcijsko telo 5, ki je v obliki ploščice. Ploščica je prednostno okrogle oblike, lahko pa je tudi večkotnik. Zgornji del zračne komore 4 je izdelan iz zgornje stene 9, ki je prav tako v obliki ploščice enake ali približno enake površine kot ploščica indukcijskega telesa 5.

Zgornja stena 9 mora biti dovolj čvrsta, da zdrži pritisk podtlaka in prepreči deformacijo zračne komore 4 ob pritisku zunanjega tlaka, ter dovolj toplotno prevodna, da ne povzroča napake pri merjenju toplotnega toka skozi zračno komoro 4.

Zračna komora 4 v tem izvedbenem primeru je narejena tako, da se med indukcijskim telesom 5 in zgornjo steno 9 pritrdi eden ali več distančnikov 6. Tlačno povezanost med notranjostjo vakuumsko izolacijske plošče in zračno komoro 4 se doseže na enega od naslednjih načinov ali z njihovo kombinacijo :

- da se naredi eno ali več lukenj v indukcijsko telo 5; prednostno je v indukcijskem telesu le ena drobna izvrtina 7;

- da se naredi eno ali več lukenj v distančnik 6;

- da je distančnik 6 oziroma so distančniki nameščeni na tak način, da po obodu ne izpolnjujejo v celoti reže med indukcijskim telesom 5 in zgornjo steno 9.

Na sliki 3 je prikazan izvedbeni primer vakuumskega senzorja 3, pri čemer zračno komoro 4 na spodnji strani zamejuje indukcijsko telo 5 v obliki okrogle ploščice, na zgornji strani jo zamejuje zgornja stena 9 pretežno enake oblike, pri čemer je v distančniku 6 narejena odprtina 10, ki predstavlja tlačno povezavo med zračno komoro 4 in notranjostjo vakuumsko izolacijske plošče. Prostor zračne komore 4 na tej sliki ni viden, saj se nahaja v notranjosti omenjenih elementov.

Na sliki 4 je prikazana spodnja stran izvedbenega primera vakuumskega senzorja 3, ki ima drugačno izvedbo tlačne povezave od tega na sliki 3. Kot na sliki 3, je zračna komora 4 na spodnji strani zamejena z indukcijskim telesom 5 v obliki okrogle ploščice, na zgornji strani je zamejena z zgornjo steno 9 pretežno enake oblike. Razlika je v tem, da je distančnik 6 izdelan kot prstan, tako da je reža med indukcijskim telesom 5 in zgornjo steno 9 ob robu zaprta po celem obodu. Tlačno povezavo med zračno komoro 4 in notranjostjo vakuumsko izolacijske plošče v tem izvedbenem primeru dosežemo z drobno izvrtino 7 v indukcijskem telesu 5. Zgornja stena 9 na tej sliki ni vidna, saj se v pogledu s spodnje strani nahaja za indukcijskim telesom 5.

Da dodatno zmanjšamo napako merjenja, lahko za zgornjo steno 9 izberemo material, ki ima v vertikalni smeri dobro toplotno prevodnost, v horizontalni smeri pa je dober izolator, npr. FR4, ki se uporablja pri proizvodnji plošč za tiskana vezja. Takšne toplotno izolativne lastnosti zgornje stene 9 nam po eni strani dodatno preprečujejo vpliv prehajanja toplote, ki bi se širila preko distančnika 6 na osrednji del zgornje stene 9, kjer se preko ovojnine 2 meri temperatura; po drugi strani pa nam omogoča čim bolj nemoten prenos toplote v vertikalni smeri iz zračne komore 4 preko zgornje stene 9 na ovojnino 2, kjer se meri temperatura.

Zgornja stena 9 je lahko na spodnji strani, to je na strani, ki je obrnjena proti zračni komori 4 in indukcijskemu telesu 5, prevlečena s tanko plastjo svetlečega materiala, na primer aluminijasto folijo ali pa je obarvana s svetlečo barvo na aluminijevi podlagi, s čimer je ustvarjena refleksno plast, ki preprečuje prenos toplote kot posledico radiacije z indukcijskega telesa 5 skozi zračno komoro 4 na zgornjo steno 9. Pri metodi merjenja po zadevnem izumu je zaželen le toplotni tok skozi zračno komoro 4 zaradi toplotne konvekcije, saj toplotni tok zaradi radiacije prispeva k napaki merjenja.

Slika 5 prikazuje prerez izvedbenega primera, pri katerem je v zgornji steni 9 izvedena odprtina 19, prednostno okrogle oblike, ki je namenjena temu, da odpravimo vpliv toplotne vztrajnosti materiala zgornje stene 9 na meritev temperature na zgornjem delu zračne komore 4. Ta odprtina mora biti dovolj majhna, da razlika med zunanjim tlakom in podtlakom v vakuumsko izolacijski plošči ne poškoduje ovojnine 2, ko se ta vboči v zračno komoro 4, ter da se ovojnina 2 ne vboči do te mere, da bi segla skozi celotno zračno komoro 4 in se dotaknila indukcijskega telesa 5.

Da bi kar najbolj zmanjšali neželeno prehajanje toplote iz indukcijskega telesa 5 na zgornjo steno 9 preko distančnika 6, je slednji prednostno izdelan iz materiala, ki ima čim boljše toplotno izolacijske lastnosti.

Za merjenje tlaka po zadevnem izumu je potreben tudi generator izmeničnega elektromagnetnega polja 11, v nadaljevanju generator 11, ter merilnik temperature 12. Z generatorjem 11 se ustvari izmenično elektromagnetno polje primerno za gretje indukcijskega telesa 5. Zaradi tega se mora generator 11 med vzbujanjem postaviti dovolj blizu indukcijskega telesa 5, torej vakuumskega senzorja 3, ki je pred merjenjem že vstavljen v vakuumsko izolacijsko ploščo. Z merilnikom temperature 12 se meri temperaturo na tistem mestu ovojnine 2, ki je najbližje indukcijskemu telesu 5. Pri izvedbenih primerih, kjer je indukcijsko telo 5 vdelano v vakuumski senzor 3 in se ta nahaja med sredico 1 in ovojnino 2, se temperaturo meri na mestu, kjer se ovojnina 2 dotika vakuumskega senzorja 3, namreč zgornjega dela zračne komore 4, prednostno na sredini vakuumskega senzorja 3, s čimer lahko izmerimo toplotni tok na podlagi toplotne konvekcije skozi zračno komoro 4 s čim manj napakami.

V enem od izvedbenih primerov je generator 11 izveden z elektronskim sklopom 18, ki generira izmenično napetost in navitjem iz debelejše večžilne žice, ki ustvarja izmenično elektromagnetno polje.

V drugem izvedbenem primeru je generator 11 izdelan iz elektronskega sklopa 18 in navitja na feritnem jedru U oblike 17, pri čemer se generator 11 med vzbujanjem prednostno postavi v tak položaj, da se vakuumski senzor 3 z indukcijskim telesom 5 in zračno komoro 4 nahaja med koncema feritnega jedra, s čimer dosežemo boljši izkoristek generatorja 11.

Za merilnik temperature 12 se lahko uporabi različne senzorje toplote, na primer PTC upore, NTC upore ali termočlene. Zaželeno je, da ima merilnik temperature 12 čim manjšo toplotno vztrajnost, s čimer se poveča točnost meritve, skrajša čas meritve in čas v katerem je meritev mogoče ponoviti z istim merilnikom temperature.

Prednostno sta generator 11 in merilnik temperature 12 skupaj nameščena na merilni sondi 13, kar olajša merjenje, saj morata biti oba v času merjenja v neposredni bližini vakuumskega senzorja 3.

Signal iz merilnika temperature 12 se v enem od izvedbenih primerov lahko vodi preko analogno digitalnega pretvornika 15 v enoto za obdelavo podatkov 14, preko katere krmilimo generator 11 in kjer se izmerjene vrednosti temperature z merilnika temperature 12 v posameznih časovnih intervalih ter čas in jakost vzbujanja generatorja 11 ustrezno obdelajo, iz česar se preko odvisnosti od toplotnega toka skozi zračno komoro 4 in toplotne prevodnosti zraka v zračni komori 4 izračuna tlak v vakuumsko izolacijski plošči. Dve od možnih metod merjenja sta opisani spodaj. Rezultat merjenja se prikaže na prikazovalniku 16. Analogno digitalni pretvornik 15, enota za obdelavo podatkov 14 in prikazovalnik 16 so prednostno nameščeni na merilni sondi 13.

Slika 6 prikazuje merilno sondo 13 v izvedbenem primeru, pri katerem je uporabljen generator 11 z navitjem na feritnem jedru U oblike 17 in elektronskega sklopa 18. Prikazan je položaj sonde 13 med vzbujanjem, namreč da se vakuumski senzor 3 z indukcijskim telesom 5 in zračno komoro 4 nahaja med koncema feritnega jedra U oblike 17, s čimer dosežemo boljši izkoristek generatorja 11. Vakuumski senzor 3 je že med izdelavo vakuumsko izolacijske plošče vstavljen vanjo na sredico 1 pod ovojnino 2. Na sliki 6 so prikazani tudi ostali sestavni deli merilne sodne 13 v tem izvedbenem primeru, in sicer merilnik temperature 12, katerega položaj med merjenjem je prednostno na sredini vakuumskega senzorja 3, analogno digitalni pretvornik 15, enota za obdelavo podatkov 14 ter prikazovalnik 16. Kot omenjeno, je na sliki 6 je prikazan položaj navitja na feritnem jedru U oblike 17 ter merilnika temperature 12 glede na položaj vakuumskega senzorja 3 med vzbujanjem indukcijskega telesa 5 in med merjenjem; položaj ostalih elementov sonde 13 pa je prikazan le simbolično.

Odvisnost toplotne prevodnosti zraka od zračnega tlaka je skoraj linearna v območju do 20 mbar, ki je najbolj relevantno pri proizvodnji in uporabi vakuumsko izolacijskih plošč, kar izhaja iz znanega stanja tehnike, npr. članka C.C. Minter, 1963, Effect of pressure on the thermal conductivity of a gas, Electrochemistry Branch, Chemistry Division. Zaradi te linearne odvisnostni je merjenje po zadevnem izumu dovolj natančno, pri čemer toplota prehaja skozi zračno komoro 4 zaradi toplotne konvekcije, to je prehajanja toplote iz toplejšega na hladnejši del zaradi Brovvnovega gibanja molekul plina.

Odvisnost toplotne prevodnosti različnih materialov, ki so v znanem stanju tehnike uporabljeni kot testne plasti, od tlaka je znana in opisana na primer na spletni strani http://www.vipbau.de/e pages/technologv/vip/howthevwork.htm. Če se ta odvisnost primerja z odvisnostjo toplotne prevodnosti zraka od tlaka, je razvidno, da je odvisnost toplotne prevodnosti zraka znatno bolj linearno odvisna od tlaka v relevantnem območju, to je do 20 mbar, kot pa je toplotna prevodnost materialov, ki so uporabljeni za testno plast. Zaradi tega so rezultati meritev tlaka po zadevnem izumu bolj natančni.

Indukcijsko telo 5, ki je vstavljeno v vakuumsko izolacijsko ploščo na določeni razdalji od ovojnine 2, merilnik temperature 12 in generator 11 so povezani v magnetno indukcijski merilni sistem. Prednostno je indukcijsko telo 5 vdelano v vakuumski senzor 3, ki je vstavljen v vakuumsko izolacijsko ploščo na enega od zgoraj opisanih načinov.

Metoda merjenja tlaka v vakuumsko izolacijskih ploščah z magnetno indukcijskim merilnim sistemom po zadevnem izumu vsebuje naslednje korake:

1. Merjenje začetne temperature z merilnikom temperature 12 na mestu na ovojnini 2, ki se nahaja v neposredni bližini indukcijskega telesa 5, prednostno na sredini vakuumskega senzorja 3.

2. Gretje indukcijskega telesa 5 z določeno jakostjo vzbujanja generatorja 11, pri čemer trajanje časovnega intervala vzbujanja merimo in nadziramo.

3. Dodatno merjenje temperature z merilnikom temperature 12 na istem mestu ali bistveno istem mestu kot merjenje začetne temperature v eni ali več časovnih točkah med trajanjem ali po intervalu vzbujanja generatorja 11.

Po eni od možnih izvedb opisane metode je interval vzbujanja indukcijskega telesa 5 z generatorjem 11 določen v naprej. Dodatno merjenje temperature se izvede le enkrat po začetnem merjenju, in sicer prednostno v istem trenutku, ko se zaključi interval vzbujanja. Pri večjih tlakih v vakuumsko izolacijski plošči je toplotna prevodnost zraka v zračni komori 4 večja, posledično je večji toplotni tok skozi zračno komoro 4 in višja razlika med začetno in končno temperaturo pri dani jakosti in v naprej določenem časovnem intervalu vzbujanja. Pri manjših tlakih, ki so zaželeni pri vakuumsko izolacijskih ploščah, pa bo razlika med začetno in končno temperaturo manjša.

Po drugi od možnih izvedb zgoraj opisane metode je v naprej določena razlika med začetno temperaturo in končno temperaturo. Merimo časovni interval vzbujanja indukcijskega telesa 5, ki traja toliko časa, da se doseže v naprej določena razlika med začetno temperaturo in končno temperaturo. Zaradi tega temperaturo merimo večkrat znotraj intervala vzbujanja indukcijskega telesa 5. Pri večjih tlakih v vakuumsko izolacijski plošči bo toplotna prevodnost zraka v zračni komori 4 večja, posledično bo večji toplotni tok skozi zračno komoro 4 in krajše trajanje intervala gretja in merjenja temperature, da se doseže v naprej določena razlika med začetno in končno temperaturo pri dani jakosti vzbujanja. Pri manjših tlakih, ki so zaželeni pri vakuumsko izolacijskih ploščah, pa bo trajanje intervala gretja daljše.

Claims (15)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Vakuumski senzor (3) za merjenje tlaka v vakuumsko izolacijski plošči, označen s tem, da je sestavljen iz indukcijskega telesa (5), ki je izdelano iz materiala s feromagnetnimi lastnostmi, in zračne komore (4), pri čemer je zračna komora (4) v tlačni povezavi z zunanjostjo vakuumskega senzorja (3).
2. 2. Vakuumski senzor 3 po zahtevku 1, označen s tem, da je zračna komora (4) izvedena kot prostor med indukcijskim telesom (5), zgornjo steno (9) in enim ali več distančniki (6) med indukcijskim telesom (5) in zgornjo steno (9).
3. 3. Vakuumski senzor (3) po zahtevkih 1 ali 2, označen s tem, da je tlačna povezava zračne komore (4) z zunanjostjo vakuumskega senzorja (3) izvedena kot ena ali več izvrtin (7) v indukcijskem telesu (5).
4. 4. Vakuumski senzor (3) po zahtevku 2, označen s tem, da je tlačna povezava zračne komore (4) z zunanjostjo vakuumskega senzorja (3) izvedena kot ena ali več odprtin (10) v distančniku (6).
5. 5. Vakuumski senzor (3) po zahtevkih 2 do 4, označen s tem, da je v zgornji steni (9) izvedena odprtina (19).
6. 6. Vakuumski senzor (3) po zahtevku 2 ali 3, označen s tem, da je indukcijsko telo (5) v obliki ploščice okrogle površine, da je zgornja stena (9) v obliki ploščice enake površine kot indukcijsko telo (5), ter da je distančnik (6) v obliki prstana.
7. 7. Vakuumski senzor (3) po zahtevkih 2 do 6, označen s tem, da je zgornja stena (9) izdelana iz materiala, ki ima v vertikalni smeri dobro toplotno prevodnost, v horizontalni smeri pa je dober izolator, prednostno iz FR4.
8. 8. Vakuumski senzor (3) po zahtevkih 2 do 7, označen s tem, da je zgornja stena (9) na strani, ki je obrnjena proti indukcijskemu telesu (5), prevlečena s tanko plastjo svetlečega materiala, prednostno aluminijasto folijo ali obarvana s svetlečo barvo na aluminijevi podlagi.
9. 9. Magnetno indukcijski sistem za merjenje tlaka v vakuumsko izolacijski plošči, označen s tem, da ga tvori indukcijsko telo (5), ki je izdelano iz materiala s feromagnetnimi lastnostmi in je vstavljeno v vakuumsko izolacijsko ploščo na določeni razdalji od ovojnine (2), merilnik temperature (12) in generator (11).
10. 10. Sistem po zahtevku 9, označen s tem, da je generator (11) sestavljen iz navitja na feritnem jedru U oblike (17) ter elektronskega sklopa (18).
11. 11. Sistem po zahtevkih 9 do 10, označen s tem, da vsebuje tudi enoto za obdelavo podatkov (14), analogno digitalni pretvornik (15) in prikazovalnik (16).
12. 12. Sistem po zahtevkih 9 do 11, označen s tem, da je indukcijsko telo (5) vdelano v vakuumski senzor (3).
13. 13. Metoda merjenja tlaka v vakuumsko izolacijski plošči, označena s tem, da vsebuje naslednje korake:

    - merjenje začetne temperature z merilnikom temperature (12) na mestu na ovojnini (2), ki se nahaja v neposredni bližini indukcijskega telesa (5), prednostno na sredini vakuumskega senzorja (3);

    - gretje indukcijskega telesa (5) z določeno jakostjo vzbujanja generatorja (11), pri čemer časovni interval vzbujanja merimo in nadziramo;

    - dodatno merjenje temperature z merilnikom temperature (12) na istem mestu ali bistveno istem mestu kot merjenje začetne temperature v eni ali več časovnih točkah med trajanjem ali po intervalu vzbujanja generatorja (11).
14. 14. Metoda po zahtevku 13, označena s tem, da je interval vzbujanja indukcijskega telesa (5) z generatorjem (11) določen v naprej ter da se dodatno merjenje temperature izvede le enkrat po začetnem merjenju, in sicer prednostno v istem trenutku, ko se zaključi interval vzbujanja.
15. 15. Metoda po zahtevku 13, označena s tem, da se meri trajanje časovnega intervala vzbujanja indukcijskega telesa (5), ki traja toliko časa, da se doseže v naprej določeno razliko med začetno temperaturo in končno temperaturo, pri čemer se temperaturo meri večkrat znotraj intervala vzbujanja indukcijskega telesa (5).