186066. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés a hőátadási tényező meghatározására
1 186066 2 lületen az eredeti hőmérsékletet és hőáramot csak elhanyagolható mértékben megváltoztató felületi hőmérsékletmérő és hőárammérő réteget helyezünk el, továbbá gondoskodunk a felületet fűtő vagy hűtő teljesítmény szabályozásával, vagy kiegészítő fűtőelem alkalmazásával a felületi hőáramsűrűség kismértékű és kellően lassú, célszerűen a hőárammérő réteg és a hőátadó határréteg időállandóinál több nagyságrendéi nagyobb, például 60 sec ciklusidejű megváltoztathatóságáról, s felülről lényegében nem korlátozott ciklusszámú mérési ciklust végzünk. A mérési ciklusokat a találmány szerint olymódon végezzük, hogy a felületi hőáramsűrűséget és hőmérsékletet a mérés nélküli állapothoz képest az egymást követő ciklusokban rendre eltérítjük, majd visszaállási folyamatot vezérelünk, s az egyes mérési ciklusok időtartama alatt meghatározzuk a valódi AT felületi hőmérséklet és a zlq felületi hőáramsűrűség megváltozásának időfüggvényét és aAq/AT ciklusidőben változó hányadosok nulla felületi hőáramsűrűség vagy hőmérséklet eltérítéshez tartozó H közelítő határértékeivel azonositjuk a keresett hőátadási tényezőt, míg a nulla felületi hőáramsűrűség vagy hőmérséklet eltérítésekhez tartozó H közelítő határértékeket a ciklusok alatt időben változó AT és zlq függvényekből határozzuk meg. A találmány tárgyát képezi az eljárás foganatosítására szolgáló berendezés, ill. kapcsolási elrendezés is. A hőátadási tényező mérésére alkalmas kapcsolási elrendezés egymással sorbakapcsolt, a mérendő felületen elhelyezett hőmérséklet- és hőárammérő réteget, ehhez csatlakozó felületi hőmérséklet és hőáramsűrűség mérő egységet, és ez utóbbi kimenetére csatlakozó mérésszervező és méréskiértékelő egységet tartalmaz és lényeges jellemzője, hogy a mérésszervező és méréskiértékelő egység kimenetére hőáramsűrűség ciklikus megváltoztatását vezérlő és beavatkozó egység bemenete csatlakozik, amelynek kimenete a vizsgált felület hőáramsűrűséget befolyásoló szabályozó elemhez vagy kiegészítő fűtőréteghez csatlakozik. A találmány tárgyát képező eljárást példaképpeni kiviteli változatok kapcsán, alkalmazás orientált csoportosításban, először is az elméleti háttér megvilágításával ismertetjük. I. A vizsgált teljes felületnek a hőmérőt és hőárammérő réteget tartalmazó, mérőszonda felülete által vizsgált darabján szokásos, „technikai” hőátadási tényező mérhető, ha a mérési eljárás során a mérés nélküli állapotba a teljes hőátadó felületrész hőáramának eltérítési és visszaállási ciklusokból álló megváltoztatásával avatkozunk be. A beavatkozásnak kvázistacionernek kell lennie, azzal a termikus háttérrétegben keltett tranzienshez tartozó hőmérséklet és hőáramsűrűség változások nem térhetnek el számottevően a végtelen lassú változtatáshoz tartozó értékektől. Az egyszerűbb méréskiértékeléshez célszerű a kvázistacioner feltételt a hőárammérő rétegre és a hőmérsékletmérőre is betartani. Ez azt jelenti, hogy zlT ill. zlq mért és valóságos értékei azonosnak vehetők. Ez a követelmény az időállandókkal kifejezve azt jelenti, hogy a megváltoztatás ciklusideje több nagyságrenddel nagyobb legyen a hőárammérő réteg és a hőátadó határréteg időállandói közül a nagyobbikénál. A ciklusidőkön belül az eltérítések és visszaállások hőmérséklet vagy hőáramsűrűség időfüggvényének átlagos időállandójára már megengedett, sőt célszerű, hogy azonos nagyságrendben legyen a ciklusidővel. Ez utóbbi időállandó lényegében a vizsgált felületi pont és a mérőszonda eredő átlagos időállandójával egyezik meg, s értéke általában nagy az előzőekben említett két időállandóhoz képest. A cikíusidőket exponenciálisan emelkedő és süllyedő, fűrészjelszerűen kitöltő változások generálása nagy időállandójú felületelemen az eltérítési és visszaállási ciklusok alatti fűtőáram-eltérítés ki-be kapcsolásával történhet. Az időben egyenletesen és megfelelően lassú változások alapján lehetőség van a hőátadási tényező nulla zavarásához tartozó, valódi értékének meghatározására. Ezen előny megtartása érdekében kis időállandójú felületelem mérésekor a ciklusidőn belüli egyenletes és lassú válltozások eléréséhez az eltérítési ciklusban egyenletesen és lassan növekvő hőáram eltérítés, a visszaállási ciklusban pedig egyenletesen nullára csökkenő visszaállás vezérlésre van szükség. A hőáram eltérítés történhet a vizsgált felület fűtő- vagy hűtőteljesítményének szabályozásával, vagy kiegészítő fűtőelem alkalmazásával. A fűtővagy hűtőteljesítmény szabályozása történhet például villamos teljesítmény szabályozással vagy például telített gőzzel vagy folyadékkal megvalósított hőközlés esetén a telítési hőmérséklet vagy a közeghőmérséklet szabályozása útján. Ha a fűtő- vagy hűtőteljesítmény megváltoztatására nincs beavatkozó elem, a vizsgált felületen kiegészítő fűtőelem elhelyezésére van szükség. Ha a kiegészítő fűtőelem a teljes felületet beborítja, akkor a szokásos lokális „technikai” hőátadási tényező mérhető a felület bármely kicsi részén is. A kidolgozott találmány szerinti eljárásban az eltérítési és visszaállási ciklusok alatti felületi hőmérséklet és hőáramsűrűség értékek méréssel meghatározott értékeiből számítással állapítjuk meg a keresett hőátadási tényezőt. A számításhoz lényegében az időben változó, a nyugalmi állapothoz képest jelentkező Aq hőáramsűrűség és AT hőmérséklet eltérések Aq/ AT időben esetleg ugyancsak változó viszonyszámát használjuk fel a mérés kiértékelésére, mégpedig úgy, hogy a viszonyszámnak a nulla hőmérséklet, illetve hőáramsűrűség eltérítéshez tartozó H közelítő határértékével azonosítjuk a keresett hőátadási tényezőt. A H közelítő határérték a legegyszerűbb esetben például kicsi (például max. 5%) hőmérséklet és hőáramsűrűség eltérítések generálásakor, azonosnak tekinthető az egyes mérési ciklusokban meghatározható átlagos Aq/ AT hányadossal. Az átlagos Aq/ AT hányados meghatározása a zlq és zlT-re nyert mérési eredményekből, additívnak feltételezett mérési zaj torzítatlan elnyomásával, lényegében ismert módon történhet. A H közelítő határérték másik egyszerű esetben például nagyobb (például 100%) teljes hőmérséklet és hőáramsűrűség eltérítések generálásakor azonosnak tekinthető az egyes mérési ciklusokban a ciklusok lelassult változású szakaszára meghatározható átlagos Aq/ AT hányadossal. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
