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.

Produktmanager Tobias Pausch sieht sein Gerät u. a. in der Baustoffindustrie als nützliches Werkzeug, um ressourcenschonende Lösungen und energieeffiziente Produkte herzustellen. Als Anwender hat er unter anderem Prüfinstitute und die Hersteller von Bau- und Dämmstoffen im Blick. Schließlich ist die Wärmeleitfähigkeit, also die Fähigkeit eines Stoffes oder Gases thermische Energie zu transportieren, ebenso wie die Temperaturleitfähigkeit ein zentraler Parameter neuer, effizienter Dämmstoffe. Letztere beschreibt die Geschwindigkeit, mit der sich die Erwärmung durch den Stoff ausbreitet.

Neuartiger Sensor sorgt für hohe Messgenauigkeit

Das THB-10 besteht aus einem Heizfoliensensor, einem Messgerät für Konstant-Stromquellen 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 Messegenauigkeit. 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 abführten 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

Bisherige Verfahren benötigen neben einer aufwändigen Probenvorbereitung geschultes Fachpersonal zur Durchführung und Auswertung der Messungen. Nicht so beim THB-10. Der Präparationsaufwand ist minimal und es ist einfach und schnell zu bedienen. Die Benutzerführung erfolgt menügesteuert in einzelnen Schritten. Bedient das Personal das Gerät falsch, erfolgt 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 sehr gut geeignet. Kleine und mittlere Unternehmen, die nicht über entsprechend geschultes Personal zur Durchführung komplexer Messungen verfügen, profitieren von der einfachen Bedienung und Handhabung. Auch der Preis soll diese Zielgruppe ansprechen. Der Einführungspreis für das THB-10 ist 28.000 Euro. Vergleichbare Plattengeräte, die für jede einzelne Messung mehrere Stunden benötigen, sind fast doppelt so teuer.

THB-10 ist im Mai auf der Messe Control in Stuttgart zu sehen
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 Prozent*, die Reproduzierbarkeit ist besser als 0,5 Prozent. Bei der Temperaturleitfähigkeit liegt der Messbereich zwischen 0,05 und 10 m2/s, die Messunsicherheit bei 6 Prozent*, die Reproduzierbarkeit ist besser als 1,5 Prozent. 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.

„Im vergangenen Jahr haben wir den Prototypen des Systems bereits auf einigen Messen vorgestellt. Dieses Jahr wird das THB-10 unter anderem vom 4. bis 7. Mai auf der CONTROL in Stuttgart, vom 18. bis 20. Mai auf der Sensor+Test in Nürnberg und Ende Oktober auf der K'2010 in Düsseldorf präsentiert“, fügt Tobias Pausch hinzu und freut sich auf das rege Interesse der Anwender.

* Berechnungsmethode nach ISO-GUM mit k=2