Innovatives Messgerät bestimmt in Minutenschnelle die Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit

Bis zu acht Stunden dauert es, mit herkömmlichen Messverfahren Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähig­keit und spezifische Wärmekapazität von  Stoffen zu ermitteln. Zudem sind drei verschiedene kostspielige Messgeräte erforderlich. Deutlich schneller und kostengünstiger geht es mit dem THB-10 (Transient Hot Bridge), einem neuartigen Messgerät, das die Pausch Messtechnik GmbH aus Haan bei Düsseldorf  zusammen mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) entwickelt hat. Das Gerät, dessen Serienfertigung vor Kurzem angelaufen ist, erledigt alle drei Messungen gleichzeitig. Normalerweise liegen die Ergebnisse bereits nach einer Minute vor. Damit bietet das THB-10 die Möglichkeit, sehr schnell und vergleichsweise kostengünstig Reihenmessungen geringfügig veränderter Materialien durchzuführen und zuverlässig zu vergleichen – egal, ob es sich um Festkörper, Schüttgüter, Gele, Pasten oder Flüssigkeiten handelt.

 

Neuartiger Sensor sorgt für hohe Messgenauigkeit

Das THB-10 besteht aus einem Heizfoliensensor, einem Messgerät mit Konstant-Stromquelle und einer Auswerte- und Bediensoftware. Wichtigster Bestandteil ist dabei der neuartige, patentierte Sensor.  Dieser besteht aus einer Brückenschaltung aus Widerständen auf einer speziellen Leiterbahn, die in eine temperaturstabile Folie eingebettet ist. Diese Brückenschaltung sorgt für eine hohe Messgenauigkeit. Bei starren Proben wie Steinen oder Glas wird der Foliensensor zwischen zwei Proben gelegt und festgeklemmt. Bei Schüttgütern aller Art sowie Sediment wird er in einen Rahmen gespannt und in das Material gesteckt. Für flüssige Materialien lässt er sich zu einem Zylinder formen, der dann mit der Probe gefüllt wird. Der Messbereich des Foliensensors liegt zwischen –40 °C  und 180 °C.

Sind die Proben mit dem Foliensensor für die Messung vorbereitet, wird ein definierter Strom angelegt, abhängig von dem zu messenden Stoff. Aus dem Aufheizen der Widerstände der Schaltung und der vom Messgut abgeführten Wärme sowie der Zeit berechnet das System mit speziellen Algorithmen Wärme- sowie Temperaturleitfähigkeit und leitet daraus die spezifische Wärmekapazität des Stoffes ab.

 

Geringer Präparations­aufwand und einfache Bedienung erlauben Messungen im Produk­tionsprozess

Der Präparationsaufwand beim THB-10 ist minimal und es ist einfach und schnell zu bedienen. Die Benutzerführung erfolgt menügesteuert in einzelnen Schritten. Bedient das Personal das Gerät falsch, erfolgen sofort eine Warnung und ein Hinweis, welche Fehler aufgetreten sind. Umständliche, zeitraubende und fehleranfällige Referenz- und Kalibriermessungen gehören der Vergangenheit an. Die Softwaresteuerung optimiert selbsttätig den Messvorgang, reduziert die Zeit und minimiert die Unsicherheit. Noch vorhandene Messunsicherheiten werden nachvollziehbar dokumentiert. Das Messergebnis wird mit der optimal benötigten Messstromstärke und Messdauer ausgegeben.

Mit diesen Vorteilen ist das THB-10 auch für den Einsatz in der Produktionsumgebung und für kleine und mittlere Unternehmen sehr gut geeignet. Der Preis soll diese Zielgruppe ansprechen. Der Einführungspreis für das THB-10  beträgt  28 000 €. Vergleichbare Plattengeräte, die für jede einzelne Messung mehrere Stunden benötigen, sind fast doppelt so teuer. 

Bei der Messung der Wärmeleitfähigkeit deckt das Gerät einen Bereich zwischen 0,02 und 100 W/mK ab. Die Messunsicherheit beträgt dabei je nach Sensor und Stoff bis zu maximal 3 %*, die Reproduzierbarkeit ist besser als 0,5 %. Bei der Temperaturleitfähigkeit liegt der Messbereich zwischen 0,05 und 10 mm²/s, die Messunsicherheit bei 6 %*, die Reproduzierbarkeit ist besser als 1,5 %. Die spezifische Wärmekapazität wird aus dem vorliegenden Ergebnis der Wärme- und Temperaturleitfähigkeit berechnet.

Das THB-10 besitzt USB-Schnittstellen, eine Ethernet-Anbindung, serielle Schnittstelle RS232 sowie Anschlussmöglichkeit für IEEE-488.

 

* Berechnungsmethode nach ISO-GUM mit k = 2
x

Thematisch passende Artikel:

Ausgabe 06/2014 S. Ben Lakhal1,2, Gisèle Lecomte-Nana1, B. Naït-Ali1, H. Lemercier2, D.S. Smith1

Methode zur Einschätzung der spezifischen ­Wärmekapazität einer ungebrannten Tonmischung

1 Einführung Tone werden als Rohstoffe zur Herstellung von Fliesen, Ziegeln, Schamotteerzeugnissen und Geschirr in großen Mengen eingesetzt. Die Energiekosten für die Produktion dieser Erzeugnisse...

mehr
Ausgabe 02/2021 Dipl.-Ing. (FH) Andreas Kleemann B.Sc.

Numerische Simulationen, Teil 2 Wärmeleitfähigkeit von Hochlochziegeln: Grundlagen – Messtechnik – Simulation

In der Ausgabe 1-2021 der ZI Ziegelindustrie International wurde bereits ein Artikel von M.Sc. Darya Ivanova vom Institut für Ziegelforschung Essen e.V. über den „Einsatz numerischer Simulationen...

mehr
Ausgabe 4/2019 Dr. Friedrich Raether, Dr. Holger Friedrich, Dipl.-Ing. (FH) Jens Baber

Neuartige ThermoOptische Messverfahren (TOM) für die Hochtemperatur-Prüfung von Feuerfestwerkstoffen

1 Herausforderungen für neue Feuerfestprodukte Wärmeprozesse sind für einen großen Teil des Energieverbrauchs im verarbeitenden Gewerbe verantwortlich: 2016 wurden in der Bundesrepublik ca. 1700...

mehr
Ausgabe 1/2016 Dipl.-Wirtsch.-Ing. Jens Amberg

Messung von Luftenergieströmen in der Ziegelindustrie

Die produzierenden Unternehmen der Ziegelindustrie haben in den letzten Jahren weitgehend ein Energiemanagement-System implementiert. Unabhängig davon, ob man sich dabei an die führende...

mehr
Ausgabe 05/2022 Ralf Wagner(a), Anne Tretau(a), Martin Ganß(a)

Analyse des thermal runaways beim mikrowellengestützten Brand unter Nutzung verteilt-messender faseroptischer Sensorik und temperaturabhängigen Permittivitäten

1. Einleitung Der Europäische Green Deal, der die Aufgaben der Energiewende und der Circular Economy zusammenführt, verbindet die Zielsetzungen einer klimaneutralen und ressourceneffizienten...

mehr