DD256191A1 - Verfahren zur kurzzeitmessung thermophysikalischer kennwerte - Google Patents
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Abstract
Mit der Erfindung wurde das Ziel verfolgt, ein Verfahren zur einfachen und schnellen Bestimmung thermophysikalischer Kennwerte vorzugsweise von Bauteilen und Baustoffen zu schaffen. Das Verfahren zur Kurzzeitmessung thermophysikalischer Kennwerte gruendet sich auf die einseitige Einleitung eines Waermestromes in das Objekt, auf die Registrierung der zeitabhaengigen Charakteristik der Waermestromdichte und ihre analytische Auswertung. Aus dem registrierten Verlauf der Waermestromdichte lassen sich der Waermedurchlasswiderstand, der Waermeuebergangskoeffizient, die Waerme- und Temperaturleitfaehigkeit sowie die spezifische Waermekapazitaet bestimmen. Es ist fuer verschiedenartige Anfangs-Rand-Bedingungen einsetzbar und erfordert keine spezifische Thermostatierung bzw. Praeparierung des Messobjektes.
Description
Hierzu 1 Seite Zeichnung
Die Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Meßverfahren zur Bestimmung thermophysikalischer Kennwerte vorzugsweise von Bauteilen und Baustoffen.
Bekannt sind Meßverfahren, nach denen der Wärmedurchlaßwiderstand von Bauteilen bei Existenz oder künstlicher Erzeugung eines stationären thermischen Feldes ermittelt werden kann. Ihr wesentlicher Nachteil besteht darin, daß sie eine hohe Meßzeit erfordern.
Bekannt ist auch eine größere Anzahl stationärer und instationärer Verfahren zur Messung der thermischen Kennwerte von Baustoffen. Nachteilig ist bei ihnen, daß sie zumeist einen höheren Aufwand für die Präparierung und/oder Thermostatierung erfordern oder nur für bestimmte Stoffgruppen einsetzbar sind.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist ein zerstörungsfreies thermoelektrischens Verfahren zur Bestimmung thermophysikalischer Kennwerte von Bauteilen und Baustoffen, das sich durch eine Verringerung des Präparationsaufwandes der Meßprobe und/oder eine Verkürzung der bisher erforderlichen Meßzeit auszeichnet.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß in das zu untersuchende Meßobjekt ein durch dessen thermophysikalische Eigenschaften bestimmter Wärmestrom eingeleitet und seine zeitliche Charakteristik ausgewertet wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß nur einer Oberfläche des Meßobjektes ein definiertes Temperatursignai aufgeprägt und der damit verbundene Wärmestrom auf dieser Oberfläche zeitabhängig ermittelt wird. Aus dem registrierten Verlauf des Wärmestromes lassen sich der Wärmedurchlaßwiderstand, die Wärme- und Temperaturleitfähigkeit und die spezifische Wärmekapazität des Meßobjektes analytisch bestimmen.
Für geeignete BIOT-Zahlen kann zusätzlich auch der Wärmeübergangskoeffizient ermittelt werden.
Das Verfahren kann bei verschiedenartigen thermischen Anfangs- und Randbedingungen eingesetzt werden. Durch diese technische Lösung entfällt die sonst oft erforderliche und zum Teil zeitaufwendige Probenthermostatierung und damit verbundene Präparierung. Günstig ist, daß das Verfahren zerstörungsfrei arbeitet und die andere Oberfläche nicht zugänglich zu sein braucht, da weitere Meßfühler nicht erforderlich sind. Dies ist besonders bei Messungen an Außenwänden von Vorteil.
Wegen des instationären Charakters der Messungen sind bei Untersuchungen von Bauteilen gegenüber bisher bekannten Verfahren bedeutende Meßzeitverkürzungen möglich, wodurch wiederum der störende Einfluß von Klimaschwankungen während der Messung zurücktritt.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Figur 1 zeigt den Schnitt durch die schematisierte Meßanordnung. Ein Heizer 1 erzeugt auf der Oberfläche 2 des ebenen Meßobjektes 3 ein Temperatursignal, das an der Stelle 4 gemessen wird. Durch das Temperatursignal fließt ein Wärmestrom in das Meßobjekt, der mit dem Wärmestrommesser 5 simultan registriert wird. Die Dämmschicht 6 reduziert Störungen und Wärmeverluste des Heizers.
Bei sprungähnlichem Temperaturanstieg und natürlichen klimatischen Umgebungsbedingungen (Randbedingungen 3. Art) berechnet sich die Wärmeleitfähigkeit λ nach
* · L^.^^li (la&).
q=: stationäre Wärmestromdichte
θ0: Sprungtemperatur
D: Dicke des Meßobjektes
/X1: Eigenwert
wobei die stationäre Wärmestromdichte q« und der Eigenwert aus dem instationären Verlauf der Wärmestromdichte q(t) zu ermitteln sind. Aus dem gleichen Meßprozeß können weiterhin der Wärmeübergangskoeffizient α an derfreien Oberfläche nach
j (2)
"Ί πΓΚ
die Temperaturleitfähigkeit a aus
tv Meßzeitpunkt
Δήν Änderungen der Wärmestromdichte zu den zwei Aq2: verschiedenen Meßzeitpunkten t! und 2t2 sowie die Wärmekapazität cp gemäß
a m K .
p: Dichte bestimmt weiden.
Für hinreichend große BIOT-Zahlen ist die Auswertung der Wärmestromcharaktieristik nach folgender Variante von Vorteil:
24,
-q2)
mitqi = q(ti) q2 = q(2t,).
Zur Ermittlung derthermophysikalischen Stoffkennwerte nach (1)-(6) sind auf einer Oberfläche derzeitabhängige Verlauf der Wärmestromdichte q(t) sowie die TemperaturOo zu ermitteln. Da die Meßgrößen thermoelektrische Signale sind, ist ihre direkte Verarbeitung mit einem Mikrorechner unproblematisch. Für die Bestimmung des Wärmestromes und der Temperatur lassen sich kommerzielle Meßfühler verwenden.
Claims (5)
1. Verfahren zur Kurzzeitmessung thermophysikalischer Kennwerte, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Heizer (1) ein definiertes Temperatursignal auf die Oberfläche (2) des Meßobjektes (3) aufgeprägt, der durch das Temperatursignal fließende Wärmestrom am Meßpunkt (4) über einen Wärmestrommesser (5) simultan gemessen und aus dem registrierten Verlauf des Wärmestromes der Wärmedurchlaßwiderstand, der Wärmeübergangskoeffizient, die Wärmeleitfähigkeit, die Temperaturleitfähigkeit sowie die spezifische Wärmekapazität bestimmt werden können.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die thermophysikalischen Kennwerte aus der instationären Charakteristik der Wärmestromdichte ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Wärmestrom nur einseitig in das Objekt eingeleitet zu werden braucht.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die andere Objektoberfläche nicht zugänglich sein muß.
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine spezifische Präparierung und Thermostatierung des Objektes nicht erforderlich ist und die Messung zerstörungsfrei erfolgt.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DD29845286A DD256191A1 (de) | 1986-12-24 | 1986-12-24 | Verfahren zur kurzzeitmessung thermophysikalischer kennwerte |
Applications Claiming Priority (1)
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| DD256191A1 true DD256191A1 (de) | 1988-04-27 |
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Family Applications (1)
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1986
- 1986-12-24 DD DD29845286A patent/DD256191A1/de not_active IP Right Cessation
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