201404. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés energiatranszportra jellemző hőtechnikai mennyiségek meghatározására
1 HU 201404 B 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés energiatranszportra jellemző hőtechnikai mennyiségek meghatározására. A találmány szerinti eljárásnál mérendő hőmérsékletű objektum felületének legalább egy pontján hőmérsékletmésért végzünk, a hőmérsékletmérés helye mögött ismert nagyságú hőáramot generálunk, azt kiválasztott irányban az objektumra továbbítjuk, miközben a kiválasztott iránnyal ellentétesen haladó hőáramot kompenzáljuk, a kiválasztott irányra merőleges hőáram útjában hőszigetelést rendezünk el, a hőmérsékletmérés helyén a hőmérsékletet meghatározott értékre szabályozzuk vagy a generált hőáramot meghatározott értéken tartjuk, majd a megmért hőmérséklet és a hőáram fenntartásához szükséges teljesítmény alapján a kijelölt hőtechnikai mennyiséget meghatározzuk. Az eljárás foganatosítására alkalmas találmány szerinti berendezés hőmérő egységet, a hőmérő egység mögött egymással párhuzamosan elrendezett adott irányban terjedő hőáram mérésére szolgáló hőárammérőt, kiválasztott irányban hőáramot generáló lap alakú első fűtőegységet, a hőáram axiális komponensének mérésére szolgáló és annak kompenzációját biztosító hőáramérzékelőt, valamint a kiválasztott iránnyal ellentétes irányban keletkező hőveszteséget kompenzáló lap alakú második fűtőegységet tartalmaz, és amely a kiválasztott irányra merőleges irányban szükséges biztosító egységgel van kialakítva. A találmány szerinti eljárás és berendezés segítségével az energiatranszportra jellemző hőtechnikai mennyiségek mérhetők, amelyek közé többek között a hővezetés, a hőátadási tényező, a hőtranszport, a termikus ellenállás, a termikus érintkezési ellenállás, a sugárzó és konduktív hőáram nagysága, az emissziós és abszorpciós folyamatokra jellemző együtthatók és állandók tartoznak. A mérendő hőtechnikai mennyiség meghatározásának alapfeltétele a hőárammérés lehető legpontosabb elvégzése. Ezt a különböző hővezetési és sugárzási folyamatok zavarják. A hőárammérés első megoldásaiban ismert termikus jellemzőket mutató anyag rétegében bekövetkező hőmérsékletcsökkenést, illetve ismert hőkapacitású anyagban a hőmérsékletnövekedés ütemét mérik. Ezeknél a megoldásoknál, amelyek kézikönyvekből is megismerhetők, szükség van az anyagra jellemző termikus paraméterek mellett a felületi emissziós tényező ismeretére. Gondot jelent, hogy a hőmérsékletkülönbség megállapítására szolgáló eszközök a felülettől kisebb-nagyobb mértékben elválhatnak, ami a pontosságot tovább rontja. Ennek a problémának a megoldására az US-A 3 720 103 lsz. US szabadalmi leírás olyan elrendezést javasol, amelyben mérendő két felületéhez hőmérséklet érzékelő elemeket illesztenek, az egyik felületet hevítik, miközben felületről távozó hőáram megjelenését megakadályozzák, ugyancsak megakadályozzák a hevítést biztosító berendezés hőáramának veszteségét, mégpedig egy további fűtőegység beépítésével. A környezettől megfelelő visszaverő felülettel választják el a hevített felületet, az ahhoz csatlakozó első futőegységet. Ezzel a berendezéssel a hőveszteségek keletkezését nem passzív, tehát hőszigetelést igénylő úton akadályozzák meg, hanem aktív eszközökkel, vagyis a mérendő felületre ugyanakkora hőáramot juttatnak, amekkora egy további érzékelés szerint abból eltávozik. így az anyagi minőségtől függetlenül végezhető a mérés. Az ismertté vált megoldás hiányossága azonban az, hogy továbbra is tartalmaz passzív szigetelőelemeket, amelyek miatt a pontosság leromlik. A szerkezet felépítése miatt nem egészíthető ki oly módon, hogy azzal a teljes aktív szigetelés (kompenzáció) lehetővé váljon. A Dynatech R/D vállalat (Cambridge, MA, USA) k-Matic márkanéven 1977-ben olyan berendezést hozott forgalomba hővezetési tényező mérésére, amelyben többrétegű, aktív hőszigetelést megvalósító szerkezetet alkalmaznak. Az aktív hőszigetelés a fellépő hőveszteségek kompenzációját jelenti. Ehhez két fűtőlapot használnak, amelyek közé a mérendő minta kerül. A két fűtőlapnak a mérendő minta hatásától elválasztott felületét hűtik, és ezzel hőcsapdát hoznak létre. A berendezés leírása szerint mintegy ae 5 %-os mérési pontosság érhető el. Ennél a megoldásnál a ténylegesen biztosítható mérési pontosságot csökkenti, hogy a fűtött és hűtött lapok között szigetelés van, illetve az oldalirányú hőáramok kompenzációja nem történik meg. M. Cvetkovic az „Archív für technisches Messen” c. folyóirat 1970. júniusi számának 125. oldalán ismertet olyan mérőelrendezést, amely hőáram mérésére szolgáló hőelemeket zárt házban tartalmaz. A hőelemek felületete a mérendő anyaghoz illeszkedik, mögöttük fűtő fólia helyezkedik el, amelyet oldalról és felülről hőszigetelő réteg botír be. Itt is problémaként jelentkezik, hogy az oldalirányú veszteségek kompenzációját nem biztosítják. Továbbra is fenáll az igény a hőtechnikai mennyiségek lehető legpontosabb meghatározására, ami az energetikai, energetikai technológiai feladatok igényes és energiatakarékos megoldásához elengedhetetlenül szükséges. Ennek az igénynek a kielégítésére született meg a jelen találmány. Jelen találmány alapja az a felismerés, hogy az energiatranszportra jellemző hőtechnikai mennyiség mérését a hőáram és a hőáramot hajtó erők összefüggéseinek mérésére kell visszavezetni. Figyelembe vettük azokat a termodinamikai alapelveket, amelyek megállapítják, hogy minden energiatranszport a hőmérséklet térbeli inhomogenitásából adódik. Ezért az energiatranszportra jellemző hőtechnikai mennyiségek meghatározása általában két hőmérsékletérték, és a hőáram mérése alapján történhet. Ha a linearizálhatóság feltételei fennállnak, a hőátadási folyamatokra jellemző hőellenállás a mért hőmérsékletkülönbség és a hőáram hányadosaként határozható meg. Felismerésünk szerint az eddig aktív hőszigeteléses, azaz kompenzációs eljárások hiányosságai az, hogy a parazita, tehát veszteségként jelentkező hőáramok kompenzációja pontatlan, a méréshez kapcsolódó jelfeldolgozást terhelő hibánál nagyobb hibát okoz. A találmány feladata a fentieknek megfelelően olyan, a felismerésre támaszkodó eljárás és berendezés létrehozása, amely a hőáram mérését a lehető legnagyobb pontossággal teszi lehetővé. A hőmérséklet mérése itt mellékfeladatként adódik, hiszen ennek eszközei jól ismeretek. A kitűzött feladat megoldásaként energiatranszportra jellemző hőtechnikai mennyiség meghatározására szolgáló eljárást dolgoztunk ki, amikoris mérendő hőmérsékletű objektum felületének legalább egy pontján 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
