186066. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés a hőátadási tényező meghatározására
i 186066 2 A H közelítő hátérték általános esetben az időben változó Aq/ AT hányadosnak a nulla /lq és zlT értékekhez feltételezett, extrapolált értékével azonos. Az extrapoláláshoz a nulla eltérítések állapota — ideje — az eltérítési és visszaállítási ciklusok Aq és AT időfüggvényeiből határozható meg. A hőárammérő réteg és a felületi hőmérsékletmérő véges hőkapacitása miatt A T és A q-ra mért és valóságos értékek a nem nulla változási sebesség folytán eltérnek. Időtakarékos, a mérőszondára nem csupán a termikus határrétegre kvázistacioner mérésnél, amennyiben a pontosság szükségessé teszi, a hőárammérő réteg hőkapacitásának mérési eredménytorzító hatása kiküszöbölhető. Ebben az esetben az ismert geometriával és hőfizikai paraméterekkel jellemzett hőárammérő réteg és felületi hőmérsékletmérő rendszernek egy ismeretlen Aq/ AT paraméterű peremfeltétellel egyértelműsített termikus rendszer-identifikációját kell elvégezni, a Aq és AT-re nyert mérési eredményekre való illesztéssel. Az így meghatározható Aq/ AT paraméter elvben a H közelítő határértéknek a legjobb becslése. A lokális fizikai környezeti hőmérséklet a zavartalan felületi hőmérséklet és hőáramsűrűség, továbbá a hőátadási tényezőméréssel meghatározott értékéből már meghatározható, mégpedig úgy, hogy a felületi hőmérsékletnek a felületi hőáramsűrűség és a hőátadási tényező előjeles viszonyszámával csökkentett értékét tekintjük a Too lokális fizikai környezeti hőmérsékletnek. A közeg ilyen módon meghatározott Too hőmérséklete értelemszerűen kielégíti a hőátvitel alapegyenletét. II. A vizsgált teljes felületnek a hőmérőt és hőárammérő réteget tartalmazó mérőszonda felülete által vizsgált darabján „fizikai” hőátadási tényező mérhető, ha a mérési eljárás során a mérés nélküli állapotban csak a mérőszonda felületével közel megegyező felületdarabon avatkozunk be a hőáramnak az I. pontban ismertetett ciklikus megváltozásával. A mérési eljárás ugyancsak megegyezik az előző pontban ismertetettel. A határrétegben a felülettel párhuzamos hőáramkomponensek torzító hatásának („peremhatás”) csökkentésére a hőárammérő réteg méretét célszerű a fűtőfelületéhez képest kismértékben csökkenteni. A „fizikai” hőátadási tényező méréséhez villamos fűtőréteggel kiegészített, kompakt mérőszonda alkalmazható. Éppen ebben rejlik a „fizikai” hőátadási tényező egyik előnye. III. A lokális „fizikai” hőátadási tényező elvben csak nulla felületű fűtőfelülettel mérhető, amelynél kompenzálhatatlan „peremhatás” zavarná meg a mérést. Ehelyett a gyakorlatban jól megvalósítható eljárás alkalmazható, amelynél kisméretű, célszerűen 1...20 mm kiterjedésű, 0,2 mm vastag hőárammérő bélyeget, és ehhez képest változtatható kiterjedésű felületen, célszerűen pl. az előző l,2...5-szörösén aktivizálható fűtőelemet, és hőmérsékletmérőt tartalmazó mérőszondát alkalmazunk, s a hőátadási tényező méréseket különböző méretű fűtött felületeken megismételjük, és a nulla felülethez tartozó extrapolált határértéket tekintjük azonosnak a lokális „fizikai” hőátadási tényezővel. Az igy nyert paraméter az alkalmazott mérőszonda felületétől független rendszerjellemző. Ugyancsak sokatmondó rendszerjellemző a lokális fizikai hőátadási tényezővel az I. ponthoz hasonlóan számolható T lokális fizikai környezeti hőmérséklet is. Az előzőekben ismertetett eljárások alkalmazhatók egyetlen mérési eredmény, vagy folyamatos mérés céljára is. Egyetlen méréshez is célszerű lehet több egymást követő mérési ciklus alkalmazása, a megbízható statisztikai kiértékelhetőség biztosítására. A találmány tárgyát képezi — mint már említettük — az eljárás megvalósítására szolgáló berendezés is. A továbbiakban rajz alapján, kiviteli példa kapcsán ismertetjük részletesebben a találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló berendezést. Az 1. ábra a találmány szerinti berendezés kapcsolásának tömbvázlatát mutatja példákképpen. A 2. ábra példaképpen az 1. ábra szerinti tömbvázlat tömbjeinek bontottabb alakját szemlélteti. A találmány szerinti eljárás megvalósítására szolgáló berendezést az 1. ábra szerinti tömbvázlat alapján ismertetjük. A mérendő felületre helyezett 1 felületi hőmérsékletmérő és hőárammérő réteg villamos csatlakozói a 2 felületi hőmérséklet és hőáramsűrűség mérő egység bemenetére kapcsolódnak, amely egység — célszerűen digitális — kimenete a 3 mérésszervező és méréskiértékelő egységhez csatlakozik. Az eddig leírt elrendezés megeggyezik az ismert, hőmérséklet- és hőárammérésre alkalmazható mérésadat gyűjtőkkel. Az általunk kidolgozott kapcsolási elrendezés újszerűsége abban rejlik, hogy a 3 mérésszervező és méréskiértékelő egységhez kapcsolódik a 4 hőáramsűrűség ciklikus megváltoztatását vezérlő és beavatkozó egység, amelynek kimenete a vizsgált felület hőáramsűrűségét befolyásoló 5 szabályozó elemhez vagy a mérőszonda kiegészítő fűtőrétegéhez termikusán vissza van csatolva. A találmány szerinti berendezés egyes részegységeinek felépítése változatos kialakítású lehet. Egy célszerű kiviteli változatot mutat be a 2. ábra, amelyen a 2 felületi hőmérséklet- és hőárammérő egység a bemeneti pontokra kapcsolódó, nullpont és érzékenység beállítóval rendelkező A, és A2 analóg erősítőt, ennek kimenetéhez csatlakozó M multiplexert, valamint ehhez kapcsolódó S/H mintavevő és tartó áramkört, valamint A/D analóg-digitál átalakítót tartalmaz, a 3 mérésszervező és méréskiértékelő egység pP vezérlő és méréskiértékelő, valamint ehhez kapcsolódó PH eredménymegjelenítő, perifériameghajtó és/vagy eredményrögzitő egységet tartalmaz, a 4 hőáramsűrűség ciklikus megváltoztatását vezérlő és beavatkozó egység PCG periodikus villamos áramfüggvény-generátort, valamint ennek kimenetéhez kapcsolódó D demultiplexer! tartalmaz a különböző méretű kiegészítő fűtőelemek közvetlen meghajtásai számára. Az A, analóg erősítő előtt a termoelemes hőmérsékletmérés számára K nullpont termosztát alkalmazható. A mérőberendezés célszerű kiviteli változatát nyerjük, ha PCG periodikus villamos áramfüggvény-generátorként programozható négyszögjel 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
