PL249037B1

PL249037B1 - Stand for testing thermal conductivity, especially of non-homogeneous materials

Info

Publication number: PL249037B1
Application number: PL446179A
Authority: PL
Inventors: Sebastian Pawlak; Wojciech ADAMCZYK; Wojciech Adamczyk; Grzegorz Matula
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 2023-09-19
Filing date: 2023-09-19
Publication date: 2026-02-23
Also published as: PL446179A1

Abstract

Stanowisko do badań przewodności cieplnej zwłaszcza materiałów niejednorodnych metodą termograficzną, posiadające płytę mocującą dolną, płytę mocującą górną i płytę oporową, oraz układ pomiarowy złożony z zaizolowanych termicznie dwóch metalowych brył walcowych, posiada izolację termiczną obu brył pomiarowych, górnej (6) i dolnej (7), składającą się z dwóch części przesuwnych, lewej (12a) i prawej (12b), oraz jednej części nieruchomej, przy czym części przesuwne, lewa (12a) i prawa (12b), posadowione są trwale na przynależnym do każdej z nich wsporniku nośnym (13), przymocowanym do ruchomego członu (14) modułu wykonawczego (15), a każda z części przesuwnych, lewa (12a) i prawa (12b), ma postać prostopadłościanu z narożnym wybraniem w kształcie ćwiartki okręgu, a część nieruchoma zamocowana jest rozłącznie do brył pomiarowych, górnej (6) i dolnej (7), ponadto część nieruchoma posiada w rzucie na płaszczyznę poziomą kształt litery „C” z wewnętrznym wybraniem w kształcie półkola.A stand for testing thermal conductivity, especially of inhomogeneous materials, using the thermographic method, having a lower mounting plate, an upper mounting plate and a resistance plate, and a measuring system consisting of two thermally insulated metal cylindrical bodies, has thermal insulation of both measuring bodies, the upper one (6) and the lower one (7), consisting of two sliding parts, the left one (12a) and the right one (12b), and one fixed part, wherein the sliding parts, the left one (12a) and the right one (12b), are permanently mounted on a supporting bracket (13) belonging to each of them, attached to the movable member (14) of the executive module (15), and each of the sliding parts, the left one (12a) and the right one (12b), has the form of a cuboid with a corner recess in the shape of a quarter of a circle, and the fixed part is detachably attached to the measuring bodies, the upper one (6) and the lower one (7), furthermore the fixed part has a C-shaped projection on a horizontal plane with an internal recess in the shape of a semicircle.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest stanowisko do badań przewodności cieplnej zwłaszcza materiałów niejednorodnych metodą termograficzną, stosowane głównie dla warstwowych materiałów kompozytowych o osnowie polimerowej oraz materiałów porowatych, charakteryzujących się niską wartością współczynnika przewodzenia ciepła. Stanowisko przeznaczone jest również do badań kontaktowego oporu przepływu ciepła.The invention is a stand for testing thermal conductivity, particularly of heterogeneous materials, using thermography. This stand is primarily used for layered composite materials with a polymer matrix and porous materials characterized by low thermal conductivity. The stand is also designed for testing contact heat flow resistance.

Z amerykańskiego opisu patentowego US 6142662 (A) znane jest stanowisko do równoczesnego wyznaczania przewodności cieplnej i kontaktowego oporu przepływu ciepła, którego układ pomiarowy zbudowany jest z dwóch metalowych brył, przy czym jedna z tych brył jest nagrzewana, a druga jest chłodzona. Bryły te mają postać prostopadłościanu o podstawie kwadratu lub postać walca. Pomiędzy tymi bryłami umieszczana jest na styk do nich próbka do badań. Ze względu na rolę jaką pełnią metalowe bryły w układzie pomiarowym, nazywane są one często bryłami do pomiaru przepływu ciepła lub pomiaru strumienia ciepła (z j. ang. heat flow meter blocks/bars lub heat flux meter blocks/bars), które dla uproszczenia zapisu są określane w dalszej części opisu jako bryły pomiarowe lub skrótowo - bryły. Jedna z tych brył posadowiona jest poprzez element grzewczy lub chłodzący na płycie mocującej dolnej, która stanowi nieruchomą podstawę stanowiska badawczego. Z kolei, druga z brył przymocowana jest do elementu grzewczego lub chłodzącego, przytwierdzonego do ruchomej płyty mocującej górnej, która przemieszczana jest względem pionowych prowadnic lub kolumn prowadzących. Zastosowanie płyty mocującej ruchomej umożliwia przemieszczanie bryły pomiarowej górnej względem bryły pomiarowej dolnej na zadaną odległość celem umieszczania pomiędzy tymi bryłami próbki do badań oraz kolejno przyłożenia obciążenia ściskającego próbkę, tak aby możliwe było wykonywanie pomiaru kontaktowego oporu przepływu ciepła dla różnych wartości siły nacisku.US Patent No. 6,142,662 (A) describes a station for simultaneously determining thermal conductivity and contact heat flow resistance. The measuring system consists of two metal bodies, one of which is heated and the other cooled. These bodies are either rectangular or cylindrical in shape. A test sample is placed between these bodies, in contact with them. Due to the role the metal bodies play in the measurement system, they are often referred to as heat flow meter blocks/bars or heat flux meter blocks/bars. For simplicity, they are referred to hereinafter as measurement bodies or, for short, bodies. One of these bodies is mounted via a heating or cooling element on a lower mounting plate, which constitutes the stationary base of the test stand. The second body is attached to a heating or cooling element, which is attached to a movable upper mounting plate, which is moved relative to vertical guides or guide columns. The movable mounting plate allows the upper measuring body to be moved relative to the lower measuring body by a predetermined distance, allowing for the placement of a test sample between the two bodies and the subsequent application of a compressive load on the sample, enabling contact measurements of heat flow resistance for various pressure forces.

Z innego amerykańskiego opisu patentowego US 10775329 (B2) znane jest urządzenie do wyznaczania przewodności cieplnej, którego układ pomiarowy zbudowany jest z dwóch metalowych brył pomiarowych (nagrzewanej i chłodzonej), pomiędzy którymi umieszczona jest próbka do badań. Urządzenie wyposażone jest w układ osiowej korekcji ustawienia brył pomiarowych, zapewniający równomierny nacisk na badaną próbkę, co ma bezpośredni wpływ na dokładność wykonywanego pomiaru. Urządzenie to umożliwia badanie próbek posiadających nieznaczną odchyłkę płaskorównoległości powierzchni, które stykają się z bryłami pomiarowymi.Another US patent, US 10775329 (B2), describes a device for determining thermal conductivity. Its measuring system consists of two metal measuring bodies (one heated and one cooled), between which a test sample is placed. The device is equipped with an axial correction system for the measuring bodies, ensuring uniform pressure on the test sample, which directly affects the accuracy of the measurement. This device allows for testing samples with only minor deviations in the plane-parallelism of the surfaces in contact with the measuring bodies.

Również znane jest z polskiego opisu patentowego PL 238631 (B1) stanowisko do badania kontaktowego oporu przepływu ciepła oraz przewodności cieplnej, którego układ pomiarowy zbudowany jest z dwóch metalowych brył pomiarowych (nagrzewanej i chłodzonej), pomiędzy którymi umieszczona jest próbka do badań. W stanowisku tym zastosowano układ do precyzyjnego termostatowania brył pomiarowych, który złożony jest z przylegających do siebie modułu termoelektrycznego (Peltiera) i chłodnicy wodnej, przy czym układ ten posadowiony jest na sprężynach usytuowanych pomiędzy bryłą pomiarową a płytą mocującą i dwiema podporami bocznymi. Zastosowanie takiego układu wpływa na uzyskiwanie dużej precyzji i stabilności zadanych wartości temperatury w trakcie wykonywanego pomiaru, co w efekcie zwiększa dokładność pomiarową stanowiska.Also known from Polish patent description PL 238631 (B1) is a station for testing contact heat flow resistance and thermal conductivity. The measuring system consists of two metal measuring bodies (one heated and one cooled), between which a test sample is placed. This station uses a system for precise temperature control of the measuring bodies, which consists of an adjacent thermoelectric module (Peltier) and a water cooler, mounted on springs located between the measuring body and a mounting plate and two lateral supports. This system ensures high precision and stability of the set temperature values during the measurement, which in turn increases the station's measurement accuracy.

Najczęściej stosowane laboratoryjne stanowiska do pomiaru przewodności cieplnej w warunkach ustalonego przepływu ciepła, których układ pomiarowy stanowią dwie metalowe bryły prostopadłościenne lub walcowe, umożliwiają wykonywanie badań zgodnie z wytycznymi przedstawionymi m.in. w amerykańskiej normie ASTM D5470-17 (Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, USA, 2017). Obie bryły pomiarowe stosowane w tych stanowiskach są wytworzone z tego samego materiału o wysokiej wartości przewodności cieplnej, najczęściej stopów miedzi lub aluminium. Na stanowiskach tych dokonuje się pomiaru strumienia ciepła (ustalonego w czasie), potrzebnego do wyznaczenia przewodności cieplnej próbki badanej. Ponadto, dokonuje się oszacowania wartości temperatury pomiędzy stykającymi się powierzchniami, tj. próbki z bryłą pomiarową nagrzewaną oraz próbki z bryłą pomiarową chłodzoną. Na podstawie tych pomiarów wyznaczany jest całkowity opór przepływu ciepła, stanowiący sumę oporu (wewnętrznego) próbki i dwóch oporów stykających się powierzchni, który z kolei może być przeliczony na wartość efektywnej przewodności cieplnej.The most commonly used laboratory stands for measuring thermal conductivity under steady-state heat flow conditions, which utilize two metal cuboidal or cylindrical bodies as the measuring system, enable testing according to the guidelines outlined in, among others, the American standard ASTM D5470-17 (Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, USA, 2017). Both bodies used in these stands are made of the same high-thermal-conductivity material, most often copper or aluminum alloys. These stands measure the heat flux (steady over time) needed to determine the thermal conductivity of the test sample. Furthermore, the temperature between the contacting surfaces is estimated, i.e., the sample with the heated body and the sample with the cooled body. Based on these measurements, the total heat flow resistance is determined, which is the sum of the (internal) resistance of the sample and the two resistances of the contacting surfaces, which in turn can be converted into the value of effective thermal conductivity.

W celu wyznaczenia strumienia ciepła, koniecznego do obliczenia przewodności cieplnej, dokonuje się pomiaru wartości (gradientu) temperatury wzdłuż wysokości/długości obu brył pomiarowych. Ze względu na potrzebę wyznaczenia możliwie dokładnej wartości strumienia ciepła, mającej zasadniczy wpływ na uzyskany wynik, pomiaru temperatury dokonuje się w kilku miejscach każdej z brył pomiarowych. Do tego celu stosuje się kontaktowe czujniki temperatury (np. termopary) umieszczone w nieprzelotowych otworach, wykonanych symetrycznie wzdłuż wysokości obu brył pomiarowych. Końce pomiarowe tych czujników są osadzone w osi lub w pobliżu osi każdej bryły pomiarowej. Dla oszacowania wartości temperatury na styku brył pomiarowych z obiema powierzchniami próbki stosuje się typowo procedurę polegającą na liniowej ekstrapolacji zmierzonych wartości (gradientu) temperatury na długości brył pomiarowych do wartości długości odpowiadającej końcom brył pomiarowych. Brak rzeczywistych (zmierzonych) wartości temperatury na styku brył pomiarowych z obiema powierzchniami próbki może prowadzić do niepewności pomiarowej.To determine the heat flux required to calculate thermal conductivity, the temperature (gradient) is measured along the height/length of both measurement solids. To determine the heat flux as accurately as possible, which has a significant impact on the obtained result, temperature measurements are taken at several locations on each measurement solid. Contact temperature sensors (e.g., thermocouples) are used for this purpose, placed in blind holes, symmetrically drilled along the height of both measurement solids. The measuring tips of these sensors are mounted on or near the axis of each measurement solid. To estimate the temperature at the interface between the measurement solids and both sample surfaces, a typical procedure involves linear extrapolation of the measured temperature (gradient) values along the length of the measurement solids to the length corresponding to the ends of the measurement solids. The lack of actual (measured) temperature values at the interface between the measurement solids and both sample surfaces can lead to measurement uncertainty.

Dla spełnienia warunku jednowymiarowego przepływu ciepła w układzie pomiarowym, obie metalowe bryły pomiarowe muszą być zaizolowane termicznie zewnętrzną izolacją, wykonaną z materiału o bardzo dobrych własnościach izolacyjnych, co w efekcie ma pozwolić na wyznaczenie dokładnych wartości strumienia ciepła. W przypadku niektórych materiałów badanych (np. o niskiej wartości przewodności cieplnej lub wysokiej wartości oporu przepływu ciepła), konieczne jest wykonywanie pomiaru w zakresie wysokich wartości temperatury układu grzewczego bryły nagrzewanej. W efekcie tego powstają większe straty ciepła w układzie pomiarowym i konieczna staje się ich minimalizacja (dla zapewnienia jednowymiarowego przepływu ciepła). Stanowi to techniczną trudność, gdyż w dotychczasowych rozwiązaniach zastosowana izolacja układu pomiarowego posiada szereg otworów lub szczelinę na przewody czujników temperatury wystających z brył pomiarowych. W praktyce, ze względu na obecność czujników temperatury w otworach brył pomiarowych, brak jest możliwości zastosowania „szczelnej” izolacji termicznej. Ponadto, utrudnione jest przy tym zapewnienie przylegania izolacji z wymaganą dokładnością do wszystkich powierzchni bocznych brył pomiarowych. W efekcie lokalnego braku przylegania izolacji do powierzchni bocznych brył pomiarowych występuje niejednorodność gęstości strumienia ciepła, co w konsekwencji ma wpływ na wartość wielkości mierzonej. Praktyka laboratoryjna dowodzi, że brak powtarzalności jakości zakładanej izolacji pomiędzy poszczególnymi pomiarami uniemożliwia prowadzenie badań porównawczych, pomimo ustabilizowanych zadanych wartości temperatury układu grzewczego i układu chłodzącego. Brak skutecznej izolacji układu pomiarowego wprowadza znaczny błąd do obliczanej wartości współczynnika przewodzenia ciepła. Występujące straty ciepła z układu pomiarowego do otoczenia wpływają bezpośrednio na przyjęte w obliczeniach założenie jednowymiarowego przepływu ciepła. Wpływ jakości zaizolowania układu pomiarowego i innych związanych z tym czynników na uzyskiwane błędy pomiarowe przy stosowaniu omawianych stanowisk badawczych opisano w literaturze źródłowej, m.in.: Ahmed Elkholy, Roger Kempers, An accurate steady-state approach for characterizing the thermal conductivity of additively manufactured polymer composites, Case Studies in Thermal Engineering 31,2022 (doi: 10.1016/j.csite.2022.101829).To meet the requirement of one-dimensional heat flow in the measurement system, both metal measuring bodies must be thermally insulated with external insulation made of a material with very good insulating properties, which will allow for accurate heat flux determination. For some tested materials (e.g., those with low thermal conductivity or high heat flow resistance), it is necessary to perform measurements at high temperatures within the heating system of the heated body. This results in greater heat losses in the measurement system, and their minimization becomes necessary (to ensure one-dimensional heat flow). This presents a technical challenge, as in existing solutions, the insulation of the measurement system has a series of holes or a slot for the temperature sensor wires protruding from the measuring bodies. In practice, due to the presence of temperature sensors in the holes of the measuring bodies, it is impossible to use "tight" thermal insulation. Furthermore, ensuring the insulation adheres with the required accuracy to all lateral surfaces of the measuring bodies is difficult. As a result of localized lack of adhesion of the insulation to the lateral surfaces of the measuring bodies, inhomogeneity of the heat flux density occurs, which consequently affects the measured value. Laboratory practice demonstrates that the lack of repeatability of the assumed insulation quality between individual measurements prevents comparative testing, despite stabilized setpoint temperatures of the heating and cooling systems. The lack of effective insulation of the measuring system introduces a significant error into the calculated thermal conductivity coefficient. Heat losses from the measuring system to the environment directly affect the one-dimensional heat flow assumption used in the calculations. The influence of the quality of the measuring system insulation and other related factors on the measurement errors obtained when using the discussed test stands is described in the source literature, including: Ahmed Elkholy, Roger Kempers, "An accurate steady-state approach for characterizing the thermal conductivity of additively manufactured polymer composites," Case Studies in Thermal Engineering 31, 2022 (doi: 10.1016/j.csite.2022.101829).

Dotychczasowe stanowiska do badań przewodności cieplnej nie umożliwiają rejestracji rzeczywistego rozkładu temperatury na powierzchni brył pomiarowych, stosując bezkontaktowe badania termograficzne, ze względu na obecność izolacji termicznej, przysłaniającej dostęp do brył pomiarowych. Typowe rozwiązania konstrukcyjne izolacji termicznej brył pomiarowych, uwzględniające obecność kontaktowych czujników temperatury, nie pozwalają na uzyskiwanie możliwie wysokiej dokładności pomiarowej stanowiska badawczego.Existing thermal conductivity test stands do not allow for the recording of actual temperature distribution on the surface of the measurement bodies using non-contact thermographic testing due to the presence of thermal insulation, which obscures access to the measurement bodies. Typical design solutions for thermal insulation of measurement bodies, which incorporate contact temperature sensors, do not allow for the highest possible measurement accuracy of the test stand.

Celem wynalazku i zagadnieniem technicznym wymagającym rozwiązania jest opracowanie stanowiska do badań przewodności cieplnej zwłaszcza materiałów niejednorodnych, które umożliwia rejestrację rzeczywistego rozkładu temperatury na powierzchni brył pomiarowych i próbki badanej (w warunkach jednowymiarowego przepływu ciepła), oraz jednocześnie wartości temperatury w miejscach styku brył pomiarowych z próbką badaną i na tej podstawie uzyskanie wysokiej dokładności wartości mierzonego parametru.The purpose of the invention and the technical issue requiring a solution is to develop a stand for testing thermal conductivity, especially of inhomogeneous materials, which enables recording of the actual temperature distribution on the surface of the measuring bodies and the tested sample (in conditions of one-dimensional heat flow), and at the same time the temperature values at the contact points of the measuring bodies and the tested sample and, on this basis, obtaining high accuracy of the value of the measured parameter.

Stanowisko do badań przewodności cieplnej zwłaszcza materiałów niejednorodnych metodą termograficzną, posiadające płytę mocującą dolną, płytę mocującą górną i płytę oporową z osadzonym na niej układem napędowym, oraz układ pomiarowy złożony z zaizolowanych termicznie dwóch metalowych brył walcowych nagrzewanej i chłodzonej, oraz kamerę termowizyjną, znamienne tym, że posiada izolację termiczną obu brył pomiarowych, górnej i dolnej, składającą się z dwóch części przesuwnych, lewej i prawej, stanowiących izolacje termiczne korzystnie ze spienionego tworzywa sztucznego, oraz jednej części nieruchomej, stanowiącej izolację termiczną korzystnie ze spienionego tworzywa sztucznego, przy czym części przesuwne, lewa i prawa, posadowione są trwale na przynależnym do każdej z nich wsporniku nośnym, a każdy wspornik nośny przymocowany jest do ruchomego członu modułu wykonawczego, gdzie każdy moduł wykonawczy stanowi napęd liniowy, pneumatyczny lub elektryczny, o programowalnej długości skoku, a każda z części przesuwnych, lewa i prawa, ma postać prostopadłościanu z narożnym wybraniem w kształcie ćwiartki okręgu, a część nieruchoma zamocowana jest rozłącznie do brył pomiarowych, górnej i dolnej, ponadto część nieruchoma posiada w rzucie na płaszczyznę poziomą kształt litery „C” z wewnętrznym wybraniem w kształcie półkola, natomiast części przesuwne, lewa i prawa, izolacji w pozycji zamkniętej stykają się ze sobą jedną powierzchnią, ponadto moduły wykonawcze poziomego przesuwu obu części przesuwnych, lewej i prawej, izolacji osadzone są w poziomie naprzeciwko siebie, przy czym każdy moduł wykonawczy osadzony jest na stałe do płyty mocującej dolnej za pośrednictwem podpory, natomiast część nieruchoma izolacji wraz z obiema częściami przesuwnymi, lewą i prawą, izolacji w pozycji zamkniętej w rzucie na płaszczyznę poziomą tworzą wewnątrz kształt okręgu otaczającego w tym rzucie bryły pomiarowe, górną i dolną, ponadto posiada dociskacz pozycjonujący część nieruchomą izolacji względem brył pomiarowych górnej i dolnej, który zamocowany jest do płyty mocującej dolnej.A stand for testing thermal conductivity, especially of inhomogeneous materials, using the thermographic method, having a lower mounting plate, an upper mounting plate and a resistance plate with a drive system mounted thereon, and a measuring system consisting of two thermally insulated metal cylindrical bodies, heated and cooled, and a thermal imaging camera, characterized in that it has thermal insulation of both measuring bodies, upper and lower, consisting of two sliding parts, left and right, constituting thermal insulation, preferably made of foamed plastic, and one fixed part, constituting thermal insulation, preferably made of foamed plastic, wherein the sliding parts, left and right, are permanently mounted on a support bracket belonging to each of them, and each support bracket is attached to a movable member of the actuator module, wherein each actuator module is a linear, pneumatic or electric drive, with a programmable stroke length, and each of the sliding parts, left and right, is in the form of a cuboid with a corner recess in the shape of a quarter of a circle, and the fixed part is detachably attached to the upper and lower measuring bodies, moreover, the fixed part has a "C" shape in the projection on a horizontal plane with an internal recess in the shape of a semicircle, while the left and right sliding parts of the insulation in the closed position contact each other with one surface, moreover, the executive modules for the horizontal sliding of both sliding parts, left and right, of the insulation are mounted horizontally opposite each other, with each executive module being permanently mounted to the lower mounting plate via a support, while the fixed part of the insulation together with both sliding parts, left and right, of the insulation in the closed position in the projection on a horizontal plane form inside the shape of a circle surrounding the upper and lower measuring bodies in this projection, moreover, it has a hold-down device positioning the fixed part of the insulation relative to the upper and lower measuring bodies, which is attached to the lower mounting plate.

Korzystnie część nieruchoma izolacji oraz obie części przesuwne, lewa i prawa, izolacji są ze spienionego tworzywa sztucznego, korzystnie poliizocyjanuratu (PIR) lub poliuretanu (PUR).Preferably, the fixed part of the insulation and both sliding parts, left and right, of the insulation are made of foamed plastic, preferably polyisocyanurate (PIR) or polyurethane (PUR).

Korzystnie posiada wysięgnik do mocowania kamery termowizyjnej, który przytwierdzony jest rozłącznie lub na stałe do płyty mocującej dolnej.It preferably has an arm for mounting a thermal imaging camera, which is attached detachably or permanently to the lower mounting plate.

Korzystnie na wysięgniku osadzona jest prowadnica liniowa.Preferably, a linear guide is mounted on the boom.

Korzystnie kamera termowizyjna posadowiona jest na prowadnicy liniowej.Preferably, the thermal imaging camera is mounted on a linear guide.

Korzystnie na wysięgniku osadzona jest kamera termowizyjna.Preferably, a thermal imaging camera is mounted on the boom.

Korzystnie wspornik nośny zaopatrzony jest w trzpienie, których liczba wynosi co najmniej dwa.Preferably, the support bracket is provided with at least two pins.

Korzystnie wspornik nośny posiada gniazdo do mocowania ruchomego członu modułu wykonawczego.Preferably, the support bracket has a socket for mounting the movable member of the actuator module.

Korzystnie części przesuwne, lewa i prawa, izolacji posiadają otwory na trzpienie.Preferably, the sliding parts, left and right, of the insulation have holes for the pins.

Korzystnie wspornik nośny posiada otwory na śruby lub magnesy stałe, które to otwory zlokalizowane są w gnieździe, a liczba tych otworów wynosi co najmniej dwa.Preferably, the support bracket has holes for screws or permanent magnets, which holes are located in the socket, and the number of such holes is at least two.

Stanowisko według wynalazku pozwala na całkowite wyeliminowanie pomiaru wartości (gradientu) temperatury za pomocą kontaktowych czujników temperatury, umożliwiając tym samym stosowanie izolacji o wysokiej precyzji wykonania, co było trudne lub dotychczas niemożliwe do uzyskania stosując znane rozwiązania. Dzięki wysokiej precyzji wykonania izolacji uzyskuje się dużą dokładność jej przylegania do powierzchni brył pomiarowych oraz dokładność przylegania współpracujących ze sobą poszczególnych części izolacji. W wyniku zastosowania konstrukcji izolacji według wynalazku uzyskuje się dużą jednorodność gęstości strumienia ciepła, co w efekcie prowadzi do zmniejszenia błędu pomiarowego. Ponadto, stanowisko według wynalazku umożliwia wizualizację przepływu ciepła przez próbkę badaną, co z kolei stanowi dodatkowe źródło wiedzy potrzebne m.in. do symulacji numerycznych przepływu ciepła, np. w przypadku badań niejednorodnych materiałów warstwowych w tym głównie materiałów kompozytowych o osnowie polimerowej oraz materiałów porowatych. Dodatkową korzyścią rozwiązania według wynalazku jest brak dodatkowych urządzeń peryferyjnych niezbędnych w przypadku stosowania kontaktowych czujników temperatury, jak np. wielokanałowego rejestratora wartości temperatury czy układu do termostatowania (lub kompensacji temperatury) zimnych końców termopar. Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku brak jest dodatkowych czynności wynikających z konieczności kalibracji termopar, np. po ich okresowej wymianie. Ponadto, brak wystających czujników temperatury z otworów w bryłach pomiarowych niweluje zjawisko powstawania mostków cieplnych. Korzyścią przy stosowaniu stanowiska według wynalazku jest całkowita powtarzalność zaizolowania układu pomiarowego pomiędzy poszczególnymi pomiarami, co umożliwia prowadzenie analiz porównawczych oraz oszacowywanie rozrzutu wyników przy badaniach próbek z jednej populacji. Stanowisko pomiarowe według wynalazku cechuje się uzyskiwaniem mniejszych błędów pomiarowych w stosunku do znanych rozwiązań, i w efekcie pozwala wyznaczyć z dużą dokładnością wartość wielkości mierzonej.The station according to the invention completely eliminates the need to measure temperature (gradient) values using contact temperature sensors, thus enabling the use of high-precision insulation, which has been difficult or impossible to achieve using known solutions. This high-precision insulation allows for high accuracy in adherence to the surfaces of the measuring bodies and the accuracy of the interconnected individual insulation components. The insulation design according to the invention results in highly uniform heat flux density, which ultimately leads to reduced measurement error. Furthermore, the station according to the invention enables visualization of heat flow through the test sample, which in turn provides an additional source of knowledge needed for, among other things, numerical simulations of heat flow, for example, in the case of testing heterogeneous layered materials, primarily polymer-based composite materials and porous materials. An additional benefit of the solution according to the invention is the lack of additional peripheral devices required when using contact temperature sensors, such as a multi-channel temperature recorder or a system for thermostating (or temperature compensation) of thermocouple cold junctions. Thanks to the solution according to the invention, there are no additional steps required to calibrate thermocouples, for example, after their periodic replacement. Furthermore, the absence of temperature sensors protruding from holes in the measuring bodies eliminates the formation of thermal bridges. A benefit of using the station according to the invention is the complete repeatability of the measurement system insulation between individual measurements, which enables comparative analyses and estimation of the dispersion of results when testing samples from a single population. The measurement station according to the invention is characterized by smaller measurement errors compared to known solutions, and as a result, allows for the determination of the measured value with high accuracy.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został ujawniony na rysunku, na którym: Fig. 1 ilustruje stanowisko pomiarowe w rzucie głównym na płaszczyznę; Fig. 2 i Fig. 3 ilustrują aksonometryczne widoki stanowiska pomiarowego z pokazanym usytuowaniem kamery termowizyjnej podczas wykonywanego pomiaru, odpowiednio od strony części przesuwnej izolacji oraz od strony części nieruchomej izolacji; Fig. 4 i Fig. 5 ilustrują przekroje poprzeczne izolacji i bryły pomiarowej, odpowiednio dla pozycji zamkniętej oraz pozycji otwartej; Fig. 6 ilustruje schemat układu pomiarowego; Fig. 7 ilustruje aksonometryczny widok w rozsunięciu części przesuwnej izolacji i wspornika nośnego; Fig. 8 ilustruje aksonometryczny widok części nieruchomej izolacji.The subject of the invention in an example embodiment is disclosed in the drawing, in which: Fig. 1 illustrates the measuring station in a plan view on a plane; Fig. 2 and Fig. 3 illustrate axonometric views of the measuring station with the location of the thermal imaging camera shown during the measurement, from the side of the sliding part of the insulation and from the side of the stationary part of the insulation, respectively; Fig. 4 and Fig. 5 illustrate cross-sections of the insulation and the measuring body, for the closed position and the open position, respectively; Fig. 6 illustrates a diagram of the measuring system; Fig. 7 illustrates an axonometric exploded view of the sliding part of the insulation and the support bracket; Fig. 8 illustrates an axonometric view of the stationary part of the insulation.

Przykład IExample I

Stanowisko do badań przewodności cieplnej zwłaszcza materiałów niejednorodnych metodą termograficzną, wyposażone w płytę mocującą dolną, płytę mocującą górną i płytę oporową z osadzonym na niej układem napędowym, oraz układ pomiarowy złożony z zaizolowanych termicznie dwóch metalowych brył walcowych nagrzewanej i chłodzonej, oraz kamerę termowizyjną, posiada izolację termiczną obu brył pomiarowych, górnej (6) i dolnej (7), składającą się z dwóch części przesuwnych, lewej (12a) i prawej (12b), stanowiących izolacje termiczne korzystnie ze spienionego tworzywa sztucznego, oraz jednej części nieruchomej (11), stanowiącej izolację termiczną korzystnie ze spienionego tworzywa sztucznego, przy czym części przesuwne, lewa (12a) i prawa (12b), posadowione są trwale na przynależnym do każdej z nich wsporniku nośnym (13), a każdy wspornik nośny (13) przymocowany jest do ruchomego członu (14) modułu wykonawczego (15), gdzie każdy moduł wykonawczy (15) stanowi napęd liniowy, pneumatyczny lub elektryczny, o programowalnej długości skoku, a każda z części przesuwnych, lewa (12a) i prawa (12b), ma postać prostopadłościanu z narożnym wybraniem (12.2) w kształcie ćwiartki okręgu, a część nieruchoma (11) zamocowana jest rozłącznie do brył pomiarowych, górnej (6) i dolnej (7), ponadto część nieruchoma (11) posiada w rzucie na płaszczyznę poziomą kształt litery „C” z wewnętrznym wybraniem (11.1) w kształcie półkola, natomiast części przesuwne, lewa (12a) i prawa (12b), izolacji w pozycji zamkniętej (A) stykają się ze sobą jedną powierzchnią, ponadto moduły wykonawcze (15) poziomego przesuwu obu części przesuwnych, lewej (12a) i prawej (12b), izolacji osadzone są w poziomie naprzeciwko siebie, przy czym każdy moduł wykonawczy (15) osadzony jest na stałe do płyty mocującej dolnej (1) za pośrednictwem podpory (19), natomiast część nieruchoma (11) izolacji wraz z obiema częściami przesuwnymi, lewą (12a) i prawą (12b), izolacji w pozycji zamkniętej (A) w rzucie na płaszczyznę poziomą tworzą wewnątrz kształt okręgu otaczającego w tym rzucie bryły pomiarowe, górną (6) i dolną (7), ponadto posiada dociskacz (20) pozycjonujący część nieruchomą (11) izolacji względem brył pomiarowych górnej (6) i dolnej (7), który zamocowany jest do płyty mocującej dolnej (1).A stand for testing thermal conductivity, especially of inhomogeneous materials, using the thermographic method, equipped with a lower mounting plate, an upper mounting plate and a resistance plate with a drive system mounted thereon, and a measuring system consisting of two thermally insulated metal cylindrical bodies, heated and cooled, and a thermal imaging camera, has thermal insulation of both measuring bodies, upper (6) and lower (7), consisting of two sliding parts, left (12a) and right (12b), constituting thermal insulation, preferably made of foamed plastic, and one fixed part (11), constituting thermal insulation, preferably made of foamed plastic, wherein the sliding parts, left (12a) and right (12b), are permanently mounted on a supporting bracket (13) belonging to each of them, and each supporting bracket (13) is attached to a movable member (14) of the executive module (15), wherein each the actuator module (15) is a linear, pneumatic or electric drive with a programmable stroke length, and each of the sliding parts, the left (12a) and the right (12b), has the form of a cuboid with a corner recess (12.2) in the shape of a quarter of a circle, and the fixed part (11) is detachably attached to the measuring bodies, the upper (6) and the lower (7), furthermore the fixed part (11) has the shape of the letter "C" in the projection on a horizontal plane with an internal recess (11.1) in the shape of a semicircle, while the sliding parts, the left (12a) and the right (12b), of the insulation in the closed position (A) are in contact with each other with one surface, furthermore the actuator modules (15) of the horizontal shift of both sliding parts, the left (12a) and the right (12b) of the insulation are mounted horizontally opposite each other, wherein each actuator module (15) is permanently mounted to the lower mounting plate (1) by means of supports (19), while the fixed part (11) of the insulation together with both sliding parts, left (12a) and right (12b), of the insulation in the closed position (A) in the projection on the horizontal plane form inside the shape of a circle surrounding in this projection the measuring bodies, upper (6) and lower (7), and furthermore it has a presser (20) positioning the fixed part (11) of the insulation in relation to the measuring bodies of upper (6) and lower (7), which is attached to the lower mounting plate (1).

Przykład IIExample II

Stanowisko do badań przewodności cieplnej zwłaszcza materiałów niejednorodnych metodą termograficzną, składa się z płyty mocującej dolnej (1), płyty mocującej górnej (2), płyty oporowej (3), elementu grzewczego (9), chłodnicy (10) i układu pomiarowego w postaci dwóch brył pomiarowych, górnej (6) i dolnej (7), przy czym jedna z tych brył jest nagrzewana a druga jest chłodzona. Płyta mocująca górna (2) jest ruchoma i przemieszczana jest (zgodnie z kierunkiem ruchu rz) na łożyskach liniowych względem dwóch kolumn prowadzących (4) za pośrednictwem układu napędowego (5) posadowionego na płycie oporowej (3). Układ napędowy (5), umożliwiający regulację siły docisku badanych próbek, stanowi siłownik ze sprzęgłem lub silnik krokowy ze sprzęgłem i śrubą pociągową. Do płyty mocującej dolnej (1) przymocowana jest chłodnica (10) w postaci metalowego bloku z wewnętrznymi kanałami wodnymi, na którym posadowiona jest na stałe bryła pomiarowa dolna (7). Z kolei, do płyty mocującej górnej (2) przymocowany jest pośrednio (poprzez przekładkę izolacyjną) elektrooporowy element grzewczy (9), do którego przymocowana jest bryła pomiarowa górna (6). Obie bryły pomiarowe (6) i (7) mają postać walców o średnicy podstawy równej 40 mm i wysokości 115 mm. Bryły pomiarowe, górna (6) i dolna (7), wytworzone są ze stopu metalu o wysokiej wartości przewodności cieplnej, korzystnie aluminium lub miedzi. Górna podstawa bryły pomiarowej górnej (6) jest nagrzewana poprzez kontakt z elementem grzewczym (9), a dolna podstawa bryły pomiarowej dolnej (7) jest chłodzona poprzez kontakt z chłodnicą (10). Pomiędzy bryłą pomiarową górną (6) a dolną (7) znajduje się próbka do badań (8) ze szkła spienionego (gęstość 0,34 g/cm³) o grubości 3,8 mm i średnicy 40 mm. Stanowisko posiada zewnętrzną izolację termiczną obu brył pomiarowych (6) i (7), wytworzoną z pianki poliuretanowej (PUR), która składa się z części nieruchomej (11) oraz dwóch części przesuwnych, lewej (12a) i prawej (12b). Część nieruchoma (11) izolacji w przekroju poprzecznym posiada kształt litery „C” z wewnętrznym wybraniem (11.1) dopasowanym do wymiaru brył pomiarowych. Część nieruchoma (11) izolacji zamocowana jest rozłączenie do brył pomiarowych (6) i (7), i utrzymywana jest w zadanej pozycji dociskaczem (20) z obciążnikiem, osadzonym przegubowo na płycie mocującej dolnej (1). Ponadto, część nieruchoma (11) zakrywa jednocześnie połowę powierzchni bocznej każdej bryły pomiarowej, górnej (6) i dolnej (7), a pozostała powierzchnia boczna brył pomiarowych (6) i (7) zakryta jest (na czas stabilizowania się wartości temperatury układu pomiarowego) symetrycznie względem osi pionowej brył pomiarowych dwiema częściami przesuwnymi (12a) i (12b) izolacji. Każda z części przesuwnych (12a) i (12b) izolacji posadowiona jest trwale (poprzez połączenie klejowe) na usztywniającym metalowym wsporniku nośnym (13), zaopatrzonym w trzpienie (13.1), zapewniające stabilne posadowienie piankowej izolacji. Części przesuwne (12a) i (12b) izolacji posiadają otwory (12.1) o średnicy nieznacznie większej w stosunku do średnicy trzpieni (13.1), umożliwiając tym samym wypełnienie pozostałej przestrzeni klejem montażowym. Wspornik nośny (13) wytworzony jest z płaskownika, np. aluminiowego, o grubości 5 mm, na którym trwale posadowiono w rzędzie sześć trzpieni (13.1), stosując dowolną technikę łączenia, korzystnie poprzez wprasowanie ciasno pasowanych trzpieni w niepokazane na rysunkach otwory w płaskowniku. Wspornik nośny (13) posiada gniazdo (13.2) o głębokości 2,5 mm w kształcie prostokąta o wymiarach 70,2 mm x 30,2 mm, które dopasowane jest do kształtu i wymiarów prostokątnej płytki montażowej ruchomego członu (14) modułu wykonawczego (15). W gnieździe (13.2) znajdują się cztery jednakowe otwory (13.3), w których osadzone są ciasno pasowane magnesy stałe, utrzymujące w zadanej pozycji stalową płytkę montażową. Możliwe jest również zastosowanie połączenia śrubowego płytki montażowej ze wspornikiem nośnym (13), przy czym w takim rozwiązaniu otwory (13.3) są gwintowane. Tego typu sposoby zamocowania rozłącznego (poprzez magnesy stałe lub śruby) umożliwiają łatwe i szybkie zdejmowanie części przesuwnych izolacji. Dla przykładowego wykonania średnica trzpienia (13.1) wynosi 7 mm, a średnica otworu nieprzelotowego (12.1) wynosi 9 mm. Liczba otworów nieprzelotowych (12.1) równa jest liczbie trzpieni (13.1) i wynosi co najmniej dwa. Przestrzeń zawarta pomiędzy otworami nieprzelotowymi (12.1) a trzpieniami (13.1) wypełniona jest klejem montażowym, przy czym dla skutecznego zaizolowania termicznego próbki do badań, korzystnym jest, aby proces utwardzania kleju montażowego prowadzony był na docelowym stanowisku do badań przy zapewnieniu przylegania powierzchni wybrań (12.2) części przesuwnych (12a) i (12b) do powierzchni brył pomiarowych (6) i (7), co w efekcie zapewnia dokładne przyleganie tych powierzchni podczas wykonywanego pomiaru. Ruchomy człon (14) posiada podwójną prowadnicę na łożyskach liniowych zabudowanych w korpusie modułu wykonawczego (15). Moduł wykonawczy (15) stanowi napęd liniowy elektryczny (lub opcjonalnie pneumatyczny) o programowalnej długości skoku w zakresie od 0 do 20 mm. Oba moduły wykonawcze (15) zamocowane są za pośrednictwem podpór (19) do płyty mocującej dolnej (1). Moduły wykonawcze (15) umożliwiają obu częściom przesuwnym (12a) i (12b) izolacji ruch posuwisto-zwrotny (zgodnie z kierunkiem ruchu rx) za pomocą sił Fx i -Fx (przemieszczanie z pozycji zamkniętej A do pozycji otwartej B oraz przemieszczenie powrotne). Stanowisko posiada wysięgnik (18) do stabilnego mocowania kamery termowizyjnej (16) korzystnie za pośrednictwem prowadnicy liniowej (17). Kształt wysięgnika (18) zaprojektowany jest tak, aby oś optyczna kamery termowizyjnej (16) znajdowała się korzystnie na wysokości próbki badanej (8). Zastosowanie wysięgnika (18) z prowadnicą (17) umożliwia pozycjonowanie kamery termowizyjnej (16) i precyzyjne ustawianie jej odległości od brył pomiarowych (6) i (7), co w efekcie zapewnia powtarzalność rejestracji obrazu dla przyporządkowanej liczby pikseli na zdefiniowanej długości linii pomiarowych na powierzchni obu brył. W celu zarejestrowania obrazu termograficznego na powierzchni brył pomiarowych, górnej (6) i dolnej (7), oraz próbki badanej (8) wyzwala się z poziomu komputera PC (21), lub sterownika programowalnego (22), przesuw obu ruchomych członów (14) modułów wykonawczych (15) na zaprogramowaną odległość (tj. z pozycji zamkniętej A do pozycji otwartej B, np. o wartość skoku równą 15 mm i w czasie krótszym niż 2 s). Następnie, po przemieszczeniu się obu części przesuwnych (12a) i (12b) izolacji do pozycji otwartej (B) zostaje wysłany automatycznie sygnał z napędu liniowego (wyposażonego w wewnętrzny czujnik pozycji typu enkoder) do komputera PC (21), który powoduje włączenie nagrywania (rejestrację obrazów termograficznych) kamerą termowizyjną (16) za pośrednictwem dedykowanego oprogramowania. Podczas etapu stabilizowania się przepływu ciepła w układzie pomiarowym obie części przesuwne (12a) i (12b) izolacji są dosunięte do siebie na styk (pozycja zamknięta A), zapewniając dokładne („szczelne”) zaizolowanie termicznie obu brył pomiarowych (6) i (7). Fragment powierzchni obu metalowych brył pomiarowych (6) i (7), na którym rejestrowane są obrazy termograficzne, pokryty jest cienką warstwą czarnej matowej farby o współczynniku emisyjności wynoszącym około 0,9. Opcjonalnie, dla uzyskania większej dokładności pomiaru rozkładu temperatury na grubości próbki badanej (8), przemieszcza się kamerę termowizyjną (16) na prowadnicy liniowej (17) w stronę brył pomiarowych (6) i (7) i rejestruje się dodatkowy obraz termograficzny. Na podstawie zarejestrowanych gradientów temperatury na obu bryłach pomiarowych (6) i (7) oraz na grubości próbki badanej (8), wyznacza się wartość strumienia ciepła potrzebnego do obliczeń przewodności cieplnej lub oporu przepływu ciepła. Aby uzyskać prawidłowe wyniki potrzebne do obliczeń wartości wielkości mierzonej należy dokonać kilku pomiarów wstępnych (rejestracji gradientu temperatury) w różnych odstępach czasu i porównać zarejestrowane gradienty temperatury celem stwierdzenia ustabilizowania się temperatury układu. Każda re jestracja gradientu temperatury odbywa się bezzwłocznie (i w tej samej chwili czasu) po przemieszczeniu się części przesuwnych (12a) i (12b) izolacji do pozycji otwartej (B). Po wykonanym pomiarze, celem wyjęcia i zmiany próbki do badań (8), odchyla się dociskacz (20) z obciążnikiem i zdejmuje się część nieruchomą (11) izolacji, opcjonalnie przemieszcza się części przesuwne (12a) i (12b) izolacji do pozycji otwartej (B) i kolejno odsuwa się bryłę pomiarową górną (6) na zadaną odległość względem bryły pomiarowej dolnej (7) za pośrednictwem układu napędowego (5).The stand for testing thermal conductivity, especially of heterogeneous materials using thermography, consists of a lower mounting plate (1), an upper mounting plate (2), a resistance plate (3), a heating element (9), a cooler (10), and a measuring system in the form of two measuring bodies: upper (6) and lower (7), where one of these bodies is heated and the other is cooled. The upper mounting plate (2) is movable and is moved (in the direction of movement rz) on linear bearings relative to two guide columns (4) via a drive system (5) mounted on the resistance plate (3). The drive system (5), which allows for the adjustment of the pressure force on the tested samples, consists of an actuator with a clutch or a stepper motor with a clutch and a lead screw. A cooler (10) in the form of a metal block with internal water channels is attached to the lower mounting plate (1), on which the lower measuring body (7) is permanently mounted. In turn, an electrofusion heating element (9) is indirectly attached to the upper mounting plate (2) (through an insulating spacer), to which the upper measuring body (6) is attached. Both measuring bodies (6) and (7) are cylindrical with a base diameter of 40 mm and a height of 115 mm. The upper (6) and lower (7) measuring bodies are made of a metal alloy with high thermal conductivity, preferably aluminum or copper. The upper base of the upper measuring body (6) is heated by contact with a heating element (9), and the lower base of the lower measuring body (7) is cooled by contact with a cooler (10). A test sample (8) made of foamed glass (density 0.34 g/ ^cm3 ) with a thickness of 3.8 mm and a diameter of 40 mm is placed between the upper (6) and lower (7) measuring bodies. The station has external thermal insulation of both measuring bodies (6) and (7), made of polyurethane foam (PUR), which consists of a stationary part (11) and two sliding parts, left (12a) and right (12b). The stationary part (11) of the insulation has a C-shaped cross-section with an internal recess (11.1) adapted to the dimensions of the measuring bodies. The stationary part (11) of the insulation is detachably attached to the measuring bodies (6) and (7) and held in position by a hold-down device (20) with a weight mounted pivotally on the lower mounting plate (1). Furthermore, the fixed part (11) simultaneously covers half of the lateral surface of each measuring body, upper (6) and lower (7), and the remaining lateral surface of measuring bodies (6) and (7) is covered (while the temperature value of the measuring system stabilizes) symmetrically with respect to the vertical axis of the measuring bodies by two sliding parts (12a) and (12b) of the insulation. Each of the sliding parts (12a) and (12b) of the insulation is permanently mounted (through an adhesive connection) on a stiffening metal support bracket (13), equipped with pins (13.1) ensuring a stable mounting of the foam insulation. The sliding parts (12a) and (12b) of the insulation have holes (12.1) with a diameter slightly larger than the diameter of the pins (13.1), thus enabling the remaining space to be filled with mounting adhesive. The support bracket (13) is made of a flat bar, e.g., aluminum, 5 mm thick, on which six pins (13.1) are permanently mounted in a row using any joining technique, preferably by pressing the tightly fitted pins into holes in the flat bar not shown in the drawings. The support bracket (13) has a 2.5 mm deep rectangular socket (13.2) measuring 70.2 mm x 30.2 mm, which is matched to the shape and dimensions of the rectangular mounting plate of the movable member (14) of the actuator module (15). The socket (13.2) contains four identical holes (13.3) in which tightly fitted permanent magnets are mounted, holding the steel mounting plate in a preset position. It is also possible to use a screw connection between the mounting plate and the support bracket (13), with the holes (13.3) being threaded. This type of detachable mounting method (using permanent magnets or screws) allows for easy and quick removal of the sliding insulation parts. In the exemplary embodiment, the diameter of the pin (13.1) is 7 mm, and the diameter of the blind hole (12.1) is 9 mm. The number of blind holes (12.1) is equal to the number of pins (13.1) and is at least two. The space between the blind holes (12.1) and the pins (13.1) is filled with assembly adhesive. For effective thermal insulation of the test sample, it is advantageous for the assembly adhesive curing process to be carried out on the target testing stand, ensuring adhesion of the recessed surfaces (12.2) of the sliding parts (12a) and (12b) to the surfaces of the measuring bodies (6) and (7), which in turn ensures precise adhesion of these surfaces during the measurement. The movable member (14) has a double guide on linear bearings built into the body of the actuator module (15). The actuator module (15) is an electric (or optionally pneumatic) linear drive with a programmable stroke length in the range of 0 to 20 mm. Both actuator modules (15) are mounted via supports (19) to the lower mounting plate (1). The actuator modules (15) enable both sliding parts (12a) and (12b) of the insulation to move back and forth (in the direction of movement rx) using forces Fx and -Fx (movement from the closed position A to the open position B and return movement). The station has an arm (18) for stable mounting of the thermal imaging camera (16), preferably via a linear guide (17). The shape of the arm (18) is designed so that the optical axis of the thermal imaging camera (16) is preferably at the height of the tested sample (8). The use of the arm (18) with the guide (17) enables positioning of the thermal imaging camera (16) and precise setting of its distance from the measuring bodies (6) and (7), which in turn ensures repeatability of image recording for the assigned number of pixels on the defined length of the measurement lines on the surface of both bodies. In order to record a thermographic image on the surface of the measuring bodies, upper (6) and lower (7), and the tested sample (8), the PC (21) or the programmable controller (22) triggers the movement of both movable members (14) of the actuator modules (15) to a programmed distance (i.e. from the closed position A to the open position B, e.g. by a stroke value of 15 mm and in less than 2 s). Then, after both sliding parts (12a) and (12b) of the insulation have moved to the open position (B), a signal is automatically sent from the linear drive (equipped with an internal encoder-type position sensor) to the PC (21), which activates recording (registration of thermographic images) with the thermal imaging camera (16) via dedicated software. During the heat flow stabilization stage in the measuring system, both sliding parts (12a) and (12b) of the insulation are pushed together until they butt together (closed position A), ensuring precise ("tight") thermal insulation of both measuring bodies (6) and (7). The surface fragment of both metal measuring bodies (6) and (7), on which thermographic images are recorded, is covered with a thin layer of matte black paint with an emissivity coefficient of approximately 0.9. Optionally, to achieve greater accuracy in measuring the temperature distribution across the thickness of the tested sample (8), the thermal imaging camera (16) is moved on a linear guide (17) towards the measuring bodies (6) and (7) and an additional thermographic image is recorded. Based on the recorded temperature gradients on both measuring bodies (6) and (7) and on the thickness of the tested sample (8), the heat flux value required for calculating thermal conductivity or heat flow resistance is determined. To obtain correct results needed for calculating the measured value, several initial measurements (temperature gradient recordings) should be performed at different time intervals and the recorded temperature gradients should be compared to determine whether the system temperature has stabilized. Each temperature gradient recording takes place immediately (and at the same time) after the sliding parts (12a) and (12b) of the insulation have moved to the open position (B). After the measurement, to remove and change the test sample (8), the hold-down device (20) with the weight is folded back and the fixed part (11) of the insulation is removed. Optionally, the sliding parts (12a) and (12b) of the insulation are moved to the open position (B) and the upper measuring body (6) is moved a predetermined distance relative to the lower measuring body (7) via the drive system (5).

Wykaz oznaczeńList of markings

- płyta mocująca dolna- lower mounting plate

- płyta mocująca górna- upper mounting plate

-płyta oporowa-support plate

- kolumna prowadząca- guide column

- układ napędowy- drive system

- bryła pomiarowa górna- upper measuring block

- bryła pomiarowa dolna- lower measuring block

- próbka badana- tested sample

- element grzewczy- heating element

- chłodnica- cooler

- część nieruchoma- fixed part

11.1 - wybranie11.1 - selection

12a - część przesuwna lewa12a - left sliding part

12b - część przesuwna prawa12b - right sliding part

12. 1 - otwór nieprzelotowy12. 1 - blind hole

12. 2 - wybranie12. 2 - selection

- wspornik nośny- support bracket

13.1 - trzpień13.1 - pin

13.2 - gniazdo13.2 - socket

13.3 - otwór13.3 - hole

- człon ruchomy- movable member

- moduł wykonawczy- executive module

- kamera termowizyjna- thermal imaging camera

- prowadnica liniowa- linear guide

- wysięgnik- boom

- podpora- support

- dociskacz- presser

- komputer PC- PC

- sterownik programowalny- programmable controller

A - pozycja zamkniętaA - closed position

B - pozycja otwartaB - open position

Fx - siła na kierunku osi x rx - kierunek ruchu na osi x ry - kierunek ruchu na osi y rz - kierunek ruchu na osi zFx - force on the x axis rx - direction of movement on the x axis ry - direction of movement on the y axis rz - direction of movement on the z axis

Claims

1. A stand for testing thermal conductivity, especially of inhomogeneous materials, using the thermographic method, comprising a lower mounting plate, an upper mounting plate and a resistance plate with a drive system mounted thereon, and a measuring system consisting of two thermally insulated metal cylindrical bodies, heated and cooled, and a thermal imaging camera, characterized in that it comprises thermal insulation of both measuring bodies, upper (6) and lower (7), consisting of two sliding parts, left (12a) and right (12b), constituting thermal insulation, preferably made of foamed plastic, and one fixed part (11), constituting thermal insulation, preferably made of foamed plastic, wherein the sliding parts, left (12a) and right (12b), are permanently mounted on a supporting bracket (13) belonging to each of them, and each supporting bracket (13) is attached to a movable member (14) of an executive module (15), where each executive module (15) is a linear, pneumatic or electric drive with a programmable stroke length, and each of the sliding parts, the left (12a) and the right (12b), has the form of a cuboid with a corner recess (12.2) in the shape of a quarter of a circle, and the fixed part (11) is detachably attached to the measuring bodies, the upper (6) and the lower (7), furthermore the fixed part (11) has the shape of the letter "C" in the projection on a horizontal plane with an internal recess (11.1) in the shape of a semicircle, while the sliding parts, the left (12a) and the right (12b), of the insulation in the closed position (A) are in contact with each other with one surface, furthermore the executive modules (15) of the horizontal shift of both sliding parts, the left (12a) and the right (12b) of the insulation are mounted horizontally opposite each other, wherein each executive module (15) is mounted permanently to the lower mounting plate (1) via the support (19), while the fixed part (11) of the insulation together with both sliding parts, left (12a) and right (12b), of the insulation in the closed position (A) in the projection on the horizontal plane form inside the shape of a circle surrounding the measuring bodies, upper (6) and lower (7) in this projection, and furthermore it has a presser (20) positioning the fixed part (11) of the insulation in relation to the measuring bodies, upper (6) and lower (7), which is fixed to the lower mounting plate (1).

2. A station according to claim 1, characterized in that the fixed part (11) of the insulation and both sliding parts, left (12a) and right (12b), of the insulation are made of foamed plastic, preferably polyisocyanurate (PIR) or polyurethane (PUR).

3. A station according to claim 1 or 2, characterized in that it has an arm (18) for mounting a thermal imaging camera (16), which is attached detachably or permanently to the lower mounting plate (1).

4. A station according to claim 1, 2 or 3, characterized in that a linear guide (17) is mounted on the boom (18).

5. Station according to one of claims 1 to 4, characterized in that the thermal imaging camera (16) is mounted on a linear guide (17).

6. A station according to one of claims 1 to 5, characterized in that a thermal imaging camera (16) is mounted on the boom (18).

7. A station according to one of claims 1 to 6, characterized in that the support bracket (13) is provided with at least two bolts (13.1).

8. Station according to one of claims 1 to 7, characterized in that the support bracket (13) has a socket (13.2) for mounting the movable member (14) of the execution module (15).

9. A station according to one of claims 1 to 8, characterized in that the left (12a) and right (12b) sliding parts of the insulation have openings (12.1) for the pins (13.1).

10. A station according to one of claims 1 to 9, characterized in that the support bracket (13) has holes (13.3) for screws or permanent magnets, which holes (13.3) are located in the seat (13.2), and the number of these holes (13.3) is at least two.