175885. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és készülék fizikai, kémiai folyamatok követésére és hőinek meghatározására
9 175885 10 szenzor felépítése kizárja, mivel a termooszlop huzalozása a szenzor érzékelő pontjai közti területre esik, és így a huzalok összkeresztmetszetének növekedése a szenzor belső Rtb termikus ellenállásának (lásd 1. ábra) csökkenéséhez, végső soron a referencia hőmérséklet nagyobb instabilitásához vezetne. Megjegyezzük, hogy az egyszerű alakú (10) egyenlet közelítőleg érvényes, az érvényességi feltételei csak közelítőleg teljesülnek az 1. ábrán szemléltetett készülékre. Ennek oka elsősorban az aktív és referencia érzékelő pontok közötti termikus kapcsolat, a szenzor belső Rtb termikus ellenállása. Bonyolultabb egyenletek sem szolgáltatnak exakt leírást [R. A. Baxter: Thermal Analysis Vol. 1., Eds.: R. F. Schwenker, Jr., P. D. Gam, Academic Press, New York (1969) 65-73. old., A. P. Gray: Analytical Calorimetry, Eds.: R. S. Porter, J. F. Johnson, Plenum Press, New York, (1968) 209—218. old.]; levezetésüknél és értelmezésüknél kihatásaiban fel nem mért elhanyagolásokat és egyszerűsítéseket alkalmaznak. Elhanyagolják például a szenzor kivezetéseinek esetleges tartóinak részesedését a hőáramok vezetésében, pedig nem illeszkednek a szenzor síkjának hővezetésébe és a szenzor hőáramra legérzékenyebb pontjaiban csatlakoznak. Megemlítjük még, hogy' a DDC-készülék alkalmazásának felső hőmérséklet határa 500—600 °C, mert a szenzor működése belső hővezetésére alapozott, és növekvő hőmérséklettel a teljes hőtranszportban a hősugárzás, mint a szenzoron kívüli hőtranszport válik dominánssá a hővezetéssel, a szenzoron belüli hőtranszporttal szemben. így funkciójában a valódi hőárammérő szenzor hőmérsékletkülönbség mérővé végső soron a DDC-készülék DTA-készülékké válik. A hiányosságok további részletezése sem szolgálhat alapvető fejlesztés kiindulási pontjául, mert ezen hiányosságok csak tünetei a szenzor felépítésében elkövetett eredő hibának, amelynek felismerésére a szenzorok szimmetria viszonyainak mélyebb elemzése ad lehetőséget. A termikus szakirodalomban ritkán tesznek említést a szimmetriáról és akkor is ezalatt csak geometriai szimmetriát értenek, [A. Yamamoto, K. Yamada, M. Maruta és J. Akijama: Thermal Analysis, Eds.: R. F. Schwenker Jr., P. D. Garn, Academie Press, New York, (1969) Vol. 1., 105. old.] holott a készülék működése a szenzor termikus viselkedésén alapszik. Meg kell különböztetnünk a szenzor felépítésében megvalósított geometriai, és termikus viselkedésében jelentkező termikus szimmetriát, amelyek csak gondolatilag választhatók szét, de valójában szoros és elválaszthatatlan kapcsolatban állnak egymással. A 2. ábra a szenzor geometriai szimmetriáját szemlélteti, feltüntetve az 5 lapkát, a 3, 4 hőmérsékletérzékelők helyét, valamint a szenzor és a termosztát közös határát. Megfigyelhető, hogy önmagára a szenzorra a síkidomok legmagasabb szimmetriája, az egyetlen C szimmetriacentrummal és végtelen számú szimmetriatengellyel rendelkező körszimmetria érvényesül. A két érzékelő kijelölése e körszimmetriát nagymértékben csökkenti, a szimmetriatengelyek közül csak a két kitüntetett helyzetű A és B szimmetriatengelyt hagyva meg. Amíg a Du Pont szenzor geometriai szimmetriájában az ábrán megjelölt szimmetriaelemek megtalálhatók, addig a Mettler szenzorában egyetlen szimmetriaelem sem található, a termooszlop aszimmetrikus huzalozása miatt. Még a Du Pont szenzor esetében is a szimmetria további, lényeges redukciója, az A szimmetriatengely és a C szimmetriacentrum megszűnése következik be a szenzor termikus szimmetriájában. A 3/a ábrán az érzékelőknél támadó 4>A és 4>r hőáramok hatására, a megmaradt B szimmetriatengely mentén kialakult hőmérsékletprofil látható, amelyen a termosztát T0 hőmérsékletén kívül a AT hőmérsékletkülönbség, a jelképzéshez felhasznált Ta és Tr hőmérsékleti szélsőérték pontok is be vannak jelölve. A szenzor hőmérsékletprofilja a két T0 hőmérsékletű pontban kitámasztott olyan elasztikus rendszernek tekinthető, amelynek minden pontjára kihatással van akár csak az egyik hőáram megváltozása is. Belátható, hogy a 4>a hőáram nemcsak az aktív Ta hőmérsékletre, hanem a referencia Tr hőmérsékletre is befolyással van. Már itt is felismerhető, hogy rendszerünk tehát szimmetrikusan (a Ta hőmérséklet változására a Tr hőmérséklet megváltoztatásával) igyekszik viselkedni. Ennek ellenére, a szenzorok működése, a jelképzés, a kikényszerített, de maradéktalanul soha meg nem valósítható aszimmetrikus hőmérsékletprofilra, a Tr = konstans (sztatikus mérés), illetve a dTR-----= konstans (dinamikus mérés) feltételek teljesüdt lésére épül. Az ábrán az is látszik, hogy a referencia hőmérséklet kiválasztása az érzékelő rögzítési helyével, bizonyos mértékig önkényes, előnytelenül a hőmérsékletprofil meredek, behatásra érzékenyen változó szakaszára esik. Az aszimmetria következménye továbbá, hogy a hőmérsékletprofilnak nemcsak a szélső értékei (TA és Tr hőmérsékletek), hanem ezeknek a szenzoron belüli helyei is változnak a <t>A hőáram nagyságával, és különösen jelentős a TA hőmérséklet elmozdulása a szenzor középpontja felé a 4>a hőáram hirtelen megszűnésével, vagyis a vizsgálandó folyamat befejeződésével. A szélsőértékek helyeinek elmozdulása szintén befolyásolja a mérés pontosságát, mert a hőmérsékletérzékelő pontok helyei viszont rögzítettek. Egy hőmérsékletmező szélsőértékének helye időben, a hőáram változása esetén is, akkor lenne állandó, ha a hőáram támadási pontjából továbbhaladó hőáramok mindenkori egyensúlya valósulna meg, vektoriális eredőjük mindenkor nulla, vagy másképpen, ha az izotermák és hőáramok térbeli eloszlásában megjelenő termikus szimmetria e pontban időben állandó szimmetriacentrummal rendelkezne. Ez nem teljesül az eddigi szenzorokban, ami igen jól megfigyelhető a 3/b ábrán, a szenzor hőmérsékletmezőjének felülnézeti képén, feltüntetve rajta a H izotermikus vonalakat, a 4>a és <í>r hőáramoknak a szenzor síkjában történő eloszlásával keletkező 4>0 hőáramokat, valamint a T0, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5
