KD2 ProKD2 Propřístroj pro měření tepelných vlastnostípřístroj pro měření tepelných vlastností

Doug CobosDoug Cobos

Decagon DevicesDecagon Devices

Co myslíme pod pojmem tepelné vlastnostiCo myslíme pod pojmem tepelné vlastnosti??

Tepelná vodivostTepelná vodivost (k) (k)• Schopnost materiálu přenášet teplo vedenímSchopnost materiálu přenášet teplo vedením• W mW m-1-1 C C-1-1

• 1/k = 1/k = tepelný odportepelný odpor (R) (R)

Tepelná kapacitaTepelná kapacita (C (Cvv))• Množství energie potřebné k ohřátí jednotky Množství energie potřebné k ohřátí jednotky

objemu materiálu o 1°Cobjemu materiálu o 1°C• MJ mMJ m-3 -3 CC-1-1

Co myslíme pod pojmem tepelné vlastnostiCo myslíme pod pojmem tepelné vlastnosti??

Tepelná difuzivita (rozptyl) (Tepelná difuzivita (rozptyl) (D)D)• Rychlost šíření teplotní změnyRychlost šíření teplotní změny• mmmm22 s s-1-1

• rovno podílurovno podílu k/C k/Cvv

Proč měříme tepelné vlastnosti v potravináchProč měříme tepelné vlastnosti v potravinách??

Energetická náročnost tepelné Energetická náročnost tepelné úpravy (vaření)úpravy (vaření)

Doba a teplota vaření/chlazeníDoba a teplota vaření/chlazení Mražení a chlazeníMražení a chlazení Řízení kvality surovin a produktůŘízení kvality surovin a produktů

• sýrové koláčky, šamponovánísýrové koláčky, šamponování

Proč měříme tepelné vlastnosti půdyProč měříme tepelné vlastnosti půdy??

V zemi uložené silové kabelyV zemi uložené silové kabely

Povrchová energetická rovnováhaPovrchová energetická rovnováha ( (Země Země a Marsa Mars))• Hloubka, do které pronikne teplo v půděHloubka, do které pronikne teplo v půdě• Množství energie akumulované v půděMnožství energie akumulované v půdě

Další aplikace tepelných vlastnostíDalší aplikace tepelných vlastností

IzolaceIzolace Vrtný kalVrtný kal ( (chladicí kapaliny chladicí kapaliny

vrtné/řeznévrtné/řezné)) Motorový olejMotorový olej Základní materiálový výzkumZákladní materiálový výzkum

• nanokapalinynanokapaliny• polymerpolymeryy

Jak jsou tepelné vlastnosti obecně měřenyJak jsou tepelné vlastnosti obecně měřeny??

CCvv – – diferenční skenovací kalorimetr diferenční skenovací kalorimetr ((differential scanning calorimeterdifferential scanning calorimeter, , DSC)DSC)

k – k – metoda chráněné tepelné deskymetoda chráněné tepelné desky D – D – záblesková metoda (laser flash) záblesková metoda (laser flash)

nebo poměrnebo poměr k/C k/Cvv

Nevýhody tradičních analyzátorůNevýhody tradičních analyzátorů

Vyžaduje použití dílčích vzorků Vyžaduje použití dílčích vzorků (destruktivní)(destruktivní)

Časově náročné měření (více jak 10 Časově náročné měření (více jak 10 minut)minut)

Složité Složité – – vyžaduje školeného technikavyžaduje školeného technika Nutnost provádění kalibracíNutnost provádění kalibrací

Nevýhody tradičních analyzátorůNevýhody tradičních analyzátorů

NepřenosnéNepřenosné Nejsou fyzicky robustníNejsou fyzicky robustní Neumí měřit tepelné vlastnosti Neumí měřit tepelné vlastnosti

kapalinkapalinDrahéDrahé ((404000..000000KčKč ažaž 2.02.00000..000000KčKč))

JakJak KD2 Pro KD2 Pro měří tepelné vlastnostiměří tepelné vlastnosti??

Tepelný pulz aplikován do jednoduché nebo dvojité vpichové sondyTepelný pulz aplikován do jednoduché nebo dvojité vpichové sondy

• Teplotní nárůst a pokles na jednoduché vyhřívané vpichové sondě určuje kTeplotní nárůst a pokles na jednoduché vyhřívané vpichové sondě určuje k

00,05

0,10,15

0,20,25

0,30,35

0,4

0 10 20 30 40 50 60

Tep

lotn

í nár

ůst

(K

)

čas (s)

surová data z jednoduché vpichové sondy (ve vodě)

JakJak KD2 Pro KD2 Pro měří tepelné vlastnostiměří tepelné vlastnosti??

• Teplotní nárůst na druhé vpichové sondě Teplotní nárůst na druhé vpichové sondě určujeurčuje C Cv v a Da D

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 10 20 30 40 50 60

Tep

lotn

í nár

ůst

(K

)

čas (s)

surová data z dvojité vpichové sondy (ve vodě)

KD2 Pro metodaKD2 Pro metoda

Prvoprincipiální metoda (Prvoprincipiální metoda (First-First-principles methodprinciples method))

RobustRobustní a přesnání a přesná Rychle rostoucí popularita měřicí Rychle rostoucí popularita měřicí

metodymetody• ASTM Standard D5334 ASTM Standard D5334 • IEEE Standard 442-1981IEEE Standard 442-1981

Jaká přináší Jaká přináší KD2 Pro KD2 Pro zlepšení oproti zlepšení oproti

stávajícím technologiímstávajícím technologiím??

NeNe-destru-destrukktivtivní měřeníní měření Doba měření Doba měření 2 minut2 minutyy Nevyžaduje kalibraciNevyžaduje kalibraci Minimální požadavky Minimální požadavky

na proškolenína proškolení

Vzorová data zVzorová data z KD2Pro KD2Pro ((měřeno laikemměřeno laikem))

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

ricínový olej banán sýr čedar hovězí svalovina glycerol voda

k (W

m-1

K-1

)

Materiál

Tepelné vlastnosti běžných materiálů

změřené k

tabulkové k

Fontana et. al., 2001. ASAE paper #01-6101

Vzorová data zVzorová data z KD2Pro KD2Pro ((měřeno laikemměřeno laikem))

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

ricínový olej banán jablko (Red Delicious)

hovězí svalovina

glycerol voda

D (

mm

2 s

-1)

Materiál

Tepelná difuzivita běžných materiálů

změřená D

tabulková D

Fontana et. al., 2001. ASAE paper #01-6101

Jaká zlepšení přinášíJaká zlepšení přináší KD2 Pro KD2 Pro

oproti stávajícím přístrojůmoproti stávajícím přístrojům??

Měří kapaliny, pevné látky i Měří kapaliny, pevné látky i práškové materiálypráškové materiály

PPřenosnýřenosný RobustRobustníní < < 100.100.000000,- Kč,- Kč

KD2 Pro KD2 Pro školeníškolení KD2 Pro KD2 Pro

• MMěříěří k, r, C k, r, Cvv, D (, D (všechny tepelné všechny tepelné vlastnostivlastnosti))

• Jednoduché vpichové sondy Jednoduché vpichové sondy (KS-1, (KS-1, TR-1) TR-1) měří pouzeměří pouze k a r k a r Malá vpichová sonda Malá vpichová sonda KS-1KS-1 je doporučena je doporučena

pro téměř všechna měření k a r – nejlepší pro téměř všechna měření k a r – nejlepší přesnostpřesnost

Jednoduché vpichové sondy měří k a r Jednoduché vpichové sondy měří k a r všech kapalinvšech kapalin

KD2 Pro KD2 Pro školeníškolení KD2 Pro KD2 Pro

• Dvojitá vpichová sonda Dvojitá vpichová sonda SH-1SH-1 měří měří k, r, k, r, CCvv a D a D Jediná sonda, která měříJediná sonda, která měří C Cvv and D and D

Neumí měřit tepelné vlastnosti neviskózních Neumí měřit tepelné vlastnosti neviskózních kapalinkapalin

Jehly musí zůstat paralelníJehly musí zůstat paralelní

Shrnutí měření v kapalináchShrnutí měření v kapalinách

Správná měřicí praxeSprávná měřicí praxe Musí být dobrý kontakt mezi vzorkem Musí být dobrý kontakt mezi vzorkem

a vpichovou sondoua vpichovou sondou• Teplovodivá pasta může pomociTeplovodivá pasta může pomoci• V tvrdých materiálech použijte vrták pro V tvrdých materiálech použijte vrták pro

přípravu pilotní dírypřípravu pilotní díry Teplota vzorku se nesmí během Teplota vzorku se nesmí během

měření měnitměření měnit• Před zahájením měření nechte teplotu Před zahájením měření nechte teplotu

vzorku stabilizovatvzorku stabilizovat

Správná měřicí praxeSprávná měřicí praxe Vpichové sondy musí být zcela Vpichové sondy musí být zcela

zasunuty do vzorkuzasunuty do vzorku Sondy se nesmí pohybovat během Sondy se nesmí pohybovat během

měření kapalinměření kapalin• Zamezte vibracím, netřepejteZamezte vibracím, netřepejte

Dvojité sondy musí zůstat Dvojité sondy musí zůstat rovnoběžné – správná vzdálenost je rovnoběžné – správná vzdálenost je kritickákritická

KD2 Pro KD2 Pro školeníškolení KD2 Pro KD2 Pro

• Záznam datZáznam dat Možnost označení datových souborůMožnost označení datových souborů Možnost stažení pouze vyhodnocených datMožnost stažení pouze vyhodnocených dat Možnost stažení zpracovaných i surových Možnost stažení zpracovaných i surových

datdat KD2 Pro Utility (KD2 Pro Utility (software pro konfiguraci a software pro konfiguraci a

zpracování datzpracování dat) ) součástí dodávky přístrojesoučástí dodávky přístroje