198339. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és mérőszonda termofizikai jellemzők, elsősorban hővezetési és hőmérsékleteloszlási tényező egyidejű, in situ meghatározására
1 2 méreékleteloszláshoz viszonyított AT hőmérsékleteloszlás-különbség látható a mindenkori T hömérsékleteloszláshoz képest, különböző jés r^+| időpontokban. A valóságban ezeket a görbéket a mérendő anyagban eredetileg meglévő T hőmérsékleteloszlásra kell szuperponálnl a II. diagramon látható módon. A kezdeti TQ hőmérsékleteloszlást állandónak tételezzük fel a mérés időtartamára, ami a rövid időtartam miatt megengedhető, de természetesen a Tg hőmérsékleteloszlás - To= T (r= O.r) függvénye a mérés kezdeti időpontjának és helyének. Ezért a 4 mérőhelyek Ti, rn, rn+j sugarakon történő elhelyezését, vagyis a vizsgálati mélységet ennek figyelembevételével állapítjuk meg. A 11. diagramon hőmérsékleteloszlás azt a zavartalan értéket jelenti, amely a mérendő anyagban megfelelő vízszintes távolságban - például vágattól megfelelő vízszintes távolságban — mérhető. A 11. diagramnál a a célszerű felhasználás során a vágat falának felületi hőmérséklete, a ^levegő a ^gátban lévő levegő hőmérséklete. Természetesen a hőmérsékleteloszlási tényező meghatározására nemcsak felfűtés folyamán van lehetőség, hanem például lehulési folyamattal is ellenőrizhető. A 2. ábrán a 3 fűtőelem célszerű kiképzése látható. Az ábra szerint a 3 fűtőelem jó hővezető anyagból készült, a mérendő anyagban elkészített 1 fúrólyuk falára fel fekvő, rugalmas 6 gyűrűben van elhelyezve. A mérendő anyag felületével való jó érintkezés érdekében a 3 fűtőelem a rugalmas 6 gyűrűn elrendezett 7 fűtőszálként van kiképezve. A 2. ábrán a rugalmas 6 gyűrű A átmérővel és 1 hosszúsággal olymódon van kiképezve, hogy annak rugalmasságát célszerűen hosszirányú 6’ hasíték biztosítja. A 3. ábrán a 2 mérőszondához csatlakozó kiértékelő rendszer látható. Az ábra szerint a 2 mérőszondában elhelyezett 3 fűtőelemhez 9 fűtőegység csatlakozik. A 4 mérőhelyeket, valamint a további R referenciapontként kiképzett mérőhelyet 8 termőelemek képezik. Az egyes 4 mérőhelyeknek megfelelő 8 termoelemek 10 méréspont váltóhoz vannak csatlakoztatva, amelynek segítségével az aktuális 4 mérőhely 8 termoeleme kiválasztható be-, illetve kikapcsolható. A mérés során nyert, mikrovolt nagyságrendű termofeszültségeket a 10 méréspont-váltóval összekötött 11 erősítő önmagában ismert módon — előnyösen 103-104-szeresére — felerősíti. All erősítőhöz 12 mérőátalakító csatlakozik, amely előnyösen önmagában ismert analóg-digitális mérőátalakító és a mért feszültségértékek számértékét képezi. Napjainkban használatos mérőberendezések általában mikroprocesszoros felépítésűek, amelyek 17 vezérlőegységgel rendelkeznek. A 17 vezérlőegység ismert módon tartalmaz 14 mikroprocesszort, valamint 15, 16 memóriákat. A 15, 16 memóriák alkalmazott, előnyösen RAM, valamint ROM memóriaterületei a mérési adatok, valamint kiértékelő programok tárolására alkalmasak. A 17 vezérlőegységhez az eredmények rögzítésére szolgáló 18 output-egységek vannak kötve. Az ismert kiértékelő rendszer 19 kezelőszerveket, valamint 20 kijelzőegységet is tartalmaz, amelyek szintén 13 illesztőegységen keresztül (akárcsak a 17 vezérlőegység és a 18 output-egységek) csat-, lakoznak a 12 mérőátalakítóhoz. A találmány szerinti megoldás működését egy előnyös példa kapcsán ismertetjük részletesen. A mérés során egy bánya andezites kőzetében végzünk méréseket, amely kőzetbe célszerűen 1 m hosszúságú 1 fúrólyukat mélyítünk és ebbe helyezzük el a 2 mérőszondát. Az a hőmérsékleteloszlási tényező meghatározásához különböző 4 mérőhelyeken észlelt hőmérsékletek időbeli változását használjuk fel. A mérés kiértékelésének alapja a leíró differenciálegyenlet szerinti hőmérsékletváltozás illesztése a mért értékekre. Találmányunk értelmében egyidejűleg legalább három szomszédos mérési pont, például a rnj, rn rn+l su8arakon elhelyezett 4 mérőhelyek, valamint legalább két szomszédos, például 7^, rK+j időpont alkalmazásával az ismert differenciálegyenletből származtatható differenciálegyenleg megoldásához nem szükséges külön peremfeltétel alkalmazása (lényegében elsőfajú peremfeltétel alkalmazásáról van szó). A mérés során a legjobb illeszkedést nyújtó a hőmérsékleteloszlási tényező a méréskiértékelés végeredménye. A kiértékeléshez a bevezetett hőáramot nem szükséges ismerni, így az a hőmérsékleteloszlási tényező és X hővezetési tényező meghatározása egy mástól független. A találmány szerinti megoldáshoz fűtő (hűtő) beavatkozásra van szükség, mégpedig olyan intenzitással, hogy az célszerűen néhány óra alatt jól mérhető, legalább fok-nagyságrendű hőmérsékletváltozást hozzon létre a mérési helyeken. Ehhez a fűtő (hűtő) beavatkozás helyén ennél nagyobb, például 10 °C nagyságrendű hőmérsékletváltozást hozunk létre. Az egyes 4 mérőhelyeken (legalább három ponton) regisztráljuk a fűtés (hűtés) hatására létrejövő hőmérsékletemelkedés (csökkenés) időbern változását. A hőmérsékletek időbeni alakulásából számítással határozzuk meg a keresett termofizikai jellemzőket. Megoldásunk értelmében a 2 mérőszonda 3 fűtőeleme pontszerű hőforrásként van kiképezve és a 2 mérőszonda hossza mentén vannak elhelyezve a gömbi izotermák mérésére szolgáló 4 mérőhelyek. Az egyes 4 mérőhelyeket a 3 fűtőelemtől távolodva legalább egy irányban és a jó kiértékelési lehetőség érdekében előre megtervezett - előnyösen egyenletes — kiosztásban és sűrűségben helyezzük el. A 3 fűtőelemtől mindkét irányban is elhelyezhetjük a 4 mérőhelyeket, amely elhelyezés egyben lehetőséget ad arra is, hogy az Izotermák alakjának gömbi szimmetriáját legalább egy átmérő mentén ellenőrizni lehessen. Ebben az esetben például esetleges különbségek észlelése esetén előnyösen átlagolással, vagy más módod az ismert számítás korrigálható. Az egyes 4 mérőhelyeken hőmérsékletérzékelő ként 8 termoelemek alkalmazhatók, amelyek különö sen előnyösek hőmérsékletkülönbség mérésére. Ebben az esetben különbségképzésre célszerűen úgy van leheőség, hogy a méréskiértékelés időtartama alatt meg nem zavart, a fűtés (hűtés) helyétől elegendően távol lévő pontban R referenciapontként kiképzett további mérőhelyet helyezünk el, amely a 8 termoelemek hidegpontja. Ezzel a mérési pontosság növelhető. A mérési pontosság tovább növelhető abban az - esetben, ha az egyes 4 mérőhelyeken egymással sorbakötött, több 8 termoelemet alkalmazunk. Az egymással sorbakötött 8 termoelemek darabszáma az 198.339 5 / 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 4
