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Dokumentenidentifikation DE10063264C2 07.08.2003
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen, ob eine Probe eine vorbestimmte Temperatur, insbesondere eine tiefe Temperatur, aufweist
Anmelder MAN Technologie AG, 86153 Augsburg, DE
Erfinder Lampl, Johann, 85250 Altomünster, DE
Vertreter Dr. Werner Geyer, Klaus Fehners & Partner GbR, 80687 München
DE-Anmeldedatum 19.12.2000
DE-Aktenzeichen 10063264
Offenlegungstag 04.07.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.08.2003
IPC-Hauptklasse G01K 5/56
IPC-Nebenklasse G01N 3/18   G01N 3/54   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen, ob eine Probe eine vorbestimmte Temperatur, insbesondere eine tiefe Temperatur, aufweist.

Die Feststellung, ob eine Probe eine vorbestimmte Temperatur aufweist, wird beispielsweise benötigt, um bei Untersuchungen von Materialeigenschaften bei tiefen Temperaturen den Zeitpunkt bestimmen zu können, von dem an mit den Untersuchungen begonnen werden kann. Solche Materialuntersuchungen sind insbesondere bei Materialien für die Raumfahrt notwendig, da diese Materialien im praktischen Einsatz diesen tiefen Temperaturen ausgesetzt werden.

Untersuchungen bei tiefen Temperaturen werden herkömmlicherweise in Bad- oder Verdampferkryostaten durchgeführt, wobei bevorzugt flüssiges Helium als Kühlmittel eingesetzt wird. Zur Temperaturmessung bei diesen Kryostaten wird beispielsweise ein Widerstandsthermometer mit einem Platin-Widerstandsfühler eingesetzt. Ein solches Widerstandsthermometer weist jedoch einen relativ komplizierten Aufbau auf, um die tiefen Temperaturen messen zu können. Dies führt zu einer aufwendigen Handhabung und einer geringen Lebensdauer des Widerstandsthermometers, insbesondere wenn es öfter starken Temperaturschwankungen ausgesetzt wird. Des weiteren sind solche Widerstandsthermometer in der Anschaffung sehr teuer.

Die DE 26 30 475 B2 beschreibt ein Verfahren zum Anbringen von miniaturisierten Hochtemperatur-Freigitter-Dehnmeßstreifen an einer Meßstelle einer Probe, wobei an den noch mit Tragfolien versehenen Meßstreifen überlange Anschlußbänder befestigt und danach das Gitter mit der offenen Gitterseite nach unten auf eine poröse Unterlage mit leicht lösbarem Klebstoff aufgeklebt und darin eingebettet wird. Die Tragfolien werden dann von dem eingebettenen Gitter abgezogen und danach wird der Klebstoff mit chemischen Mitteln gelöst. Das freiliegende Gitter wird mittels der überlangen Anschlußbänder auf die entsprechende, mit einer Isolationsschicht versehene Meßstelle aufgebracht und mit einer Zementlösung befestigt.

Die US 4,104,605 zeigt einen Dehnmeßstreifen, der direkt auf der Probe gebildet werden muß. Dazu wird ein erster Film aus einem isolierenden Hochtemperaturmaterial auf einer Substratoberfläche abgeschieden. Auf der Oberseite des ersten Films wird danach eine dehnungsempfindliche Schicht abgeschieden und strukturiert, wobei das so gebildete Dehnmeßelement dann bevorzugt noch mit einer Schutzschicht bedeckt werden kann.

Die DE 198 20 005 A1 schreibt einen flächigen Temperatursensor, der aus mehreren Spuren besteht, die jeweils aus einer in Reihe geschalteten Strukturelementen mit einer temperaturabhängigen elektrischen Leitfähigkeit zusammengesetzt sind.

In der DE 31 32 267 C2 wird eine Temperaturkompensationsanordnung an einer Wägezelle mit Dehnungsmeßstreifen beschrieben, bei der der Aufwand an der Wägezelle, die Temperaturschwankungen unterliegt, möglichst gering ist und mit der sowohl Nullpunktsfehler als auch der Fehler der Empfindlichkeit ausgeglichen werden kann.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen es möglich ist, zuverlässig in einfacher Art und Weise festzustellen, ob eine Probe eine vorbestimmte Temperatur, insbesondere eine tiefe Temperatur, aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Feststellen, ob eine Probe eine vorbestimmte Temperatur, insbesondere eine tiefe Temperatur, aufweist, gelöst, bei dem ein Trägerplättchen, auf dem ein Dehnungsmeßstreifen befestigt ist, in wärmeleitenden Kontakt mit der Probe gebracht wird, der Widerstand des Dehnungsmeßstreifens gemessen und mit einem der vorbestimmten Temperatur entsprechenden Vergleichswert verglichen wird und festgestellt wird, ob der gemessene Widerstandswert des Dehnungsmeßstreifens mit einem Referenzwiderstandswert übereinstimmt, den der Dehnungsmeßstreifen aufweist, wenn das Trägerplättchen auf der vorbestimmten Temperatur ist. Bei diesem Verfahren wird die temperaturbedingte Längenänderung des Trägerplättchens, das in wärmeleitendem Kontakt mit der Probe steht und somit die gleiche Temperatur wie die Probe aufweist, über den Dehnungsmeßstreifen gemessen. Solche Dehnungsmeßstreifen, die insbesondere auch für tiefe Temperaturen geeignet sind, sind kostengünstige und zuverlässige Bauelemente, so daß das Verfahren insgesamt zuverlässig ist und in einfacher Art und Weise durchgeführt werden kann. Da die Temperatur der Probe selbst gemessen wird, und nicht etwa die Temperaturen in der näheren Umgebung der Probe, kann auch schnell und zuverlässig das Erreichen der vorbestimmten Temperatur bei einem Abkühlen der Probe ermittelt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Referenzwiderstandswert dadurch ermittelt, daß das Trägerplättchen mit dem Dehnungsstreifen vor dem Inkontaktbringen mit der Probe auf die vorbestimmte Temperatur gebracht wird und daß dabei der Widerstand des Dehnungsmeßstreifens gemessen wird. Durch diese Schritte kann der Referenzwiderstandswert leicht und einfach ermittelt werden.

Weiterhin kann beim erfindungsgemäßen Verfahren in einer vorteilhaften Weiterbildung das Trägerplättchen mit seiner dem Dehnungsmeßstreifen abgewandten Seite in wärmeleitenden Kontakt mit der Probe gebracht werden. Dadurch weist das Trägerplättchen immer exakt die Temperatur der Probe auf, wodurch das Erreichen der vorbestimmten Temperatur sicher und genau ermittelt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft dadurch weitergebildet werden, daß die Kontaktierung des Trägerplättchens an der Probe mittels eines Reibsitzes erfolgt. Der Reibsitz ist dabei bevorzugt so ausgeführt, daß sich bei senkrechter Probenposition das seitlich an der Probe kontaktierte Trägerplättchen mit Dehnungsmeßstreifen aufgrund der Schwerkraft nicht relativ zur Probe nach unten bewegt. Der Reibsitz dient vielmehr dazu, daß eine Abmessungsänderung der Probe, wie sie z. B. bei einem Zug- oder Zerreißversuch an der Probe auftritt, zu keiner Abmessungsänderung des Trägerplättchens führt, da dieses während der Abmessungsänderung der Probe quasi auf der Probe gleitet. Aber auch die beim Abkühlen der Probe bedingten Abmessungsänderungen der Probe werden nicht auf das Trägerplättchen übertragen, so daß man immer nur die temperaturbedingte Längenänderung des Trägerplättchens mißt, wodurch eine sichere und genaue Feststellung der vorbestimmten Temperatur erreicht wird.

Besonders vorteilhaft kann dieser Reib- bzw. Gleitsitz durch eine Wärmeleitpaste zwischen Trägerplättchen und Probe verwirklicht werden. Die Wärmeleitpaste stellt einerseits einen sehr gut wärmeleitenden Kontakt sicher. Anderseits wird auch der gleitende Kontakt des Trägerplättchens an der Probe gewährleistet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Dehnungsmeßstreifen mittels eines heißhärtenden Zweikomponenten-Epoxidharzklebers auf dem Trägerplättchen befestigt. Dadurch wird eine dauerhafte Fixierung des Dehnungsmeßstreifens auf dem Trägerplättchen gewährleistet, wodurch jede Längenänderung des Trägerplättchens genau durch den Dehnungsmeßstreifen auch in einer Vielzahl von Versuchen erfaßt werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Widerstand des Dehnungsmeßstreifens durch eine Brückenschaltung, insbesondere eine Wheatstonesche Brückenschaltung, gemessen wird. Durch dieses Meßverfahren ist eine einfache und genaue Messung des Widerstands des Dehnungsmeßstreifens und somit auch ein sicheres Feststellen, ob die Probe die vorbestimmte Temperatur aufweist, möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft noch dadurch weitergebildet werden, daß ein weiterer Dehnungsmeßstreifen direkt an der Probe befestigt wird, wobei der Widerstand des weiteren Dehnungsmeßstreifens laufend während einer Abkühlung der Probe gemessen und festgestellt wird, ob sich der gemessene Widerstand des weiteren Dehnungsmeßstreifens über eine vorbestimmte Zeitdauer nicht mehr ändert. Mit diesem weiteren Dehnungsmeßstreifen ist eine einfache Feststellung der vorbestimmten Temperatur möglich, da keine Kalibrierung notwendig ist. Es wird lediglich gemessen, wann sich die Länge der Probe und somit auch die Länge des weiteren Dehnungsmeßstreifens beim Abkühlen nicht mehr ändert. Wenn dies der Fall ist, kann davon ausgegangen werden, daß die Probe auf die vorbestimmte Temperatur abgekühlt ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieser weitere Dehnungsmeßstreifen mittels eines heißhärtenden Zweikomponenten-Epoxidharzklebers an der Probe befestigt. Damit kann dieser Dehnungsmeßstreifen, nachdem die Probe die vorbestimmte Temperatur erreicht hat, auch noch als Dehnungsmeßstreifen zur Messung der Längenänderung der Probe während eines Versuches zur Bestimmung von Materialeigenschaften (z. B. Zugversuch) bei der vorbestimmten Temperatur eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Feststellen, ob eine Probe eine vorbestimmte Temperatur, insbesondere eine tiefe Temperatur, aufweist, umfaßt einen Temperaturfühler, der ein Trägerplättchen und einen darauf befestigten Dehnungsmeßstreifen aufweist, und eine mit dem Temperaturfühler verbundene Auswerteeinrichtung, die eine Aufnahmeschaltung zum Messen des Widerstandswertes des Dehnungsmeßstreifens und eine Einrichtung zum Feststellen, ob der gemessene Widerstandswert des Dehnungsmeßstreifens mit einem Referenzwiderstandswert übereinstimmt, den der Dehnungsmeßstreifen aufweist, wenn die Temperatur des Trägerplättchens der vorbestimmten Temperatur entspricht, aufweist. Mit dieser Vorrichtung ist es in einfacher Art und Weise möglich festzustellen, wann die Probe die vorbestimmte Temperatur aufweist, wobei der Temperaturfühler aus kostengünstigen und zuverlässigen Komponenten aufgebaut ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß der Dehnungsmeßstreifen mit einer thermisch isolierenden Abdeckung versehen ist. Damit wird gewährleistet, daß der Dehnungsmeßstreifen nicht auf eine andere Temperatur als die des Trägerplättchens gebracht wird, wodurch sicher die vorbestimmte Probentemperatur festgestellt werden kann. Diese Abdeckung kann bevorzugt so weitergebildet sein, daß auch die Bereiche und Seiten des Trägerplättchens abgedeckt und dadurch thermisch isoliert sind, die beim Feststellen der vorbestimmten Probentemperatur nicht in wärmeleitendem Kontakt mit der Probe stehen. Damit werden Umgebungseinflüsse beim Feststellen der vorbestimmten Probentemperatur ausgeschlossen, so daß sicher und zuverlässig die vorbestimmte Probentemperatur erkannt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft dadurch weitergebildet werden, daß das Trägerplättchen aus einem Material gebildet ist, das eine möglichst große Längenänderung bei Temperaturen im Bereich der vorbestimmten Temperatur zeigt. Dieses Material kann Metall sein, wie beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Dadurch wird das Feststellen der vorbestimmten Probentemperatur leichter, da die Signaländerung im Bereich der vorbestimmten Temperatur relativ groß ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Zeichnung im Prinzip beispielhalber noch näher erläutert.

In der Figur ist schematisch eine Vorrichtung zum Bestimmen von Festigkeitswerten von Materialien bei tiefen Temperaturen gezeigt. Die Vorrichtung umfaßt eine Wirbelkammer 1, in der die zu untersuchende Probe 2, die hier stangenförmig und mit ihren beiden Enden durch zwei Einspannteile 3 und 4 eingespannt ist, angeordnet ist. Weiterhin ist in der Wirbelkammer 1 ein Ausblasrohr 5 vorgesehen, das bevorzugt im wesentlichen parallel zur Probe 2 positioniert ist und zumindest die Länge der Probe 2 aufweist. Das Ausblasrohr 5 ist über eine superisolierte Transferleitung 6 mit einem außerhalb der Wirbelkammer 1 angeordneten Behälter 7 verbunden. Der Behälter 7 enthält flüssiges Helium mit einem leichten Überdruck von beispielsweise 0,7 bar. Die Transferleitung 6 weist noch ein Absperrventil 8 auf, mit dem die Verbindung zwischen dem Ausblasrohr 5 und dem Behälter 7 unterbrochen werden kann.

Das Ausblasrohr 5 ist in dieser Ausführungsform aus Messing gebildet und weist eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Querbohrungen 9 auf, die der eingespannten Probe 2 zugewandt sind.

An der Probe 2 ist ein Temperaturfühler 10 angebracht, der ein aus Aluminium gebildetes Trägerplättchen 11 und einen darauf befestigten Dehnungsmeßstreifen 12 aufweist. Um eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Dehnungsmeßstreifen 12 und dem Trägerplättchen 11 zu gewährleisten, ist der Dehnungsmeßstreifen 12 mit einem warmhärtenden Epoxidkleber auf dem Trägerplättchen 11 befestigt. Bevorzugt weist der Temperaturfühler 10 noch eine thermisch isolierende Abdeckung 13 auf, mit der die dem Trägerplättchen 11 abgewandte Seite des Dehnungsmeßstreifens 12 bedeckt ist.

Das Trägerplättchen 11 steht mit seiner dem Dehnungsmeßstreifen 12 abgewandten Seite, bevorzugt mit der gesamten Seite, in wärmeleitendem Kontakt mit der Probe 2. Durch diesen Kontakt kann eine Wärmeübertragung zwischen der Probe 2 und dem Trägerplättchen 11 stattfinden, so daß beide immer die gleiche Temperatur aufweisen. Dieser Kontakt kann bevorzugt mittels einer geeigneten Wärmeleitpaste gebildet werden.

Die mit der Probe 2 in Kontakt stehende Seite des Trägerplättchens 11 weist bevorzugt eine an die Probe 2 angepaßte Form auf. So ist beispielsweise bei einer Flachprobe diese Seite des Trägerplättchens 11 eben, bei einer Rundprobe ist diese Seite des Trägerplättchens 11 oder auch das gesamte Trägerplättchen 11 entsprechend gekrümmt.

Der Temperaturfühler 10 wird bevorzugt so an der Probe 2 angebracht, daß er durch die Probe 2 selbst gegenüber dem Ausblasrohr 5 abgeschirmt ist, d. h. die Probe 2 liegt zwischen dem Temperaturfühler 10 und dem Ausblasrohr 5. Somit wird verhindert, daß das aus dem Ausblasrohr ausströmende flüssige Helium (wie später noch im Detail beschrieben wird) direkt auf den Temperaturfühler 10 trifft.

An dem Dehnungsmeßstreifen 12 sind teflonisierte Kabel 14, 15 angebracht, die den Dehnungsmeßstreifen 12 mit einer außerhalb der Wirbelkammer 1 vorgesehenen Auswerteeinrichtung 16 verbinden. Die Kontaktstellen (Lötpunkte) der Kabel 14, 15 auf dem Dehnungsmeßstreifen 12 sind mit Silikonkautschuk überzogen, wodurch einerseits ein Schutz gegen mechanische Beschädigung erreicht wird und andererseits die Befestigung der Kabel 14, 15 an dem Dehnungsmeßstreifen 12 verbessert ist.

Bei dem hier verwendeten Dehnungsmeßstreifen 12 handelt es sich um einen herkömmlichen Kryo-Dehnungsmeßstreifen, also einen Dehnungsmeßstreifen, der für tiefe Temperaturen geeignet ist. Dieser Dehnungsmeßstreifen kann z. B. auf Stahl angepaßt sein, d. h., daß dieser Dehnungsmeßstreifen die gleiche temperaturbedingte Längenänderung wie Stahl durchläuft. Da jedoch der Dehnungsmeßstreifen 12 auf dem Trägerplättchen 11 aus Aluminium aufgebracht ist, kann mit ihm die temperaturbedingte Längenänderung des Aluminium- Trägerplättchens 11 erfaßt werden.

Für die Temperaturmessung ist ein hochohmiger Dehnungsmeßstreifen besonders bevorzugt, da dieser bei der Messung selbst möglichst wenig Wärme erzeugt, die nachteilig die Messung oder die Abkühlung der Probe 2 beeinflussen könnte.

Die Auswerteeinrichtung 16 enthält einen Meßabschnitt, der den Widerstand des Dehnungsmeßstreifens 12 mißt. Der Meßabschnitt kann zusammen mit dem Dehnungsmeßstreifen eine Brückenschaltung, insbesondere eine Wheatstonesche Brückenschaltung bilden. Ferner enthält die Auswerteeinrichtung 16 einen Vergleichsabschnitt, der den durch den Meßabschnitt gemessenen Widerstand mit einem vorbestimmten Wert vergleicht, und einen Ausgabeabschnitt, der, wenn der Vergleichsabschnitt eine Übereinstimmung ermittelt, ein vorbestimmtes Signal ausgibt.

Ferner ist an der Probe 2 noch ein weiterer Dehnungsmeßstreifen 17 angebracht, wobei dieser Dehnungsmeßstreifen 17 nicht auf einem Trägerplättchen, sondern direkt an der Probe 2 befestigt ist und die Längenänderung der Probe 2 bei der durchzuführenden Festigkeitsprüfung mißt. Dieser weitere Dehnungsmeßstreifen 17 ist bevorzugt mit einem warmaushärtenden Epoxidkleber an der Probe 2 befestigt und ist über Kabel 18, 19 mit der Auswerteeinrichtung 16 verbunden, die auch den Widerstandswert des Dehnungsmeßstreifens 17 (z. B. mittels einer Brückenschaltung) messen und auswerten kann. Die Kontaktierung der Kabel 18, 19 an dem weiteren Dehnungsmeßstreifen 17 kann in gleicher Art und Weise wie bei dem Dehnungsmeßstreifen 12 durchgeführt werden.

Ein Zugversuch mit der in der Figur gezeigten Vorrichtung zur Bestimmung von Festigkeitswerten der Probe 2 wird wie folgt durchgeführt:

Zuerst wird, wenn dies noch nicht erfolgt ist, der Widerstand des Dehnungsmeßstreifens 12 bei der vorbestimmten Temperatur (hier die Temperatur von flüssigem Helium) dadurch bestimmt, daß der Temperaturfühler 10, bevor er an der Probe 2 befestigt wird, in flüssiges Helium, bevorzugt in das im Behälter 7, eingetaucht und dann der Widerstand gemessen wird.

Dann wird der Temperaturfühler 10 mittels der Wärmeleitpaste an der Probe 2 befestigt, wobei der Temperaturfühler 10 auch noch durch ein Klebeband, das um den an der Probe 2 befestigten Temperaturfühler 10 und die Probe 2 gewickelt wird, zusätzlich fixiert werden kann. Das Klebeband dient dabei auch zum thermischen Isolieren des Dehnungsmeßstreifens.

Danach wird der weitere Dehnungsmeßstreifen 17 an der Probe 2 befestigt. Es ist natürlich auch möglich, zuerst den weiteren Dehnungsmeßstreifen 17 und dann den Temperaturfühler 10 an der Probe 2 zu befestigen.

Danach wird die Probe 2 mit den Einspannteilen 3 und 4 eingespannt und in der Wirbelkammer 1 angeordnet.

Dann wird das Absperrventil 8 geöffnet, so daß aufgrund des Überdrucks im Behälter 7 das flüssige Helium über die superisolierte Transferleitung 6 zum Ausblasrohr 5 strömt und dort durch die Querbohrungen 9 als Kühlmittelstrahlen austritt und auf die Probe 2 trifft. Da die Probe 2 eine höhere Temperatur (am Anfang Zimmertemperatur) als das flüssige Helium aufweist, verdampft das flüssige Helium an der Probe und entzieht der Probe 2 Wärme. Das dabei gebildete Heliumgas verbleibt zum großen Teil (in Abhängigkeit von der Dichtheit der Wirbelkammer 1) in der Wirbelkammer 1 und umströmt weiterhin die Probe 2 und auch die Einspannteile 3, 4, so daß einerseits die Probe 2 effektiv abgekühlt wird und andererseits auch die Einspannteile 3, 4 zumindest durch das gasförmige Helium abgekühlt werden, wenn sie nicht direkt mit dem flüssigen Helium beaufschlagt werden. Durch diesen Vorgang wird die Probe 2 kontinuierlich abgekühlt bis sie die Temperatur des flüssigen Heliums aufweist. Da das Trägerplättchen 11 wärmeleitend mit der Probe 2 kontaktiert ist, wird das Trägerplättchen 11 immer die Temperatur der Probe 2 aufweisen und ändert seine Länge aufgrund der Temperaturänderung. Diese Längenänderung wird über den Dehnungsmeßstreifen 12 und die Auswerteeinrichtung 16 erfaßt und ausgewertet. Wenn die Temperatur der Probe 2 und somit die Temperatur des Trägerplättchens 11 der Temperatur des flüssigen Heliums entspricht, wird in dem Vergleichsabschnitt der Auswerteeinrichtung 16 die Übereinstimmung zwischen dem gemessenen Widerstand des Dehnungsmeßstreifens und dem vorbestimmten Vergleichswert festgestellt und der Ausgabeabschnitt gibt als Reaktion darauf das vorbestimmte Signal aus, das anzeigt, daß die Probe 2 die vorbestimmte Temperatur erreicht hat.

Gleichzeitig wird auch der Widerstand des Dehnungsmeßstreifens 17 gemessen und ausgewertet, der sich während des Abkühlens der Probe 2 kontinuierlich ändert. Sobald die Probe 2 die Temperatur des flüssigen Heliums erreicht hat und sich die Proben-Temperatur nicht mehr ändert, ändert sich der Widerstandswert des Dehnungsmeßstreifens 17 auch nicht mehr. Besonders vorteilhaft ist es, wenn man zur Kontrolle den Volumenstrom des Kühlmittels variiert und kontrolliert, ob sich der Widerstandswert des Dehnungsmeßstreifens auch dabei nicht ändert. In dieser Art und Weise kann der Dehnungsmeßstreifen 17 beim Abkühlen auch zum Feststellen der vorbestimmten Temperatur eingesetzt werden.

Nachdem durch beide Dehnungsmeßstreifen 12 und 17 festgestellt wurde, daß die Probe 2 die vorbestimmte Temperatur erreicht hat, wird der Zugversuch in bekannter Art und Weise durchgeführt, wobei der Dehnungsmeßstreifen 17 jetzt zur Messung der Längenänderung der Probe 2 während des Zugversuches dient und nicht mehr als Temperaturmeßfühler eingesetzt werden kann. Der Dehnungsmeßstreifen 12 ist, wie oben beschrieben wurde, über das Trägerplättchen 11 an der Probe 2 befestigt und kann somit auch während des Zugversuches als Temperaturfühler eingesetzt werden, da aufgrund der Kontaktierung des Trägerplättchens 11 mittels der Wärmeleitpaste die Längenänderung der Probe 2 zu keiner Längenänderung des Trägerplättchens führt, sondern das Trägerplättchen in gewisser Art und Weise auf der Probe 2 gleitet. Somit kann der Temperaturfühler 10 auch während des Zugversuches dazu eingesetzt werden festzustellen, ob die Probe 2 noch die vorbestimmte Temperatur aufweist.

Nach dem Ende des Zugversuches wird das Absperrventil 8 geschlossen, so daß keine weitere Kühlung erfolgt. Danach wird die Probe 2 ausgebaut und ggf. noch untersucht.

Besonders vorteilhaft bei diesem Verfahren ist es, daß man nicht in einem Bad aus flüssigem Helium arbeiten muß, sondern daß nur die Probe 2 selbst und die Einspannteile 3 und 4 gekühlt werden müssen. Dies führt dazu, daß die Zeit vom Einbau des Werkstücks 2 in die Wirbelkammer 1 bis zum Beginn des Zugversuches gegenüber einer Vorrichtung, bei der das Werkstück in einem Bad aus flüssigem Helium ist, deutlich verkürzt werden kann.

Die Verwendung von flüssigem Helium ist besonders vorteilhaft, da dieses relativ leicht handhabbar ist und eine schnelle Abkühlung der Probe 2 aufgrund des hohen Wärmeübergangs zwischen dem flüssigen Helium und der Probe 2 erreicht werden kann. Es kann jedoch auch jede andere Flüssigkeit mit geeigneter Temperatur verwendet werden, wie z. B. flüssiger Wasserstoff, flüssiger Sauerstoff oder flüssiger Stickstoff.

Es können auch Gase mit gewünschter Temperatur verwendet werden, wobei dabei jedoch die Kühlleistung geringer als bei Flüssigkeiten sein kann.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Feststellen, ob eine Probe (2) eine vorbestimmte Temperatur, insbesondere eine tiefe Temperatur, aufweist, wobei ein Dehnungsmeßstreifen (12) auf einem Trägerplättchen (11) zur Messung einer Längenänderung des Trägerplättchens (11) befestigt ist, das Trägerplättchen (11) in wärmeleitenden Kontakt mit der Probe (2) gebracht wird, der Widerstandswert des Dehnungsmeßstreifens (12) gemessen und festgestellt wird, ob der gemessene Widerstandswert des Dehnungsmeßstreifens (12) mit einem Referenzwiderstandswert übereinstimmt, den der Dehnungsmeßstreifen (12) aufweist, wenn die Temperatur des Trägerplättchens (11) der vorbestimmten Temperatur entspricht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Referenzwiderstandswert dadurch ermittelt wird, daß das Trägerplättchen (11) mit dem Dehnungsmeßstreifen (12) vor dem Inkontaktbringen mit der Probe (2) auf die vorbestimmte Temperatur gebracht wird und daß dann der Widerstandswert des Dehnungsmeßstreifens (12) gemessen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Trägerplättchen (11) mit einem Reibsitz an der Probe (2) angebracht wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Trägerplättchen (11) mit seiner dem Dehnungsmeßstreifen (12) abgewandten Seiten in wärmeleitenden Kontakt mit der Probe (2) gebracht wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zum Erreichen des wärmeleitenden Kontakts das Trägerplättchen (11) mittels einer Wärmeleitpaste in Kontakt mit der Probe (2) gebracht wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Dehnungsmeßstreifen (12) mittels warmaushärtendem Epoxidkleber auf dem Trägerplättchen (11) befestigt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Widerstand des Dehnungsmeßstreifens (12) durch eine Brückenschaltung, insbesondere eine Wheatstonesche Brückenschaltung gemessen wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein weiterer Dehnungsmeßstreifen (17) direkt an der Probe (2) befestigt wird, der Widerstandswert des weiteren Dehnungsmeßstreifens (17) laufend während eines Abkühlens der Probe (2) auf die vorbestimmte Temperatur gemessen und festgestellt wird, ob sich der gemessene Widerstandswert des weiteren Dehnungsmeßstreifens (17) über eine vorbestimmte Zeitdauer nicht ändert.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der weitere Dehnungsmeßstreifen (17) mittels warmaushärtendem Epoxidkleber an der Probe (2) befestigt wird.
  10. 10. Vorrichtung zum Feststellen, ob eine Probe (2) eine vorbestimmte Temperatur, insbesondere eine tiefe Temperatur, aufweist, mit einem Temperaturfühler (10), der ein Trägerplättchen (11), das in wärmeleitenden Kontakt mit der Probe (2) gebracht wird, und einen darauf befestigten Dehnungsmeßstreifen (12) zur Messung einer Längenänderung des Trägerplättchens (11) umfaßt, und mit einer mit dem Temperaturfühler (10) verbundenen Auswertevorrichtung (16), die eine Aufnahmeschaltung zum Messen des Widerstandswertes des Dehnungsmeßstreifens (12) und eine Einrichtung zum Feststellen, ob der gemessene Widerstandswert des Dehnungsmeßstreifens (12) mit einem Referenzwiderstandswert übereinstimmt, den der Dehnungsmeßstreifen (12) aufweist, wenn die Temperatur des Trägerplättchens (11) der vorbestimmten Temperatur entspricht, aufweist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungsmeßstreifen (12) auf seiner dem Trägerplättchen (11) abgewandten Seite mit einer thermisch isolierenden Abdeckung versehen ist.






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