189716. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés anyagok hőfizikai anyagjellemzőinek roncsolásmentes mérésére
1 189 716 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés anya gok, különösen szilárd anyagok hőfizikai anyagjellemzőinek, különösen hőmérsékletvezetési és hővezetési tényezőjének roncsolásmentes mérésére. Ismeretesek különféle megoldások anyaga, különösen szilárd anyagok hőfizikai anyagjellemzőinek mérésére, amelyeknél az anyagból mintát készítenek, a minta egyik oldalával hőt közölnek, és mérik a minta másik oldala felületi hőmérsékletének időbeli változását. Az ismert megoldások csak kifejezetten laboratóumi célú, nem hordozható kivitelű berendezések kialakítását teszik lehetővé. Ugyanakkor a mérés és kiértékelés folyamata térben és időben szétválasztott, hosszadalmas és munkaigényes. A találmány célja a fenti hiányosságok kiküszöbölése. A találmány feladata olyan eljárás és berendezés létrehozása, amely egyszerű alakú, kis méretű minta és egyszerű hőfonás alkalmazása mellett, egyszerű mérési elrendezéssel, hordozható berendezéssel gyors és egyszerű mérést tesz lehetővé. Az elsődleges feladat megoldása olyan eljárás anyagok, különösen szilárd anyagok hőfizikai anyagjellemzőinek, különösen hőmérsékletvezetési és hővezetési tényezőjének roncsolásmentes mérésére, amelynek során az anyagból mintát készítünk, a minta egyik oldalával hőt közlünk, és mérjük a minta másik oldala felületi hőmérsékletének időbeli változását, és amelynél a találmány értelmében a hőközlést pillanatszerűen végezzük. Előnyös, ha a hőközlést a minta felületére irányított fényimpulzus útján végezzük. Előnyös továbbá, ha a pillanatszerű hőközlés nyomán a múlta másik oldalán létrejövő felületi hőmérsékletváltozást pontszerűen csatlakoztatott hőmérsékletérzékelő segítségével mérjük. A minta másik oldalán vékony vezetőréteg alkalmazása. Előnyös az is, ha a pillanatszerű hőközlés nyomán a minta másik oldalán létrejövő felületi hőmérsékletváltozás időbeli görbéjének egyes jellegzetes pontjait kiválasztva értékeljük ki a mérést. A másodlagos feladat megoldása olyan berendezési anyagok, különösen szilárd anyagok hőfizikai anyagjellemzőinek, különösen hőmérsékletvezetési és hővezetési tényezőjének roncsolásmentes mérésére, amelynek hőközlő egysége, mintatartója és a minta felületéhez csatlakoztatott hőmérsékletérzékelője van, és amelynél a találmány értelmében a hőközlő egység villanócső, és a minta a hőmérsékletérzékelővel egybeépítve árnyékoló anyagból készített mintatartóban van elrendezve. A találmány szerinti berendezésnek előnyösen legalább két hőmérsékletérzékelője van. Előnyös továbbá, ha a találmány szerinti berendezésnek villamos jelet adó hőmérsékletérzékelője van, amelyre előerősítő van csatlakoztatva, és az előerősítő egybe van építve a múltával és a hőmérsékletérzékelővel. A hőmérsékletérzékelő előnyösen tűszerű kialakítású. Végül előnyös, ha a hőmérsékletérzékelő analóg-digitalis átalakítón át mintavevő-tartó egységre van csatlakoztatva, az analóg-digitális átalakító és a mintavevő-tartó egység közös vezérlőegységgel van összekötve, és a mintavevő-tartó egység klmenete kijelző egységre van csatlakoztatva. A találmány szerinti megoldás alkalmas bármely szilárd anyag nőfizikai anyagjellemzőinek gyors meghatározására. A mérés a találmány szerinti módon ugyanazon az anyagon tetszés szerinti alkalommal és roncsolásmentesen elvégezhető. A vizsgálandó anyagból egyszerű alakú és kis méretű mintát kell csak készíteni. A találmány szerinti berendezés egyszerű felépítésű, hordozható kivitelben is elkészíthető. A találmányt az alábbiakban a csatolt rajzokon vázolt kiviteli példa kapcsán ismertetjük. Az 1. ábra a példa szerinti berendezés mérőegységének elvi vázlata, és a 2. ábra a példa szerinti berendezés feldolgozó egységének tömbvázlata. Az 1. ábra szerinti mérőegységek termikusán és elektromosan árnyékoló anyagból készült, fazék alakú T mintatartója van, amelynek belső terében helyezkedik el a vizsgált anyagból készített M minta. Az M núnta külső oldalával szemben hőforrásként V villanócső van elrendezve, amely az általa kibocsátott fényimpulzus hősugárzásának egyenletes felületi eloszlását biztosító (nem ábrázolt) optikai elemek kel van ellátva. A V villanócső és az M minta közötti távolság változtatásával szükség szerint beállítható a kívánt hőáramsűrűség. Az M minta belső oldalához két tű alakú K hőmérsékletérzékelő van pontszerűen csatlakoztatva. A K hőmérsékletérzékelők hőmérséklet-feszültség átalakítók, amelyek E előerősítő bemenetére vannak csatlakoztatva. A T mintatartón belül az M minta, a K hőmérsékletérzékelők és az E előerősítő szorosan egybeépített egységet képeznek. Ezzel egyrészt biztosítható, hogy minimális legyen a minta hővesztesége, más részt maximális villamos zavarérzéketlenség érzékelhető el. Az M minta és a T mintatartó közötti hőtranszport minimumra csökkentését a T mintatartó belső falának megfelelő kiképzésével érjük cl. A tűszerű K hőmérsékletérzékelők meghatározóit nyomással csatlakoznak az M minta belső oldali felületéhez. A csatlakozásnál olyan nagyságú érintkezési felületet alakítunk ki, hogy a hőkapcsolat még megbízható maradjon, de a hőelvezetés minimális legyen. A K hőmérsékletérzékelők a T mintatartón belül igen rövid vezetékkel kapcsolódnak az E előerősítőhöz, hogy az elektromágneses és elektrosztatikus zavarás minél kisebb legyen. Az E előerősítő kisimpedanciás kimenetű, így a feldolgozó egységhez való kapcsolása nem jelent problémát. A bemutatott mérőegységgel igen széles tartományban mérhető a hőmérsékletvezetési tényező, tehát egyaránt alkalmas jó és rossz hővezető anyagok vizsgálatára. Mivel a rossz hővezető anyagok rossz villamos vezetők is (és fordítva), az M minta belső oldalán vékony vezető réteg szórással való felvitele szükséges. Ez a réteg — vékony volta miatt, — az M minta geometriai méreteit és hőfizikai jellemzőit olyan kis mértékben változtatja meg, hogy a mérési pontosságot nem befolyásolja. A 2. ábra szerinti feldolgozó egység az 1. ábra szerinti mérőegység E előerősítőjének kimenetével összekötött bemenetű analóg-digitális A/D átalakítót tartalmaz, amely követő típusú jel-digitalizálóként van kialakítva. Az analóg-digitális A/D átalakító kimenete mintavevő-tartó M/T egység bemenetével, az utóbbi kimenete pedig kijelző D egység bemenetével van összekötve. Az analóg-digitális A/D átalakító és a mintavevő-tartó M/T egység közös VE vezérlő-6 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
