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Vorrichtung zur Ermittlung der Temperatur- bzw. Wärmeleitfähigkeit flüssiger Proben

IP.com Disclosure Number: IPCOM000200037D
Published in the IP.com Journal: Volume 10 Issue 10A (2010-10-12)
Included in the Prior Art Database: 2010-Oct-12
Document File: 2 page(s) / 83K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Die Kenntnis der thermophysikalischen Eigenschaften und die Optimierung des Wärmetransports von Werkstoffen und Bauteilen gewinnen zunehmend an Bedeutung in industriellen Anwendungen. Flash-Methoden zur Messung der Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit haben sich für die verschiedensten Arten von Feststoffen, Pulvern und Flüssigkeiten etabliert. Bei dieser Methode wird die Vorderseite einer kleinen, meist scheibenförmigen, planparallelen Probe eines Feststoffes durch einen kurzen Energiepuls (Laser oder Xenon) erwärmt. Der Temperaturanstieg auf der Probenrückseite wird mittels eines Infrarotdetektors gegen die Zeit gemessen. Bei Flüssigkeiten, deren Wärme- bzw. Temperaturleitfähigkeit ermittelt werden soll, sind spezielle Probentiegel notwendig, um die Flüssigkeiten einer Messung zugänglich zu machen.

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Vorrichtung zur Ermittlung der Temperatur- bzw. Wärmeleitfähigkeit flüssiger Proben

Idee: Dr. Eberhard Ritzhaupt-Kleissl, DE-Erlangen; Matthias Übler, DE-Erlangen

Die Kenntnis der thermophysikalischen Eigenschaften und die Optimierung des Wärmetransports von Werkstoffen und Bauteilen gewinnen zunehmend an Bedeutung in industriellen Anwendungen. Flash- Methoden zur Messung der Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit haben sich für die verschiedensten Arten von Feststoffen, Pulvern und Flüssigkeiten etabliert. Bei dieser Methode wird die Vorderseite einer kleinen, meist scheibenförmigen, planparallelen Probe eines Feststoffes durch einen kurzen Energiepuls (Laser oder Xenon) erwärmt. Der Temperaturanstieg auf der Probenrückseite wird mittels eines Infrarotdetektors gegen die Zeit gemessen. Bei Flüssigkeiten, deren Wärme- bzw. Temperaturleitfähigkeit ermittelt werden soll, sind spezielle Probentiegel notwendig, um die Flüssigkeiten einer Messung zugänglich zu machen.

Derzeit stehen Produkte zur Verfügung, die als Tiegel für flüssige Proben verwendet werden. So bestehen derartige Probentiegel aus Platin, Platin/Rhodium, Edelstahl und Aluminium. Diesen Lösungen ist jedoch gemein, dass die Tiegel aus Materialien bestehen, die auf Grund ihrer metallischen Natur Licht sehr stark reflektieren. Da bei der Messung der Temperatur- bzw. Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe des Laser-Flash-Verfahrens die Wärme durch die Absorption eines Lichtblitzes in die zu vermessende Probe eingebracht wird, müssen Ober- und Unterseite der Probe schwarz eingefärbt sein. Daher werden bei den bisher verfügbaren Vorrichtungen für Flüssigkeiten die Ober- und Unterseite mit einem Graphitspray vor jeder Messung manuell geschwärzt. Bei Probentiegeln für Flüssigkeiten ist weiterhin zu beachten, dass die Innenseite der Tiegel ebenfalls aus reflektierenden Metalloberflächen besteht, die den Wärmewiderstand zwischen dem Probentiegel und der zu vermessenden Probe stark erhöhen, so dass der Übergang der Wärme aus dem Tiegel in die Flüssigkeit und von dieser wieder zurück in den Tiegeldeckel stark gehemmt wird. Eine Schwärzung der Innenseiten der Probentiegel mittels eines Graphitlacks ist nicht möglich, da dieser in Wechselwirkung zu den zu vermessenden Flüssigkeiten treten kann, wodurch eine unerwünschte chemische Reaktion in Gang kommen kann, die das Messergebnis verfälscht.

Weiterhin ist das meist manuelle Beschichten des Probentiegels eine potenzielle Quelle für Messungenauigkeiten, da die Lackschichtdicken bei zwei aufeinanderfolgenden Messungen niemals identisch sind und die Lackschichtdicken einen großen Einfluss auf die Messgröße, also die Temperatur- bzw. Wärmeleitfähigkeit, haben.

Des Weiteren sind nicht alle Metalle für jede Art der zu vermessenden Flüssigkeiten geeignet, da sie nicht alle in gleicher Weise...