189791. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés hővezetési anyagjellemzők, különösen hővezetési tényező és térfogati hőkapacitás meghatározására
2 1 A találmány tárgya eljárás és berendezés hővezetési anyagjellemzők, különösen hővezetési tényező és térfogati hőkapacitás meghatározására. Az eljárás során mérendő anyagot felmelegítünk, hőmérsékletének változását követjük, a változásnak megfelelő villamos jelet generálunk és a villamos jel alapján a hővezetési anyagjellemző értékét megállapítjuk, míg a javasolt berendezés hőforrását, mintadarabhoz illeszkedő érzékelőt, valamint az érzékelővel csatlakozó kiértékelő egységet tartalmaz. A találmány szerinti eljárás és berendezés segítségével két egymástól független hővezetésí anyagjellemző egyidejű meghatározása is lehetővé válik. Az energiagazdálkodási szempontból elsődleges fontosságú hőtechnikai berendezések, termikus technológiák időben változó üzemviszonyainak vizsgálatakor szükség van a különböző anyagok hővezetési tényezőjének és térfogati hőkapacitásának ismeretére. Ezek meghatározására hagyományosan, egymástól függetlenül végzett különböző elven alapuló módszerek ismeretesek. Ezek lényege például a hővezetésj tényező mérése stacioner vagy instacioner elven, a hagyományos vagy differenciál kalorjmetriás fajhőmérés, de elengedhetetlen a tömeg- valamint a térfogatinérés a sűrűség meghatározására. A hővezetési mérések során általában a mérendő anyagot melegítik és hőmérsékletváltozását melegítés közben, például villamos elven működő érzékelővel követik. A folyamat és az anyag egyéb fizikai jellemzőit (fajhő, illetve hőkapacitás, leadott teljesítmény, sűrűség stb.) ismerve a kívánt hővezetési anyagjellemző meghatározható. Ehhez tehát több - általában igen drága - berendezést kell felhasználni, amelyek kezelése magas képzettséget igényel. Ugyanakkor közismert tapasztalati tény az, hogy a különböző időpontokban és eltérő körülmények (feltételek, viszonyok) között mért paraméterekértékek a felhasználás során nem mindig teszik lehetővé a kielégítő megbízhatóság elérését. További nehézséget jelent az anyagjellemzők hőmérsékletfüggésének meghatározása, amihez idő és munkaigényes összetett sorozatmérésekre, egyes paraméterek esetén pedig speciális berendezésekre van szükség. A találmány célja a fenti hátrányok megszüntetése. A találmány alapja az a felismerés, hgoy a belső és külső felületekkel határolt csőszerű mintadarab belső és külső felületének a hőmérséklete hűlés közben eltérő módon változik és így ugyanarról az anyagról egyszerre két olyan mérési görbét lehet felvenni, amelyekből, megfelelő numerikus módszerek alkalmazásával, a kívánt hővezetési anyagjellemzők meghatározhatók. A találmány feladata a felismerés hasznosításával olyan eljárás és berendezés létrehozása, amellyel két egymástól független hővezetési anyagjellemző, különösen a hővezetésj tényező és a térfogati hőkapacitás, valamint az ezekből levezethető mennyiségek egyetlen mérés alapján megállapíthatók. Ezzel lehetővé válik a mérési eredmények megbízhatóságának javítása, a mérési folyamat meggyorsítása és leegyszerűsítése. A kitűzött feladat megoldására olyan eljárást dolgoztunk kj, amelynek soián a találmány szerint belső és külső felülettel határolt, hossztengellyel meghatározott hosszúkás, célszerűen hengeres csőszerű alakú mintadarabként alakítjuk ki a mérendő anyagot, azt külső felülete felől - például fűtőelemmel - melegítjük, a kívánt hőmérséklet elérése urán a melegítést -például a fűtőelem eltávolításával - megszüntetjük, a mintadarab felülete körül perdületes áramlásban gáz halmazállapotú hűtőközeget, például levegőt áramoltatunk és a hőmérséklet változását az anyag hűlése közben a belső és külső felületen a hossztengelyre merőleges síkban előnyösen a hossztengelyre merőleges egyenes mentén kijelölt két ponton érzékeljük. A találmány szerinti eljárással a különböző környezeti feltételekből és a mintadarab alakjából származó veszteségeket lehet hatásosan korlátozni, ha a hengeres csőszerű alakú mintadarab hossza legalább háromszorosa az átmérőnek. Jó hővezetésű anyag esetében ez az arány lehet akár nyolc is. A mintadarab lehet tömör elem, tömör tárcsák vagy furatos korongok egymásrahelyezésével összeállított test, vagy ömleszthető, önthető anyag befogadására alkalmas, jó hővezető anyagú belső és külső fallal határolt csőszerű tartály. A belső felülettel meghatározott belső tért célszerűen jó hővezetésű anyagból, például vörösrézből készült mag tölti ki. A mérés pontosságát javítja, ha a melegítés megszüntetése előtt a hűtőközeg áramoltatását megkezdjük, és ezzel például a melegítést biztosító térrész körül egyenletes hőmérsékletű gyűrű alakú teret hozunk létre. A melegítést célszerűen legalább addig folytatjuk, amíg az érzékeléshez kijelölt két ponton az anyag hőmérséklete nagyjából azonos, ami a gyakorlatban legfeljebb 5%-os eltérést jelent. A mérési feltételek beállítása céljából a mintadarab elhelyezése előtt időnként vele azonos alakú tömör anyagú mintatestet melegítünk és a mintatest felületi hőmérsékletén változását egy felületi ponton érzékeljük. Az érzékelt értékek alapján a hűtőközeg áramoltatásának feltétéit lehet jól beállítani, és meghatározható a mérési eredmények értékeléséhez szükséges hőátadási tényező értéke. Ugyancsak a kitűzött feladat megoldására hoztunk létre két hővezetési anyagjellemző egyidejű mérésére alkalmas berendezést, amely különösen a javasolt eljárás foganatosítására alkalmas és hőforrást, mintadarabhoz csatlakoztatott, annak hőmérsékletét követő érzékelőt, továbbá az érzékelő kimenő jelét fogadó jelfeldolgozó egységet tartalmaz és a találmány szerint a mintadarab hossztengellyel párhuzamos külső és belső felülettel meghatározott hosszúkás, előnyösen magra illesztett csőszerű hengeres testként van kialakítva, a hőforrás a mintadarab külső felületét körbevevő kemence, amely a hossztengely mentén mozgathatóan, előnyösen siillyeszthetŐen van megvezetve, körülötte örvénykamra van, amelynek a kemencétől légréssel elválasztott és a hossztengely mentén legalább két réssel ellátott belső fala, valamint hűtőközeget vezető beömléssel ellátott külső fala van, továbbá a mintadarab hosszának mintegy felénél, a hossztengelyre merőleges síkban, előnyösen a hossztengelyre merőleges egyenes mentén a belső felülethez és a külső felülethez illeszkedően egy-egy, a jelfeldolgozó egységre csatlakoztatott érzékelő van elrendezve. A mintadarabban célszerűen a magnak nyúlványa van, amellyel a mag és vele együtt a mintadarab jól felfüggeszthető. A felfüggesztés révén sok esetben nagyon hatásosan lehet a mintadarabot és a vele kapcsolódó külső egységek közötti hőkapcsolatot korlátozni, különösen, ha a nyúlvány rossz hővezetésű ötvözött acélból készült cső. A mintadarab előnyösen olyan csőszerű hengeres 189.791 6 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
