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Fakultät 1
Arbeitsgebiet Angewandte Physik/Thermische Nutzung der Solarenergie Dr. rer. nat. Andreas Donath

Labor- und Messtechnik

Tian-Calvet-Kalorimeter (Bestimmung der spezifischen Wärmekapazitäten)
Tian-Calvet-Kalorimeter
Tian-Calvet-Kalorimeter

Die Messung der spezifischen Wärmekapazität, der Phasenumwandlungs- und der Reaktionsenthalpie erfolgt mit einem Tian-Calvet-Kalorimeter der Firma Setaram. Diese Messapparatur zeichnet sich durch eine sehr hohe Empfindlichkeit (0,2 µW) und Stabilität aus. Hiermit können feste, pulverförmige und flüssige Proben mit einem Volumen von bis zu 1cm3 untersucht werden. Neben der klassischen DSC-Betriebsweise sind auch Messungen unter isothermen Bedingungen möglich.Der Temperaturbereich beträgt -20°C bis 95°C.

Dilatometer (Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten)
Dilatometer
Dilatometer

Die Messung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten erfolgt mit einem Dilatometer NETZSCH DIL 402 C mit Quarzglasprobenhalterung bei einem möglichen Temperaturbereich von +5°C bis 500°C.Es sind Messungen unter Inertgasatmosphäre sowie unter Vakuum (zweistufige Drehschieberpumpe) möglich.Es sind Probenabmessungen von bis zu 50 mm bei einem maximalen Durchmesser von 12 mm möglich.

Plattenapparaturen (Messung der Wärmeleitfähigkeit)

Plattenapparatur nach "guarded-hot-plate"-Verfahren

Plattenapparatur Bocksches Gerät
Plattenapparatur Bocksches Gerät

Für die Messung der Wärmeleitfähigkeit von Isolierstoffen und die Kalibrierung von Wärmestromdichtesensoren mit hoher Genauigkeit wird eine Plattenapparatur nach dem guarded-hot-plate-Prinzip verwendet. Diese kann im Temperaturbereich von +5°C bis 50°C betrieben werden.Die Probenabmessung beträgt 250 mm x 250 mm.

Plattenapparatur nach dem "heat-flow-meter"-Verfahren

Plattenapparatur nach "heat-flow-meter" - Verfahren
Plattenapparatur nach "heat-flow-meter" - Verfahren

Zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von runden Proben und Bohrkernen (Ø 85 mm) unter stationären und instationären Bedingungen wurde eine Wärmefluss-Plattenapparatur entwickelt und aufgebaut. Mit dieser Apparatur können alle Dämmstoffe und mineralischen Baustoffe untersucht werden.Diese Apparatur ist in besonderem Maße für die Untersuchung des Feuchteeinflusses auf die effektive Wärmeleitfähigkeit von Baustoffen geeignet.

Plattenapparatur nach dem "heat-flow-meter"-Verfahren zur Messung von Schüttungen

Messung von Schüttungen
Messung von Schüttungen

Für die Messung der Wärmeleitfähigkeit von Schüttstoffen (Granulate, Dämmschüttungen) ist eine senkrecht orientierte Wärmefluss-Plattenapparatur entwickelt worden. In der Messkammer können Proben mit den Abmessungen von 250 mm x 250 mm und einer Dicke von 5mm bis 40mm untersucht werden.

Infrarotmesstechnik

Mittels Infrarot-Temperatursensor (Pyrometer) kann die Oberflächentemperatur berührungslos gemessen werden. Hierzu wird die temperaturabhängige Wärmeabstrahlung der Meßobjekt-Oberfläche ausgewertet. Der Wellenlängenbereich für infrarote Strahlung erstreckt sich von 0,7 µm bis etwa 50 µm, wobei allerdings meist nur der Bereich von 8 µm - 14 µm genutzt wird. Die Wärmestrahlung wird in einem IR-Strahlungsempfänger (z.B. Vakuum-Thermoelement) in ein elektrisches Signal umgewandelt und nachfolgend in die Temperatur umgerechnet. Durch die berührungslose Messung wird das Meßobjekt thermisch nicht belastet. Die Ansprechzeit liegt im Sekundenbereich. Das am Arbeitsgebiet vorhandene Pyrometer arbeitet im Bereich von 0 °C bis 100 °C mit einer Auflösung von 0,1 K.

Wenn man Kenntnis über die verschiedenen Oberflächentemperaturen eines Messobjektes erhalten möchte, benötigt man eine Infrarotkamera. Diese erzeugt ein radiometrisches Bild, welches auf einem Monitor betrachtet werden kann. Voraussetzung für Messungen der Wärmestrahlung sowohl bei Pyrometer als auch bei der Thermokamera ist die Kenntnis des Emissionskoeffizienten der Oberfläche. Die bei uns für die Lehre eingesetzte Infrarotkamera FLIR E45 misst in einem Temperaturbereich bis 900 °C.

Abgasanlage eines Kfz.
Hauptgebäude der BTU
Industrieroboter
UV-VIS-IR-Spektrometer
Spektrometer

Bestimmung von Solarstrahlungstransmissionsgrad, Solarstrahlungsreflexionsgrad, spektraler Transmissionsgrad, spektraler Reflexionsgrad, UV-Transmissionsgrad, UV-Reflexionsgrad und Gesamtenergiedurchlaßgrad.

Für hochgenaue Messungen im Labor im Bereich von 180 nm bis 3200 nm (UV-VIS-NIR) steht ein Zweistrahl-Spektrometer vom Typ Perkin Elmer Lambda 19 zur Verfügung. Zusammen mit einer Ulbrichtkugel (Durchmesser 150 mm), dem Zusatz für winkelabhängige Reflexion (15° - 70°) und Lichtwellenleitersonden, sind Messungen nach DIN 67507 und nach DIN EN 410 zu gerichteten, gestreuten und winkelabhängigen Parametern von kleinen Proben (fest, flüssig, trübe, temperiert) möglich.

Sonnensimulator
Sonnensimulator

Qualitätssicherung und Alterungsbeständigkeit sind für viele Materialien und Systeme unverzichtbar. Eine Freibewitterung unter natürlicher Sonneneinstrahlung dauert jedoch oft zu lange. Für eine deutliche Zeitraffung werden daher Sonnensimulatoren verwendet, die ein der natürlichen Sonne sehr ähnliches Strahlungsspektrum besitzen.
Wahlweise steht ein Metallhalogenid-Strahler mit einem guten AM 0 (Airmass) Sonnenspektrum und ein 4*4-Lampenfeld mit OSRAM Ultra-Vitalux-Lampen nach DIN EN ISO 12543-4 mit stärkerer UV-Komponente zur Verfügung. Dabei können Proben mit Abmessungen von bis zu 1 m2 kontinuierlich mit einer Strahlungsintensität von bis zu 1000 W/m2 belastet werden.

Emissivitätsmessgerät
Emissivitätsmessgerät

Für den Wärmeaustausch durch Strahlung ist der Gesamtemissionsgrad εn für Umgebungstemperaturen von Interesse. Hierfür wird ein Emissivitätsmessgerät vom Typ INGLAS TIR 100 verwendet, das die an der Oberfläche einer Probe reflektierte Wärmestrahlung eines 100 °C warmen Temperaturstrahlers bestimmt. Messungen können auch an großen Objekten und im Aussenbereich stattfinden. Mit Hilfe des εn kann nach DIN EN 673 der U-Wert von Verglasungen berechnet werden.