Infraroodtechniek: Warmtebron voor infraroodmetingen (1977)
Een warmtebron voor infraroodmetingen
Vraagstelling in 1977: Ontwerp en bouw een warmtebron voor infraroodmetingen in het veld en op zee.
Ontwerp en bouw
Bij infraroodmetingen in het veld is het veelal gewenst om een referentiestraler ter beschikking te hebben, die gemakkelijk vervoerbaar is en een temperatuur heeft van bijvoorbeeld 500 C boven de omgevingstemperatuur. Voor dit doel is de keus bepaald op een warmtebron met een grote warmtecapaciteit bestaande uit een met water gevuld dubbelwandig cilindrisch vat met een inhoud van ca. 9 liter en afmetingen van 400 x 400 mm (diameter x hoogte). De dikte van de dubbele wand bedraagt 15 mm. Het water dat zich in deze wand bevindt wordt verhit door branders die zich onder de bodem van het vat bevinden.
De doorsnede van de complete warmtebron is weergegeven in bovenstaand figuur. Voor de verwarming. wordt gebruik gemaakt van propaangas in flessen. De zes branders worden gestuurd door de thermostaat zodat het water binnen redelijke grenzen constant in temperatuur blijft. Het principe van de regeling komt overeen met dat van de meeste centrale verwarmingsketels, dus constante vlamhoogte en sturing in de tijd. De egale verwarming van het vat wordt verkregen door de natuurlijke circulatie van het water. Het warme water stijgt op langs de binnenwand van het vat en keert terug langs de buitenwand. Ook bij een sterk afkoelende werking van wind aan één kant van het vat blijft een temperatuur van ±10 C gehandhaafd. In het warmtestralingsgebied is de emissie-coëfficiënt groter dan 0,9.
De gasfles met het regelsysteem en de afschermplaat voor de branders zijn in de cilindrische ruimte onder de warmtebron zodanig ondergebracht, dat zij gemakkelijk te verwijderen zijn. Onder de cilinder is een kruisvormige montagevoet gemonteerd zodat er ruimte overblijft voor de aanvoer van de verbrandingslucht; de verbrandingsgassen kunnen door een aantal gaten in de wand van de verbrandingsruimte ontsnappen.
Om te voorkomen dat de brandende vlam bij sterke wind uit zou kunnen waaien, is rondom de verbrandingsruimte met de afvoergaten een scherm gemonteerd van 300 mm hoog met afsluitbare ventilatiegaten aan boven- en onderzijde. Door deze ventilatiegaten ontstaat een doorstroming van de buitenlucht, waardoor het scherm afgekoeld wordt en de warme verbrandingsruimte wordt afgeschermd.
Voor metingen op zee kan de warmtebron, die een eigen gewicht heeft van 45 kg, op een met hout verstevigd polystyreen drijflichaam met de afmetingen 1200 x 1200 x 400 mm, worden gemonteerd. In de afsluitbare binnencilinder van het vat kan temperatuurregistratieapparatuur worden geplaatst.
De maximum gebruiksduur van de warmtebron bedraagt ca. 30 uur bij een gasvoorraad van 5 kg propaan. De opwarmtijd tot een temperatuur van ca. 500 C bedraagt ongeveer een half uur.
Test op de Roeleveense Plas
Na de bouw is de warmtebron getest bij het Meetstation Roeleveense Plas te Nootdorp. Het systeem werkte feilloos.
Proef 1
Met een gasfles van 5 kg propaan en een luchttemperatuur overdag van 250 C en ‘s-nachts 150 C en de thermostaat op stand 4 schommelde de termperatuur van het ijkvat mee met de luchttemperatuur. Het temperatuursverschil tussen de lucht en het vat bedroeg 150 C.
Bij gelijkmatiger weer en minder invloed van de zon bleef de vattemperatuur constant tijdens dag en nacht met een temperatuursverschil tussen de lucht en het vat van 200 C. Totale duur van de proef met één fles gas was 190 uur.
Proef 2
Met een gasfles van 3,9 kg propaan en een gemiddelde luchttemperatuur van 150 C en de thermostaat op stand 8 (hoog) bedroeg de temperatuur van het ijkvat 580 C. Het temperatuursverschil tussen de lucht en het vat bedroeg 430 C. Totale brandduur met één gasfles was 42 uur.
Gebruik op land
De warmtebron is gebruikt voor infrarooddetectie vanuit de lucht op de Vliehors.
Gebruik op zee
In de zomer van 1978 is de warmtebron verankerd op zee in de buurt van Plymouth. Tijdens de infraroodmetingen op afstand bleek de warmtebron niet te werken. De volgende ochtend werd duidelijk waarom. Het gehele apparaat bleek door een of meer metaaldieven geheel ontmanteld te zijn. Daarna is er geen nieuwe versie van deze warmtebron gebouwd.