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1. WO2020151780 - DEVICE AND METHOD FOR SIMULTANEOUSLY DETERMINING TEMPERATURE-DEPENDENT THERMAL CONDUCTIVITY, THERMAL DIFFUSIVITY AND SPECIFIC HEAT CAPACITY

Publication Number WO/2020/151780
Publication Date 30.07.2020
International Application No. PCT/DE2020/000010
International Filing Date 24.01.2020
IPC
G01N 25/18 2006.01
GPHYSICS
01MEASURING; TESTING
NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
25Investigating or analysing materials by the use of thermal means
18by investigating thermal conductivity
G01N 33/20 2019.01
GPHYSICS
01MEASURING; TESTING
NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
33Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/-G01N31/131
20Metals
Applicants
  • FRIEDRICH-SCHILLER-UNIVERSITÄT JENA [DE]/[DE]
Inventors
  • RETTENMAYR, Markus
  • LIPPMANN, Stephanie
  • ZIMARE, Anton
Priority Data
10 2019 000 590.224.01.2019DE
Publication Language German (DE)
Filing Language German (DE)
Designated States
Title
(DE) VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR SIMULTANEN BESTIMMUNG DER TEMPERATURABHÄNGIGEN THERMISCHEN LEITFÄHIGKEIT, THERMISCHEN DIFFUSIVITÄT UND SPEZIFISCHEN WÄRMEKAPAZITÄT
(EN) DEVICE AND METHOD FOR SIMULTANEOUSLY DETERMINING TEMPERATURE-DEPENDENT THERMAL CONDUCTIVITY, THERMAL DIFFUSIVITY AND SPECIFIC HEAT CAPACITY
(FR) DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE DÉTERMINATION SIMULTANÉE DE LA CONDUCTIVITÉ THERMIQUE, DE LA DIFFUSIVITÉ THERMIQUE ET DE LA CAPACITÉ THERMIQUE SPÉCIFIQUE EN FONCTION DE LA TEMPÉRATURE
Abstract
(DE)
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur simultanen Bestimmung der temperaturabhängigen thermischen Leitfähigkeit, thermischen Diffusivität und spezifischen Wärmekapazität, und umfasst eine Wärmequelle zum lokalen Aufheizen eines zu untersuchenden Festkörpers, einen sowohl örtlich als auch zeitlich hochauflösenden Zeilen- und/oder Flächendetektor zur berührungslosen Temperaturmessung entlang der Probe und einen Kühlkreislauf mit einer den unteren Probenrand umströmenden Kühlflüssigkeit, deren Temperaturerhöhung und Durchflussmenge kontinuierlich gemessen wird. Aus den kontrolliert eingestellten transienten thermischen Zuständen der Probe während des Aufheizens und Abkühlens wird mit dem beschriebenen Verfahren die thermische Diffusivität bestimmt. Aus dem stationären Zustand bei konstanter Heizleistung wird die thermische Leitfähigkeit bestimmt. Aus den direkt und über einen großen Temperaturbereich hinweg bestimmten Datensätzen der thermischen Diffusivität und thermischen Leitfähigkeit wird die spezifische Wärmekapazität des Probenmaterials temperaturabhängig berechnet. Aufgrund der enormen Zeiteinsparung gegenüber dem Stand der Technik lassen sich mithilfe der Erfindung eine Vielzahl unterschiedlicher Festkörper erstmals umfassend thermisch charakterisieren.
(EN)
The invention relates to a device and a method for simultaneously determining temperature-dependent thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat capacity and comprises a heat source for locally heating a solid body to be examined, a both locally and chronologically high-resolution line and/or surface detector for non-contact temperature measurement along the sample, and a cooling circuit having a cooling liquid flowing around the lower sample edge, the temperature increase and flow rate of which cooling liquid are measured continuously. The thermal diffusivity is determined by means of the described method from the transient thermal states of the sample, which are adjusted in a controlled manner, during heating and cooling. The thermal conductivity is determined from the steady state with a constant heating output. The specific heat capacity of the sample material is calculated according to the temperature from the data sets relating to the thermal diffusivity and thermal conductivity, which data sets are determined directly and over a large temperature range. Because of the enormous savings in time as compared with the prior art, a large number of different solid bodies can be comprehensively characterized thermally for the first time by means of the invention.
(FR)
L'invention concerne un dispositif et un procédé de détermination simultanée de la conductivité thermique, de la diffusivité thermique et de la capacité thermique spécifique en fonction de la température, et comprend une source de chaleur pour le chauffage local d'un solide à examiner, un détecteur de ligne et/ou de zone de haute résolution à la fois en termes d'emplacement et de temps pour la mesure de température sans contact le long de l'échantillon, et un circuit de refroidissement comportant un liquide de refroidissement circulant autour du bord inférieur de l'échantillon, dont l'augmentation de température et le débit sont mesurés en continu. À partir des états thermiques transitoires contrôlés de l'échantillon pendant le chauffage et le refroidissement, la diffusivité thermique est déterminée à l'aide du procédé décrit. La conductivité thermique est déterminée à partir de l'état stationnaire à puissance de chauffage constante. À partir des ensembles de données sur la diffusivité thermique et la conductivité thermique déterminées directement et sur une large gamme de températures, la capacité thermique spécifique de l'échantillon est calculée en fonction de la température. En raison de l'énorme gain de temps par rapport à l'état de la technique, l'invention permet pour la première fois de caractériser thermiquement de manière exhaustive un grand nombre de solides différents.
Also published as
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