DE1129315B - Vorrichtung zum Messen der Waermeleitfaehigkeit fester Stoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Wärmeleitfähigkeit fester Stoffe nach der statischen Vergleichsmethode mit einer Wärmekette, die ein erhitztes Bezugselement, das Probeelement und ein gekühltes Bezugselement umfaßt, welche elastisch in Berührung gehalten sind, ferner mit einer Meßvorrichtung für den Temperaturgradienten längs der Wärmekette und mit einem die Wärmekette umgebenden mehrteiligen Schutzschirm, ίο

Die Messung physikalischer Eigenschaften, insbesondere die Messung der Wärmeleitfähigkeit von feuerfesten Stoffen, die sich in Atomreaktoren verwenden lassen, ist grundlegend wichtig. Einerseits sind die physikalischen Daten unentbehrlich für Konstrukteure von Reaktoren und anderseits ist es wichtig, die Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der Heterogenität der Probestücke zu bestimmen und damit von der Güte der Herstellung und dem Einfluß der weiteren Behandlungen: Kernstrahlungen, zo Korrosion, Wärmeprozesse usw.

Die grundlegenden Gesetze, die diese Eigenschaften beherrschen, leiten sich von der Wärmeleitungsgleichung ab, die sich schreiben läßt:

dQ_ arc dT

und die ausdrückt, daß die in der Zeit Θ durch eine Fläche S strömende Wärmemenge Q proportional dem Temperaturgradienten ist, der durch die Temperaturdifferenz (Ti-T₂) entlang eines Wegelementes L gegeben ist.

Es lassen sich zwei grundlegende Fälle unterscheiden: Die dynamische Betriebsweise, bei der die Temperatur an einer Stelle des Körpers eine Funktion der Zeit ist, und die statische Betriebsweise, bei der die Temperatur irgendeines Punktes des Körpers konstant ist.

Hieraus ergeben sich zwei genaue Methoden zum Messen der Wärmeleitfähigkeit, die beide gewisse Bedingungen voraussetzen: Das Probestück muß eine geometrische Form haben, um einen bestimmten konstanten Querschnitts über eine LängeL zu ergeben. Das Prisma und der Zylinder genügen dieser Bedingung.

Das Probestück muß zum Hindurchleiten eines Wärmestromes zwischen einer Wärmequelle und einer Kältequelle angeordnet sein.

Man muß eine Einrichtung zum genauen Messen der Temperatur anbringen.

Schließlich muß dafür gesorgt sein, daß die an dem einen Ende eintretende Wärme voll-Vorrichtung zum Messen
der Wärmeleitfähigkeit fester Stoffe

Anmelder:
Commissariat a l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 15. April 1959 (Nr. 792 133)

Paul Cogez, Montrouge, Seine,

Jacques Humbert, Viroflay, Seine-et-Oise,

und Claude Gewiss, Paris (Frankreich),

sind als Erfinder genannt worden

ständig an dem anderen Ende wieder austritt.

Die dynamische Methode erfordert nicht nur komplizierte Rechnungen zum Lösen der vollständigen Gleichung, sondern auch eine Vorrichtung mit einer Wärmequelle, die als Funktion der Zeit veränderlich ist. Diese Nachteile ermöglichen keine Anwendung der Methode bei schnellen, getreuen und genauen Messungen.

Die statische Methode besteht darin, einen gleichbleibenden Wärmefluß durch das Probestück zu schicken und dessen Betrag, d. h.· diejenige Wärmemenge, die in der Zeiteinheit durch den Querschnitt S des Probestückes fließt, sowie den Abfall des Wärmepotentiales zu messen. Diese Messung kann nach einer absoluten Methode geschehen, d. h. durch direkte Messung der in Wärme umgewandelten Energie an der Wärmequelle oder der von der Kältequelle aufgenommenen Energie, oder aber nach einer Vergleichsmethode, die sich auf ein Eichnormal bezieht.

Die Geräteausführungen, die von der absoluten Meßmethode Gebrauch machen, müssen eine Wärmequelle mit vollkommen adiabatischem Verhalten aufweisen. Diese Notwendigkeit schließt ein einfaches und leicht zu verwendendes Gerät aus. Diese Ausführungen sind oft nicht sehr genau, z. B. in dem Fall, wo die Wärmequelle von einem elektrischen Widerstand gebildet ist, der von einem zweiten

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Wächterwiderstand umgeben ist, oder aber die querende Wärmefluß genau so groß ist wie der

Probestücke und Schutzschirme müssen eine be- Wärmefluß durch die Bezugselektroden).

sondere Gestalt aufweisen (zylindrisch, sphärisch, K ist der mittlere Koeffizient der Wärmeleit-

späroidisch), die sehr oft kostspielig oder bei feuer- fahigkeit.

festen Materialien gar nicht zu bearbeiten sind und 5 ΔΤ ist der Temperaturunterschied in ⁰C pro

dann eine besondere Formung erfordern, die es nicht Länge /.

ermöglicht, die Eigenschaften industriell gefertigten / ist der Abstand zwischen den Thermoelementen

Materials zu messen. in Zentimeter.

Die Vergleichsmethode mit gleichbleibender Be- Außerdem sind die sich auf die erwärmte Bezugstriebsweise ist am vorteilhaftesten zum Untersuchen 10 elektrode beziehenden Größen mit dem Index 1 verindustriellen Materials, da sie die Anwendung eines sehen, die sich auf die gekühlte Bezugselektrode beProbestückes von einfacher geometrischer Form ziehenden Größen mit dem Index 2, wohingegen die ermöglicht, z. B. von zylindrischer oder prismatischer zu dem Meßkörper gehörenden Größen keinen Form. _ Index aufweisen. Setzt man noch voraus, daß der

Das Prinzip ist' folgendes: Quer durch eine 15 Wärmefluß durch das Probestück genau so groß Wärmebrücke, die von zwei Bezugselektroden und ist wie der Wärmefluß durch die Bezugskörper, so einem dazwischen eingespannten, zu untersuchenden besteht folgende Gleichung: Probestück gebildet ist, wird ein konstanter Wärmefluß geleitet. Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient der O = K ^¹ ' ¹^¹ = K ^ ^ = K ^² ' ^² Bezugselektroden wird bei diesem Gerät in gleichen 20 Z₁ / ² h Zeitabständen mit Hilfe von geeichten Bezugselektroden überprüft. Die Bestimmung des Wärmeleitfähigkeitskoeffi-

Die Wärmebrücke wird an einem Ende erwärmt zienten K des Probestückes besteht dann darin, den und am anderen Ende gekühlt. Die sich dabei Wärmefluß durch das Probestück aus der Messung ergebenden Temperaturgradienten werden mit einer 25 des Temperaturgradienten entlang eines der Bezugseiner Reihe von Thermoelementen, die an den drei körper, aus seinem Querschnitt und aus seinem be-Teilen angeordnet sind, gemessen. kannten Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten zu be-

Ein nach diesem Prinzip der Vergleichsmethode rechnen. Aus dem Wärmefluß errechnet man dann

arbeitendes Meßgerät ist bereits bekanntgeworden. mit dem Temperaturgradienten im Probestück und

Bei ihm wird die Probe in Gestalt einer dünnen 30 dem Querschnitt den Wert von K.

Platte zwischen zwei Kupferblöcke eingespannt. Zur Indem man mit dem anderen Bezugskörper

Isolierung ist die Wärmekette mit einem Wärme- genauso verfahrt, erhält man einen anderen experi-

isoliermaterial umgeben, das an den Stellen der mentellen Wert fur K und nimmt den Mittelwert

Bezugselektroden oder insgesamt von Umhüllungen aus beiden.

umgeben ist. Durch die Verwendung sehr dünner 35 Diese 'Ausführungsarten sind für Messungen der Proben geht der Wärmewiderstand der beiden Wärmeleitfähigkeit zwischen 50 und 250° C entGrenzflächen zwischen der Probe und den Bezugs- worfen, d.h. in einem genügend weiten Bereich, elektroden stark in die Messung ein. Der Meßfehler um für ein gegebenes Material eine genaue Extraliegt daher in der Größenordnung von wenigen polation der Meßergebnisse dieses Bereiches auf die Prozenten. 40 Betriebsbedingungen außerhalb dieses Temperatur-

Bei einer anderen bekanntgewordenen Meßvor- bereiches, z. B. bei Kernreaktoren, vornehmen zu

richtung bestehen die Bezugselektroden aus Stahl können. Sie ermöglichen außerdem die Durchführung

und sind mit Messinghülsen umgeben. Die Probe der Messungen in dem Fall, wo das Probestück

selbst wird durch einen Reflektor geschützt. Sowohl Wärme ausstrahlt, indem man eine vorzeitige

die die Bezugselektroden umgebenden Hülsen wie 45 »Erholung« des Probestückes verhindert. Diese Aus-

die Abschirmfläche für die Probe können kein der führungsarten weisen jedoch einen schwerwiegenden

Wärmekette entsprechendes Temperaturgefälle an- Nachteil auf, der darin besteht, daß sie sich nicht

nehmen. Sie befinden sich vielmehr annähernd auf universell anwenden lassen.

gleichen Temperaturen. Diese Anordnung bietet Die Anordnung des rohrförmigen Schutzschirmes,

also keine volle Abschirmung und ergibt selbst bei 50 in dem die gleichen Temperaturgradienten aufrecht-

Verwendung des Gerätes im Hochvakuum und bei erhalten werden wie in der Wärmebrücke, etwa durch

Proben von hoher Wärmeleitfähigkeit einen Meß- Hilfskompensationswiderstände, begrenzt die Anzahl

fehler von etwa 1%. Bei Proben mit geringer Wärme- der Materialarten, aus denen der Prüfkörper ge-

leitfähigkeit wird der Meßfehler noch erheblich bildet sein kann und deren Eigenschaften man mit

größer. 55 einem gegebenen Aufbau bestimmen will, auf einige

Bei den am meisten vervollkommneten Ausfüh- wenige, meistens auf eine einzige, wobei das Schutzrungsarten hält man in einem konzentrischen Schirm rohr dann aus Stoffen hergestellt ist, deren thermische die gleichen Temperaturgradienten aufrecht wie in Eigenschaften einesteils dem Prüfstück und zum den Bezugskörpern und dem Probestück, und zwar anderen Teil dem Bezugskörper entsprechen, was mit Hilfskompensationswiderständen, wobei der ge- 60 jedoch sehr oft gar nicht ausführbar ist. samte Apparat unter Vakuum steht. Bei einem Man kann z. B. bei der Messung des Wärmeleitsolchen Aufbau, bei dem die Wärmeverluste durch fähigkeitskoeffizienten eines Probestückes aus Bestrahlung, Leitung oder Konvektion praktisch gleich rylliumoxyd einen hohlzylindrischen Schirm aus Null sind, kann man annehmen, daß derselbe Wärme- rostfreiem Stahl verwenden, der das Probestück und fluß nacheinander die drei Teile der Wärmebrücke 65 die Bezugskörper umgibt. Obwohl dieser Schirm durchfließt. ein schlechterer Wärmeleiter als Berylliumoxyd ist, Q sei der Wärmefluß in Kalorien pro Sekunde ist es leicht möglich, die Temperaturgradienten durch (es sei angenommen, daß der das Probestück durch- lokale Erwärmung einzustellen. Dieses System zum

Einstellen kann jedoch bei zahlreichen feuerfesten Stoffen, die wärmemäßig schlechtere Leiter als rostfreier Stahl sind, nicht angewendet werden. Man muß daher bei diesen Stoffen den Schutzschirm auswechseln und folglich manchmal auch Bezugskörper aus anderem Material nehmen, was die Demontage der gesamten Anlage erforderlich macht.

Diese Bauart hat schließlich noch andere Nachteile: Die heikle und sehr genaue Regelung des Temperaturgradienten des Schutzschirmes durch Kompensationswiderstände, das Fehlen einer Nachstellung von schädlichen Dehnungen und Längenabweichungen zwischen den Probestücken, die Schwierigkeit des Zentrierens der Wärmebrücke und die Wärmeverluste an dem warmen Ende.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und ein Meßgerät zu schaffen, daß die Wärmeleitfähigkeit fester Stoffe sehr genau mißt. Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schutzschirm aus drei getrennten, zu einem Führungsrohr zusammensetzbaren Teilen besteht, von denen jeweils einer eines der stabförmig ausgebildeten Elemente der Wärmekette umgibt und aus einem Material besteht, das praktisch denselben Wärmeleitungskoeffizienten aufweist wie das von diesem Teil umgebene Element.

In einer vorteilhaften Weiterbildung werden das Heiz- und das Kühlelement zylinderförmig ausgebildet; sie sind von der einen Seite federnd und von der anderen Seite im Paßsitz in das Führungsrohr eingefügt.

Es ist außerdem vorteilhaft, Einrichtungen vorzusehen zum Auffangen der Wärmeausdehnung der Elemente der Wärmekette und der Abweichungen in der Längenabmessung der Proben sowie zum Zentrieren der Wärmekette und zur Vermeidung der Wärmeverluste am warmen Ende der Kette.

Vorzugsweise wird jedes Teil des Schirmes aus dem gleichen Material hergestellt wie das vom Schirm umgebene Element der Wärmekette. Wenn dies jedoch nicht möglich ist und der die Probe umgebende Teil des Schirmes eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die Probe, dann werden in an sich bekannter Weise Heizeinrichtungen, insbesondere in Form elektrischer Widerstände, derart angeordnet, daß der Temperaturgradient des Schirmes gleich dem der Wärmekette wird.

Das an das kalte Bezugselement anstoßende Kühlelement ist in einer Weiterbildung der Erfindung als Druckstange ausgebildet, welche durch eine Wasserumlaufströmung auf konstanter Temperatur gehalten wird und welche innerhalb des entsprechenden Schirmteiles gleitet.

Zum Abfangen der Wärmeausdehnung ist am warmen Ende eine Feder angeordnet, welche zwischen einer an dem warmen Bezugselement anliegenden Spannstange und einer Einstellschraube an dem festen Gestell eingespannt ist.

Das Zentrieren der Wärmebrücke erfolgt durch Zentrierfinger und durch eine Kugel, die zwischen dem Spannteil und einem an den erwärmten Bezugskörper angrenzenden Druckteil angeordnet ist. Die Kugel ist aus feuerfestem Material hergestellt.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Thermoelemente für das Probestück, die Bezugskörper und die Schirme in federnder Anlage an diesen Teilen anliegen.

Selbstverständlich kann man auch die zum Messen der Temperaturen an der Oberfläche der Schirme über den Bezugskörpern vorgesehenen Thermoelemente weglassen, wenn die Flanschteile durch zwei auswechselbar heizbare Ringteile ersetzt werden. Zusammen mit diesen auswechselbaren heizbaren Ringteilen kann das Haltesystem für die Thermoelemente des Probestückes besonders gestaltet werden. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Meßvorrichtung sind keine Meßfehler durch Wärme-Verluste auf Grund von Abstrahlung der Wärmekette zu befürchten.· Die einzige Fehlerquelle besteht in dem Wärmeübergangswiderstand an den Stoßstellen der Probe und der Bezugskörper. Diese Fehler lassen sich jedoch relativ klein halten, wenn man bedenkt, daß bei der Meßvorrichtung gemäß der Anmeldung lange Proben mit geringem Querschnitt verwendet werden können. Außerdem lassen sich diese Fehler auf bekannte Weise eliminieren, da keine Wärmeverluste durch die Abstrahlung der Wärmekette auftreten.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel einer Meßvorrichtung für Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten fester Stoffe näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt einer Wärmebrücke gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel nach der Erfindung;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Gerätes gemäß dem Ausführungsbeispiel im zerlegten Zustand;

Fig. 3 ist ein Schnitt an der Stelle A-A von Fig. 4 und zeigt einen auswechselbaren Heizring;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht desselben austauschbaren Heizringes an der Stelle B-B der Fig. 3;

Fig. 5 zeigt eine Teilschnittansicht des Andrücksystems für die Thermoelemente und der Zentrierfinger.

In den Figuren sind jeweils nur die zum Verständnis der Erfindung nötigen Bauteile eingezeichnet. In den verschiedenen Figuren sich entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Man sieht, daß die Wärmebrücke bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsart eine gekühlte Druckstange 1 umfaßt, deren eines Ende den kalten Bezugskörper 2 des Probestückes 3 bildet, und eine Heizdruckstange 4, deren eines Ende den warmen Bezugskörper 5 bildet. Um diese Wärmebrücke herum sind abnehmbare und einstellbare Schirme angeordnet. Der Schirm 6 umgibt den

so kalten Bezugskörper 2, der Schirm 7 das Probestück 3 und der Schirm 8 den warmen Bezugskörper 5.

Diese Wärmebrücke und die Schirme sind durch einen Rahmen gehalten, der folgende Teile umfaßt: ein sternförmiges Halteteil 9 am kalten Ende und ein sternförmiges Halteteil 10 am warmen Ende, die durch drei Stangen 11 zusammengehalten sind.

Das gekühlte Druckstück 1 ist an dem sternförmigen Träger 9 mittels eines Flansches 12, der mit diesem mit in den Figuren nicht dargestellten Bolzen verbunden ist, befestigt. Eine durch Anziehen der Bolzen zusammengedrückte ringförmige Dichtung 13 gewährleistet eine dichte Verbindung zwischen dem sternförmigen Träger 9 und dem gekühlten Druckteil 1. Das gekühlte Druckteil 1 hat eine längliche Aushöhlung 14, in die ein Rohr 15 eingebracht ist, welches mit einem Kanal 16 in einem Arm des sternförmigen Trägers 9 in Verbindung steht. Die Aushöhlung 14 steht selbst mit

einem Kanal 17 in einem anderen Arm des sternförmigen Trägers 9 in Verbindung.

Der Schirm 6 ist auf dem gekühlten Druckteil 1 gleitend bewegbar und liegt mit seinem dem sternförmigen Träger 9 benachbarten Ende 78 an einer Schraubenfeder 18 an, die ihn in seiner Stellung hält. Der Schirm 7 ist zwischen den Schirm 6 und den Schirm 8 eingefügt (Fig. 1 und 2). Der Schirm 8 liegt mit Gleitsitz auf dem vorderen Abschnitt des Dichtungen 51 bis 54 beim Zusammenbau hergestellt. Die Wasserzufuhr zu dem Kühlmantel geschieht über einen Stutzen 55, der fest mit dem Kranz 48 verbunden ist. Der Wasserabfluß geschieht über einen ähnlichen, in der Figur nicht dargestellten Anschlußstutzen, der am oberen Abschnitt des Kranzes 47 gelegen ist.

Die Druckteile 1 und 4, die Bezugskörper 2 und 5 und die Schirme 6 und 8 sind aus Weicheisen mit

geheizten Druckteiles 4 auf, welches einen ringför- io weniger als 0,03% Gehalt an Kohlenstoff, Schwefel migen Ansatzl9 aufweist. Das heizbare Druckteil 4 und Silizium hergestellt. Das Probestück 3 und der

Schirm 7 bestehen aus dem gleichen Stoff. Wenn der Schirm 7 aus technischen Gründen nicht leicht aus dem gleichen Material hergestellt werden kann

ist mit einer Aushöhlung 20 versehen, in die das Heizelement 21 eingebracht ist. Das offene Ende des geheizten Druckteiles 4 ist durch eine Kappe 22

verschlossen, die eine an ihrem Kopf eingebaute 15 wie das Probestück, wählt man dafür ein Material,

Kugel 23 aus feuerfestem Material trägt. Ein zylindrisches Spannteil 24 aus feuerfestem Material, das an diese Kugel angrenzt, ist in einer Muffe untergebracht, die fest mit dem sternförmigen Tragteil 10 verbunden ist, und kann frei gleiten. Eine Spannschraube 25 ermöglicht unter Zwischenschaltung einer Feder 26, die Wärmebrücke und die Schirme in der richtigen Stellung zu halten.

Auf den Stangen 11 sind verschiebbare Teile 28 mit Schrauben 27 befestigt. Diese Schieber 28 weisen Zentrierfinger 29 auf, die durch Federn 30 in Anlage an die Wärmebrücke gebracht sind. Diese Zentrierfinger 29 stellen so die genaue Zentrierung der Wärmebrücke her.

Entlang der Wärmebrücke sind Thermoelemente verteilt. Von diesen sind gewisse Elemente, z. B. 31 bis 34, an der Oberfläche der Bezugskörper 2 und 5 angebracht. Die Schirme 6 und 8 weisen kleine Längsöffnungen 35 bis 38 auf, die den Durchtritt für die Thermoelemente bilden. Die anderen Thermoelemente sind in die Zentrierfinger eingebaut. Vier Thermoelemente ermöglichen die Messung der Temperatur an der Oberfläche der Schirme 6 und 8 und sind in derselben Querebene wie die Thermodas einen entsprechenden oder ziemlich gleichen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, der jedoch immer unterhalb des Wertes liegen soll, der dem Material des Probestückes eigen ist. Wenn das Material des Schirmes 7 einen von dem Material des Probestückes abweichenden, kleineren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten hat, bringt man die Temperaturgradienten dadurch auf die gleichen Werte, daß man die Hilfswiderstände 45 und 46 einschaltet. Das Spannteil 24 ist aus feuerfestem Material.

Das Gerät weist außerdem noch eine Pumpanlage 84 auf, die zwischen den Tragsäulen 80 des Gerätes angeordnet ist.

Die derart ausgebildete Wärmebrücke weist außer dem Vorteil, daß sie sich wegen der Erleichterung des Auseinandernehmens, des Wiederzusammenbauens und des Austauschens des Probestückes 3 und des Schirmes 7 universell anwenden läßt, noch eine Reihe anderer Vorteile auf:

Sie ermöglicht durch die Federn 18 und 26 und wegen der länglichen Form der Öffnungen 35 bis 38, den störenden Einfluß von unerwünschten Dehnungen und von Längenabweichungen zwischen

finger 29 mit den Federn 30
genaue Zentrierung.
Sie ermöglicht die Unterbindung von Wärme

elemente 31 bis 34 angeordnet. Vier andere Thermo- 40 den verschiedenen Probestücken auszuschalten,
elemente erlauben die Messung der Temperaturen Sie ermöglicht durch die Kugel 23 und die Zentrierander Oberfläche des Probestückes und ragen durch finger 29 mit den Federn 30 eine selbsttätige
Öffnungen 39 bis 42 durch den Schirm 7 hindurch.
Zwei weitere Elemente schließlich dienen zur Messung der Temperaturen der Oberfläche des Schirmes 7 45 Verlusten am warmen Ende, da die Berührung und sind in derselben Querebene angeordnet wie die zwischen diesem und dem übrigen Teil des Gerätes

nur über eine Kugel sowie ein Druckstück aus feuerfestem Material hergestellt ist.

Sie erübrigt wegen der Ausbildungsart der Kältewiderstände 45 und 46 gewickelt sind, um nötigen- 5° quelle mit thermostatisch geregeltem Wasser als

vier vorher genannten Thermoelemente.

Der Schirm 7 weist zwei Flansche 43 und 44 aus feuerfestem Material auf, um die herum zwei Hilfs-

falls eine Regulierung des Temperaturgradienten des Schirmes 7 vornehmen zu können.

Gemäß Fig. 2 ist die Apparathalteplatte 79 mit Haltesäulen 80 versehen, zwischen deren oberen Kühlmittel, welches quer durch das sternförmige Tragteil 9 läuft, die Anwendung von Rohren, die sperrig sind und eine Quelle für Leckstellen bilden. Sie ermöglicht schließlich wegen des aus zwei

Abschnitten ein Tragarm 81 befestigt ist. Am Anfang 55 konzentrischen Glasrohren gebildeten Wassermantels und Ende von Versuchen kann man die rechts von eine gänzliche Sichtbarmachung und eine wirksame dem sternförmigen Tragteil 9 befindlichen Apparate- Kühlung der Geräteumhüllung,
teile horizontal gleitend verschieben, und zwar
mittels eines Rollenzuges 82, der mit der Stange 83,

60

die den bewegbaren Gehäuseteil trägt, verbunden ist und auf dem Tragarm 81 entlangrollen kann.

Die mit Bezug auf Fig. 1 beschriebene Anordnung ist von einem Kühlwassermantel umgeben. Dieser umfaßt einen Kranz 47 und einen Kranz 48 mit dazwischen angeordneten konzentrischen Glasröhren 49 und 50. Die Abdichtung zwischen den Glasröhrchen 49 und 50 und den Ringen 47 und 48 ist durch Zusammenpressen der elastischen ringförmigen Die Handhabung eines solchen Gerätes bei einer Messung geschieht wie folgt:

Man setzt das Probestück 3 und den Schirm 7 bei geöffnetem Gerät an die dafür vorgesehene Stelle. Dieser Zusammenbau wird durch die Feder 18 erleichtert, die unter Spannung steht und ein Gleiten des Schirmes 6 und des an diesen angrenzenden Schirmes 7 auf dem gekühlten Druckteil 1 ermöglicht und so das Einbringen und das Festhalten des Probestückes 3 zwischen den Bezugskörpern 2 und 5 erleichtert. Die Feder 18 wird dann losgelassen, und

Claims (11)

1. 9 10

   der an dem Schirm 6 befestigte Schirm 7 wird wieder gleitend bewegbar eingesetzt. In dem Führungsan den Schirm 8 herangebracht. Sodann werden die rohr 59 ist ein Thermoelement 64 mit feuerfester Thermoelemente angesetzt und der Wasserkühl- Hülse 65 gleitend bewegbar angeordnet. Die feuermantel herübergeschoben. Weiterhin stellt man festen Rohre 63 und 65 sind bei 66 und 67 bis zur mittels einer Pumpanlage ein zweites Vakuum in 5 Hälfte durchgetrennt, wodurch sich das Thermodem Gerät her und legt eine gewisse Spannung an element um einen rechten Winkel starr bleibend die Enden des Widerstandes 21, während man das biegen läßt. Man erkennt in dieser Figur auch eine temperaturgeregelte Wasser in dem kalten Ende und Feder 68, die aus einem durch die Schraube 69 fest das Kühlwasser in dem Kühlwassermantel fließen mit dem Schieber 70 verbundenen Stahlblatt geläßt. 10 bildet ist. Der Schieber 70 ist auf der Stange 11 mit Der Vergleich zwischen den Thermoelementen einer Schraube 71 festgehalten. Man erkennt noch des Schirmes 7 und der Probe 3 wird automatisch einen Zentrierfinger 72 in Form einer Stange, deren durch zwei proportional arbeitende selbstregistrie- eines Ende ein Gewinde 73 aufweist und einen rende Potentiometer durchgeführt, die bei Bedarf Kopf 74. Der Kopf 74 und das Gewinde 73 ermögdie an die Widerstände 45 und 46 abgegebene Lei- 15 liehen durch Verdrehen in dem Schieber 75, der durch stung steuern. Die Temperaturgradienten bei der eine nicht dargestellte Schraube auf der Stange 11 aus den Bezugskörpern und dem Probestück ge- festgehalten ist, eine Zentrierung der Wärmebrücke, bildeten Wärmebrücke sind dabei gleich denen bei Mit der Feder 68 lassen sich die Thermoelemente den Schirmen. Sobald die von den Thermoelementen 62 und 64 in Berührung mit den Oberflächen des angezeigten Temperaturen konstant sind, mißt man 20 Probestückes 3 und des Schirmes 7 halten. Das leichte die Temperaturgradienten mit einem selbstregistrie- Entfernen der Feder durch Drehen um die Schraube renden Potentiometer. 69 ermöglicht ein leichtes Anbringen und Abnehmen

   Man berechnet sodann den Wärmeleitfähigkeits- der Thermoelemente 62 und 64. Die feuerfeste Hülse,

   koeffizienten K des Probestückes, wobei derjenige z. B. 63 oder 65, hat eine doppelte Aufgabe. Sie soll

   der Bezugskörper 2 und 5 in gleichbleibenden Zeit- 25 isolierend wirken und als Verstärkung für das

   abständen durch Ersatz des Bezugskörpers durch ein Thermoelement dienen, indem es dessen Verbrennen

   geeichtes Normalteil mit Schirm kontrolliert wird. verhindert.

   Beide Teile bestehen dabei aus dem gleichen Material, Die Öffnungen 76 in dem Schirm ermöglichen das

   dessen Wärmeleitfähigkeitskoeffizient bekannt ist, Anbringen von Führungsrohren, z. B. 59, die mit

   z. B. aus einem reinen Metall. 30 Gleitsitz an diesen anliegen. Der Druck der Feder 68

   Man kann auch die Thermoelemente zum Messen bringt das Thermoelement 64 in Berührung mit dem

   der Temperaturen an der Oberfläche der Schirme 6 Schirm 7.

   und 8 fortlassen, die Flanschteile 43 und 44 durch Die Öffnungen 77 dienen als Durchtritt eines

   zwei auswechselbare, heizbare Ringteile ersetzen, die Thermoelementes 62 und seiner Schutzhülse 63 durch

   Zentrierfinger 29 sowie das Haltesystem für die 35 den Schirm 7. Der Druck der Feder 68 bringt das

   Thermoelemente für das Probestück 3 und den Thermoelement 62 in Berührung mit der Probe 3.

   Schirm 7 abändern und schließlich die Längs- Die Handhabung dieser Anordnung entspricht der

   öffnungen 35 bis 38 durch längliche Spalte ersetzen. der ersten Längsspalte, die die Längsöffnungen 35

   In Fig. 3 ist einer der beiden auswechselbaren bis 38 ersetzen, ermöglichen währenddessen ein

   Heizringe 56 abgebildet. Er ist aus feuerfestem 40 leichtes Anbringen des Probestückes 3 und des

   Material hergestellt und weist drei Führungsrohre Schirmes 7, wobei die Bewegungsmöglichkeit des

   aus feuerfestem Material 57 bis 59 auf. Der innere Schirmes 6 auf dem gekühlten Druckteil 1 nicht

   Durchmesser des Ringes ist etwas größer als der mehr durch die Länge der Langlöcher 35 bis 38

   äußere Durchmesser des Schirmes 7, so daß der begrenzt ist.

   Ring mit einem sehr geringen Spiel auf dem Schirm 7 45 Bei dieser Anordnung geschieht das Zentrieren

   gleiten kann. Die Führungsrohre 57 bis 59 sind über der Wärmebrücke durch die Zentrierfinger 72 nicht

   den Umfang des Ringes 56 gleichmäßig verteilt und mehr selbsttätig, sondern wird ein für allemal genau

   können mit einem sehr geringen seitlichen Spiel in ausgeführt, wobei jedoch die Möglichkeit eines

   entsprechenden Öffnungen des Ringes 56 gleiten. schnellen Nachstellen der Zentrierung gegeben ist,

   Der Kern 56 enthält außerdem den Hilfswider- 30 falls sich diese zufällig verändert hat. Schließlich

   stand 45, der in einen feuerfesten Zement eingebettet ermöglicht das Andrücksystem für die Thermo-

   sein kann. Die Anschlußenden des Widerstandes 45 elemente, z. B. 62 und 64, einesteils ein genaues

   sind durch zwei Öffnungen 60 und 61 nach außen Ausrichten, welches nicht dem Einfluß von schäd-

   geführt. - liehen Radialen und Längsdehnungen unterworfen

   Die Führungsrohre 57 bis 59 ermöglichen den 55 ist, und zum anderen Teil ein sehr schnelles Aus-

   Durchtritt von Thermoelementen 62 mit feuerfester einandernehmen und Zusammenbauen.

   Umhüllung 63 durch eine ungehinderte Gleitbewe- Für die in Fig. 3, 4 und 5 dargestellten und ent-

   gung. sprechend beschriebenen Abbildungen wird in der

   Zwei Führungsrohre 57 und 58 ermöglichen das vorliegenden Anmeldung kein Schutz geltend ge-Hindurchführen von Thermoelementen 62 bis zur 60 macht.
   Oberfläche des Probestückes 3. Das dritte Führungsrohr 59 ermöglicht den Durchtritt eines Thermo- PATENTANSPRÜCHE:
   elementes bis zur Oberfläche des Schirmes 7.

   Man erkennt in Fig. 5 das Probestück 3, den 1. Vorrichtung zum Messen der Wärmeleit-

   Schirm 7, eine Stange 11 und zwei Ringe 56, in 6₅ fähigkeit fester Stoffe nach der statischen Ver-

   denen jeweils ein Führungsrohr 57 bzw. 59 gleitend gleichsmethode, mit einer Wärmekette, die ein

   bewegbar sitzt. In das Rohr 57 ist ein von einer erhitztes Bezugselement, das Probeelement und

   feuerfesten Hülle 63 umgebenes Thermoelement 62 ein gekühltes Bezugselement umfaßt, welche

   elastisch in Berührung gehalten sind, mit einer Meßvorrichtung für den Temperaturgradienten längs der Wärmekette und mit einem die Wärmekette umgebenden mehrteiligen Schutzschirm, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschirm aus drei getrennten, zu einem Führungsrohr zusammensetzbaren Teilen (6,7,8) besteht, von denen jeweils einer eines der stabförmig ausgebildeten Elemente (2, 3, 5) der Wärmekette umgibt und aus einem Material besteht, das praktisch denselben Wärmeleitungskoeffizienten aufweist wie das von diesem Teil umgebene Element.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heiz- und das Kühlelement zylinderförmig ausgebildet und von der einen Seite federnd, von der anderen Seite im Paßsitz in das Führungsrohr eingefügt sind.
3. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind zum Auffangen der Wärmeausdehnungen der Elemente der Wärmekette und der Abweichungen in der Längenabmessung der Proben, zum Zentrieren der Wärmekette und zur Vermeidung der Wärmeverluste am warmen Ende der Kette.
4. 4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teil des Schirmes aus dem gleichen Material hergestellt ist wie das von dem Schirm umgebene Element der Wärmekette.
5. 5. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der die Probe umgebende Teil des Schirmes eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die Probe, Heizeinrichtungen, insbesondere in Form elektrischer Widerstände derart angeordnet sind, daß der Temperaturgradient des Schirmes gleich dem der Wärmekette wird.
6. 6. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das an das kalte Bezugselement anstoßende Kühlelement als Druckstange (1) ausgebildet ist, welche durch eine Wasserumlaufströmung auf konstante Temperatur gehalten wird und welche innerhalb des entsprechenden Schirmteiles gleitet.
7. 7. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wärmedehnungen auffangende Anordnung aus einer am warmen Ende angeordneten Feder (26) besteht, welche zwischen einer an dem warmen Bezugselement anliegenden Spannstange (24) und einer Einstellschraube (25) an dem festen Gestell eingespannt ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrieren der Wärmebrücke durch Zentrierfinger und durch eine Kugel erfolgt, die zwischen dem Spannte^ und einem an dem erwärmten Bezugskörper angrenzenden Druckteil angeordnet ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel aus feuerfestem (keramischem) Material hergestellt ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente für das Probestück, die Bezugskörper und die Schirme in federnder Anlage an diesen Teilen liegen.

    In Betracht gezogene Druckschriften: »Journal of the Instr. of Electr. Eng.«, Vol. 68,

    1929/30, S. 1313 bis 1318, insbes. S. 1316; »Review of Sei. Instr.«, Vol. 24, Nr.
11. 11, S. 1054

    bis 1057.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

    1 209 579/142 5.62