Nadelsonden-Verfahren nach ASTM D5334-08

Aufheizkurve einer Nadelsonde

TK04 verwendet die bewährte Methode der instationären Linienquelle (bekannt als Nadelsonden-Verfahren) gemäß ASTM D5334-08. Dabei wird eine langgestreckte, dünne Heizquelle (die Nadelsonde) in eine Probe eingebracht und mit konstanter Leistung beheizt. Gleichzeitig wird die Temperatur im Inneren der Quelle registriert. Je langsamer die Quellen-Temperatur ansteigt, desto höher ist die Wärmeleitfähigkeit des Probenmaterials.

Hochgenaues Auswerteverfahren

Die Wärmeleitfähigkeit der Probe wird aus dem von der Sonde registrierten Temperaturanstieg berechnet. Die Gleichung, die den Temperatur-Verlauf beschreibt, ist nicht exakt lösbar, deshalb müssen numerische Lösungsverfahren und / oder Näherungen zur Auswertung der Daten verwendet werden (ASTM D5334-08 Abschnitt 10). Die Wahl des Verfahrens ist ein Kompromiß: einfache Verfahren sind leichter zu handhaben, mathematisch komplexere sind genauer.

mehrweniger

Das übliche Näherungsverfahren berechnet die Wärmeleitfähigkeit aus der Steigung einer einfachen Ausgleichsgeraden, die durch die Messpunkte gelegt wird. Ein von der ASTM International durchgeführter Ringversuch mit 5 Materialien bekannter Wärmeleitfähigkeit, die von 5 verschiedenen Laboren vermessen wurden, ergab eine Genauigkeit zwischen ± 10% und ± 15% (NISTIR-89/3908, 1989).

Mathematisch komplexere Näherungen bilden die Form der Temperaturkurve besser ab als eine einfache Gerade. Sie liefern nicht nur genauere Ergebnisse, sondern ermöglichen auch das Erkennen von Störungen in den Daten, weil die gemessene mit der theoretischen Kurvenform verglichen werden kann. Da Wärmeleitfähigkeits-Messungen empfindlich auf Mängel in der Probenpräparation und instabile Messbedingungen reagieren, wird hierdurch die Zuverlässigkeit deutlich verbessert.

Für TK04 wurde ein Auswerte-Verfahren entwickelt, das eine komplexere Näherungsgleichung mit Methoden zur Erkennung von Störfaktoren kombiniert und so eine Genauigkeit von ± 2% erzielt.

Modifizierte Nadelsonden-Methode für plane Oberflächen

Klassische Nadelsonde und Sonde für plane OberflächenUnterseite einer Sonde für plane Oberflächen Bei harten oder spröden Materialien ist die Probenpräparation für eine klassische Nadelsonde oft schwierig. Bei unserem modifizierten Verfahren ist die Nadel daher an der Unterseite eines scheibenförmigen Sondenkörpers eingelassen, der einfach auf die Probenoberfläche aufgesetzt wird (Sonde für plane Oberflächen). TK04 kann durch einfaches Auswechseln der Sonde beide Verfahren verwenden.

 

Wärmeverteilung bei Sonden für plane Oberflächen (HLQ) Beim modifizierten Verfahren gelangt ein Teil der während der Messung erzeugten Wärme in den Sondenkörper statt in das Probenmaterial. Ein von TeKa entwickeltes Korrekturverfahren bestimmt unter Berücksichtigung der thermischen Parameter von Sonde und Probe automatisch die effektiv in das Probenmaterial gelangte Wärmemenge und garantiert im gesamten Messbereich übereinstimmende Ergebnisse der klassischen und der modifizierten Nadelsonden-Methode.

Keine Kalibrier-, Referenz- oder Vergleichsmessungen

Die Kalibrierung der Sonden wird einmalig vor der Auslieferung durch den Hersteller vorgenommen. Das Verfahren liefert damit absolute Wärmeleitfähigkeits-Werte ohne aufwendige Referenz- oder Vergleichs­messungen. Zu jedem TK04-Gerät wird ein Referenz-Material zur gelegentlichen Überprüfung der Funktion von Messgerät und Sonden mitgeliefert.