Was ist die Heizdrahtmethode (Transient Hot Bridge)?

Das Heizbrückenverfahren Transient Hot Bridge (THB) für Messungen der thermischen Transporteigenschaften von Stoffen ist eine Weiterentwicklung der Heizdrahtmethode (THW).

Beide Verfahren gehören zur Klasse der instationären, also zeitabhängigen Messmethoden, die im Gegensatz zu den stationären Verfahren, sehr viel kürzere Messzeiten bieten und jeweils neben der Wärmeleitfähigkeit auch gleichzeitig noch die Temperaturleitfähigkeit bestimmen können.

Das wesentliche Bauelement der THB ist ein streifenförmiger elektrischer Leiter, der sowohl als Joulesche Wärmequelle als auch als Widerstandsthermometer dient. Eingebettet zwischen zwei Probenhälften gibt der Streifen während der Messung einen konstanten Heizstrom ab, wobei er auch sich selbst erwärmt. Sein zeitlicher Temperaturanstieg ist das Maß für die genannten thermischen Transporteigenschaften.

Während beim THW-Verfahren nur ein einziger Heizdraht eingesetzt wird, sind es beim THB- Verfahren vier Heizstreifen (siehe Abb. 1), die zu einer Wheatstone- Brücke verschaltet sind. Dadurch ist kein Nullabgleich vor der Messung notwendig.

Zur Kompensation des Randeffekts sind die mäanderförmigen Heizstreifen in zwei Segmente mit unterschiedlichen Längen aufgeteilt (Abb. 2). Auf diese Weise entstehen zwei galvanisch getrennte Einzelwiderstände, die jedoch thermisch zusammenhängen. Subtrahiert man den Spannungsabfall des kurzen Segments vom langen Segment, so erhält man ein Messsignal entlang der effektiven Länge des Heizstreifens, bei dem die Wärmeverluste an den Randstellen kompensiert sind.

THB Tandemstreifen

Welche thermophysikalischen Eigenschaften werden gemessen?

Mit der Transient Hot Bridge Methode können die Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und bei Kenntnis der Dichte auch die spezifische Wärmekapazität von Festkörpern, Fluiden, Schüttgütern und pastösen Materialien ermittelt werden.

Welche Normen gibt es für die Heizdraht/Heizstreifen Messmethoden?

• ASTM D 5930-01
  Standard test method for thermal conductivity of plastics by means of a transient line source technique
• ASTM D7896-19
  Standard Test Method for Thermal Conductivity, Thermal Diffusivity, and Volumetric Heat Capacity of Engine Coolants and Related Fluids by Transient Hot Wire Liquid Thermal Conductivity Method
• ISO 22007-2
  Plastics-Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity