DE10063264C2 - Method and device for determining whether a sample has a predetermined temperature, in particular a low temperature - Google Patents

Method and device for determining whether a sample has a predetermined temperature, in particular a low temperature

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DE10063264C2 DE2000163264 DE10063264A DE10063264C2 DE 10063264 C2 DE10063264 C2 DE 10063264C2 DE 2000163264 DE2000163264 DE 2000163264 DE 10063264 A DE10063264 A DE 10063264A DE 10063264 C2 DE10063264 C2 DE 10063264C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen, ob eine Probe eine vorbestimmte Temperatur, insbesondere eine tiefe Temperatur, aufweist.The invention relates to a method and an apparatus for determining whether a Sample has a predetermined temperature, in particular a low temperature.

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.For example, determining whether a sample has a predetermined temperature needed to investigate material properties at low temperatures To be able to determine the point in time from which the examinations can begin. Such material examinations are particularly necessary for materials for space travel, since these materials are exposed to these low temperatures in practical use.

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.Examinations at low temperatures are conventionally carried out in bath or Evaporator cryostats carried out, preferably liquid helium used as a coolant becomes. For example, a temperature measurement is used for these cryostats Resistance thermometer used with a platinum resistance sensor. Such one Resistance thermometers, however, have a relatively complicated structure to measure the depth To be able to measure temperatures. This leads to complex handling and one short life of the resistance thermometer, especially if it is strong more often Is exposed to temperature fluctuations. Furthermore, such resistance thermometers are very expensive to buy.

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. DE 26 30 475 B2 describes a method for attaching miniaturized High-temperature free-grid strain gauges at one measuring point of a sample, at the still with measuring strips provided with measuring strips attached to long connection tapes and then the Grid with the open grille side down on a porous surface with easily removable Glue is glued on and embedded in it. The carrier films are then from the embedded grid removed and then the adhesive is released with chemical means. The exposed grid is connected to the corresponding one using the extra-long connecting strips a measuring point provided with an insulation layer and fastened with a cement solution.  

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.US 4,104,605 shows a strain gauge that must be formed directly on the sample. For this purpose, a first film made of an insulating high-temperature material is placed on a Deposited substrate surface. On the top of the first film there will be a strain-sensitive layer deposited and structured, the thus formed Strain measuring element can then preferably be covered with a protective layer.

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 temperatur­ abhängigen elektrischen Leitfähigkeit zusammengesetzt sind.DE 198 20 005 A1 writes a flat temperature sensor that consists of several tracks consists of a series of structural elements with a temperature dependent electrical conductivity are composed.

In der DE 31 32 267 C2 wird eine Temperaturkompensationsanordnung an einer Wägezelle mit Dehnungsmeßstreifen beschrieben, bei der der Aufwand an der Wägezelle, die Temperatur­ schwankungen unterliegt, möglichst gering ist und mit der sowohl Nullpunktsfehler als auch der Fehler der Empfindlichkeit ausgeglichen werden kann.DE 31 32 267 C2 describes a temperature compensation arrangement on a load cell Strain gauges described in which the effort on the load cell, the temperature is subject to fluctuations, is as small as possible and with which both the zero point error and the Errors in sensitivity can be compensated for.

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.Based on this, it is an object of the invention, a method and an apparatus with which it is possible to determine reliably in a simple manner whether a sample has a predetermined temperature, in particular a low temperature.

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.This object is achieved according to the invention by a method for determining whether a sample is a predetermined temperature, in particular a low temperature, solved, at which a Carrier plate, on which a strain gauge is attached, in thermally conductive contact with the sample is brought, the resistance of the strain gauge measured and with a  the predetermined temperature corresponding comparison value is compared and determined is whether the measured resistance value of the strain gauge with a Reference resistance value that the strain gauge has if the Carrier plate is at the predetermined temperature. With this procedure the temperature-related change in length of the carrier plate, which is in heat-conducting contact with of the sample and thus has the same temperature as the sample above which Strain gauges measured. Such strain gauges, especially for low temperatures are suitable, are inexpensive and reliable components, so that the process is reliable overall and can be carried out in a simple manner can. Because the temperature of the sample itself is measured and not the temperature in the immediate vicinity of the sample, can also quickly and reliably reach the predetermined temperature can be determined when the sample cools.

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.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the Reference resistance value determined in that the carrier plate with the stretch marks is brought to the predetermined temperature before contacting the sample and that the resistance of the strain gauge is measured. Through these steps the reference resistance value can be easily and easily determined.

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.In an advantageous further development, the method according to the invention can furthermore Carrier plate with its side facing away from the strain gauge in heat-conducting Be brought into contact with the sample. As a result, the carrier plate always has exactly that Temperature of the sample on, thereby reaching the predetermined temperature safely and can be determined exactly.

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. The method according to the invention can be developed particularly advantageously by that the contacting of the carrier plate on the sample takes place by means of a friction fit. The The friction seat is preferably designed so that when the sample is in a vertical position, this is on the side on the sample contacted carrier plates with strain gauges due to gravity not moved down relative to the sample. Rather, the friction seat serves to ensure that a Dimensional change of the sample, as z. B. in a tensile or tensile test on the Sample occurs, does not lead to a change in size of the carrier plate, as this the change in dimension of the sample slides on the sample. But also when cooling down Dimensional changes of the sample caused by the sample are not applied to the carrier plate transferred so that you always only the temperature-related change in length of the Carrier plate measures, whereby a safe and accurate determination of the predetermined Temperature is reached.  

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.This friction or sliding fit can be particularly advantageously between by a thermal paste Carrier plate and sample can be realized. On the one hand, the thermal paste is a very bad thing good heat-conducting contact for sure. On the other hand, the sliding contact of the Carrier plate guaranteed on the sample.

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.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the Strain gauges using a heat-curing two-component epoxy resin adhesive attached to the carrier plate. This will permanently fix the Strain gauge ensures on the support plate, causing any change in length of the carrier plate exactly through the strain gauge in a variety of Try can be captured.

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.Another advantageous embodiment of the method according to the invention is that the resistance of the strain gauge through a bridge circuit, especially one Wheatstone bridge circuit is measured. By this measuring method is a simple and accurate measurement of the resistance of the strain gauge and thus also a reliable determination of whether the sample has the predetermined temperature is possible.

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.The method according to the invention can be developed particularly advantageously in this way be that another strain gauge is attached directly to the sample, the Resistance of the further strain gauge continuously during cooling of the sample is measured and determined whether the measured resistance further Strain gauge no longer changes over a predetermined period of time. With this Another strain gauge is a simple determination of the predetermined temperature possible because no calibration is necessary. It is only measured when the length the sample and thus also the length of the additional strain gauge when cooling more changes. If this is the case, it can be assumed that the sample is on the predetermined temperature has cooled.

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.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, this is further Strain gauges using a heat-curing two-component epoxy resin adhesive attached to the sample. This can be used to measure this strain gauge after the sample has reached predetermined temperature, also as a strain gauge for measuring the Length change of the sample during an attempt to determine Material properties (e.g. tensile test) are used at the predetermined temperature.

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.The inventive device for determining whether a sample is a predetermined Temperature, in particular a low temperature, comprises a temperature sensor, the has a carrier plate and a strain gauge attached thereon, and one with  the temperature sensor connected evaluation device that a recording circuit for Measuring the resistance value of the strain gauge and a device for Determine whether the measured resistance value of the strain gauge with a Reference resistance value that the strain gauge has when the Temperature of the carrier plate corresponds to the predetermined temperature. With this device, it is possible to determine in a simple manner when the sample is Has predetermined temperature, the temperature sensor from inexpensive and reliable components.

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.An advantageous embodiment of the device according to the invention is that the Strain gauge is provided with a thermally insulating cover. So that will ensures that the strain gauge is not at a different temperature than that of the Carrier plate is brought, whereby the predetermined sample temperature is reliably determined can be. This cover can preferably be developed so that the areas and sides of the support plate are covered and thereby thermally insulated, which at Determining the predetermined sample temperature is not in heat-conducting contact with the Stand sample. This influences the environment when determining the predetermined Sample temperature excluded, so that the predetermined and safe Sample temperature can be recognized.

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.The device according to the invention can advantageously be developed in that the Carrier platelet is formed from a material that the greatest possible change in length Shows temperatures in the range of the predetermined temperature. This material can be metal such as aluminum or an aluminum alloy. This will make it Finding the predetermined sample temperature easier because the signal change in the range the predetermined temperature is relatively large.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Zeichnung im Prinzip beispielhalber noch näher erläutert.The invention is based on the single drawing in principle for the sake of example explained in more detail.

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.In the figure, a device for determining the strength values of materials at low temperatures is shown schematically. The device comprises a swirl chamber 1 , in which the sample 2 to be examined, which is here rod-shaped and is clamped with its two ends by two clamping parts 3 and 4 , is arranged. Furthermore, a blow-out pipe 5 is provided in the swirl chamber 1 , which is preferably positioned essentially parallel to the sample 2 and has at least the length of the sample 2 . The blow-out pipe 5 is connected via a super-insulated transfer line 6 to a container 7 arranged outside the swirl chamber 1 . The container 7 contains liquid helium with a slight excess pressure of, for example, 0.7 bar. The transfer line 6 also has a shut-off valve 8 with which the connection between the blow-out pipe 5 and the container 7 can be interrupted.

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.The blow-out pipe 5 is formed from brass in this embodiment and has a plurality of spaced-apart transverse bores 9 which face the clamped sample 2 .

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.A temperature sensor 10 is attached to the sample 2 , which has a support plate 11 made of aluminum and a strain gauge 12 fastened thereon. In order to ensure a permanent connection between the strain gauge 12 and the carrier plate 11 , the strain gauge 12 is attached to the carrier plate 11 with a thermosetting epoxy adhesive. The temperature sensor 10 preferably also has a thermally insulating cover 13 with which the side of the strain gauge 12 facing away from the carrier plate 11 is covered.

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.With its side facing away from the strain gauge 12 , preferably with the entire side, the carrier plate 11 is in heat-conducting contact with the sample 2 . This contact can result in heat transfer between the sample 2 and the carrier plate 11 , so that both are always at the same temperature. This contact can preferably be formed by means of a suitable thermal paste.

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.The side of the carrier plate 11 in contact with the sample 2 preferably has a shape adapted to the sample 2 . For example, in the case of a flat sample, this side of the carrier plate 11 is flat; in the case of a round sample, this side of the carrier plate 11 or the entire carrier plate 11 is curved accordingly.

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.The temperature sensor 10 is preferably attached to the sample 2 in such a way that it is shielded from the blow-out tube 5 by the sample 2 itself, ie the sample 2 lies between the temperature sensor 10 and the blow-out tube 5 . This prevents the liquid helium flowing out of the blow-out pipe (as will be described in detail later) from hitting the temperature sensor 10 directly.

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. Are attached to the strain gauge 12 Teflon-coated wire 14, 15 mounted, which connect the strain gauge 12 with an opening provided outside the vortex chamber 1 evaluation sixteenth The contact points (solder points) of the cables 14 , 15 on the strain gauge 12 are covered with silicone rubber, which on the one hand provides protection against mechanical damage and on the other hand improves the attachment of the cables 14 , 15 to the strain gauge 12 .

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.The strain gauge 12 used here is a conventional cryogenic strain gauge, that is, a strain gauge that is suitable for low temperatures. This strain gauge can, for. B. be adapted to steel, ie that this strain gauge goes through the same temperature-related change in length as steel. However, since the strain gauge 12 is provided on the support plate 11 made of aluminum, can be detected 11 with it the temperature-induced change in length of the aluminum support plate.

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.A high-resistance strain gauge is particularly preferred for the temperature measurement, since it generates as little heat as possible during the measurement, which could adversely affect the measurement or cooling of the sample 2 .

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.The evaluation device 16 contains a measuring section which measures the resistance of the strain gauge 12 . The measuring section together with the strain gauge can form a bridge circuit, in particular a Wheatstone bridge circuit. Furthermore, the evaluation device 16 contains a comparison section which compares the resistance measured by the measuring section with a predetermined value, and an output section which, when the comparison section determines a match, outputs a predetermined signal.

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.Furthermore, a further strain gauge 17 is attached to the sample 2 , this strain gauge 17 not being attached to a carrier plate, but rather directly to the sample 2 and measuring the change in length of the sample 2 during the strength test to be carried out. This further strain gauge 17 is preferably attached to the sample 2 with a thermosetting epoxy adhesive and is connected via cables 18 , 19 to the evaluation device 16 , which can also measure and evaluate the resistance value of the strain gauge 17 (e.g. by means of a bridge circuit). The contacting of the cables 18 , 19 on the further strain gauge 17 can be carried out in the same manner as with the strain gauge 12 .

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.
A tensile test with the device shown in the figure for determining strength values of sample 2 is carried out as follows:
First, if this has not already been done, the resistance of the strain gauge 12 at the predetermined temperature (here the temperature of liquid helium) is determined by the temperature sensor 10 , before being attached to the sample 2 , in liquid helium, preferably in which is immersed in the container 7 , and then the resistance is measured.

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.Then the temperature sensor 10 is attached to the sample 2 by means of the heat-conducting paste, wherein the temperature sensor 10 can also be additionally fixed by an adhesive tape which is wrapped around the temperature sensor 10 attached to the sample 2 and the sample 2 . The adhesive tape also serves to thermally isolate the strain gauge.

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.Then the further strain gauge 17 is attached to the sample 2 . It is of course also possible to first attach the further strain gauge 17 and then the temperature sensor 10 to the sample 2 .

Danach wird die Probe 2 mit den Einspannteilen 3 und 4 eingespannt und in der Wirbelkammer 1 angeordnet.Then the sample 2 is clamped with the clamping parts 3 and 4 and arranged in the swirl chamber 1 .

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.Then the shut-off valve 8 is opened so that, due to the excess pressure in the container 7, the liquid helium flows via the super-insulated transfer line 6 to the blow-out pipe 5 and exits there through the transverse bores 9 as coolant jets and strikes the sample 2 . Since sample 2 is at a higher temperature (initially room temperature) than the liquid helium, the liquid helium evaporates on the sample and extracts heat from sample 2 . The helium gas formed thereby remains for the most part (depending on the tightness of the swirl chamber 1 ) in the swirl chamber 1 and continues to flow around the sample 2 and also the clamping parts 3 , 4 , so that on the one hand the sample 2 is effectively cooled and on the other hand the clamping parts 3 , 4 are cooled at least by the gaseous helium if they are not directly exposed to the liquid helium. Through this process, the sample 2 is continuously cooled until it has the temperature of the liquid helium. Since the carrier plate 11 is in heat-conductive contact with the sample 2 , the carrier plate 11 will always have the temperature of the sample 2 and change its length due to the change in temperature. This change in length is detected and evaluated via the strain gauge 12 and the evaluation device 16 . If the temperature of the sample 2 and thus the temperature of the carrier plate 11 corresponds to the temperature of the liquid helium, the correspondence between the measured resistance of the strain gauge and the predetermined comparison value is determined in the comparison section of the evaluation device 16 , and the output section gives the predetermined signal in response indicating that the sample 2 has reached the predetermined temperature.

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.At the same time, the resistance of the strain gauge 17 is measured and evaluated, which changes continuously during the cooling of the sample 2 . As soon as the sample 2 has reached the temperature of the liquid helium and the sample temperature no longer changes, the resistance value of the strain gauge 17 also no longer changes. It is particularly advantageous if the volume flow of the coolant is varied as a check and whether the resistance value of the strain gauge does not change either. In this way, the strain gauge 17 can also be used to determine the predetermined temperature during cooling.

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.After it has been determined by both strain gauges 12 and 17 that the sample 2 has reached the predetermined temperature, the tensile test is carried out in a known manner, the strain gauge 17 now being used to measure the change in length of the sample 2 during the tensile test and not more than Temperature sensor can be used. The strain gauge 12 is, as described above, attached to the sample 2 via the support plate 11 and can thus also be used as a temperature sensor during the tensile test, since the change in length of the sample 2 does not change the length of the sample 2 due to the contacting of the support plate 11 by means of the thermal paste Carrier plate leads, but slides the carrier plate in a certain way on the sample 2 . Thus, the temperature sensor 10 can also be used during the tensile test to determine whether the sample 2 is still at the predetermined temperature.

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.After the end of the tensile test, the shut-off valve 8 is closed so that no further cooling takes place. Then sample 2 is removed and, if necessary, still examined.

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.It is particularly advantageous in this method that one does not have to work in a bath of liquid helium, but that only the sample 2 itself and the clamping parts 3 and 4 have to be cooled. This means that the time from installing the workpiece 2 in the swirl chamber 1 to the start of the tensile test can be significantly reduced compared to a device in which the workpiece is in a bath of liquid helium.

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.The use of liquid helium is particularly advantageous because it is relatively easy to handle and rapid cooling of the sample 2 can be achieved due to the high heat transfer between the liquid helium and the sample 2 . However, any other suitable temperature liquid can be used, such as. B. liquid hydrogen, liquid oxygen or liquid nitrogen.

Es können auch Gase mit gewünschter Temperatur verwendet werden, wobei dabei jedoch die Kühlleistung geringer als bei Flüssigkeiten sein kann.Gases of the desired temperature can also be used, but the Cooling capacity can be lower than with liquids.

Claims (11)

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.1. A method for determining whether a sample ( 2 ) has a predetermined temperature, in particular a low temperature, wherein a strain gauge ( 12 ) is attached to a support plate ( 11 ) for measuring a change in length of the support plate ( 11 ), the support plate ( 11 ) is brought into heat-conducting contact with the sample ( 2 ), the resistance value of the strain gauge ( 12 ) is measured and it is determined whether the measured resistance value of the strain gauge ( 12 ) corresponds to a reference resistance value which the strain gauge ( 12 ) has if the Temperature of the carrier plate ( 11 ) corresponds to the predetermined temperature. 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.2. The method according to claim 1, wherein the reference resistance value is determined in that the carrier plate ( 11 ) with the strain gauge ( 12 ) is brought to the predetermined temperature before contacting the sample ( 2 ) and then the resistance value of the strain gauge ( 12 ) is measured. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Trägerplättchen (11) mit einem Reibsitz an der Probe (2) angebracht wird.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the carrier plate ( 11 ) is attached to the sample ( 2 ) with a friction fit. 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.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the carrier plate ( 11 ) with its side facing away from the strain gauge ( 12 ) is brought into heat-conducting contact with the sample ( 2 ). 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.5. The method according to any one of claims 1 to 4, in which the carrier plate ( 11 ) is brought into contact with the sample ( 2 ) by means of a thermal paste in order to achieve the heat-conducting contact. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Dehnungsmeßstreifen (12) mittels warmaushärtendem Epoxidkleber auf dem Trägerplättchen (11) befestigt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, in which the strain gauge ( 12 ) is attached to the carrier plate ( 11 ) by means of thermosetting epoxy adhesive. 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.7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the resistance of the strain gauge ( 12 ) is measured by a bridge circuit, in particular a Wheatstone bridge circuit. 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.8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein a further strain gauge ( 17 ) is attached directly to the sample ( 2 ), the resistance value of the further strain gauge ( 17 ) continuously while cooling the sample ( 2 ) to the predetermined temperature it is measured and ascertained whether the measured resistance value of the further strain gauge ( 17 ) does not change over a predetermined period of time. 9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der weitere Dehnungsmeßstreifen (17) mittels warmaushärtendem Epoxidkleber an der Probe (2) befestigt wird.9. The method according to claim 8, wherein the further strain gauge ( 17 ) is attached to the sample ( 2 ) by means of thermosetting epoxy adhesive. 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.10. Device for determining whether a sample ( 2 ) has a predetermined temperature, in particular a low temperature, with a temperature sensor ( 10 ) which has a carrier plate ( 11 ) which is brought into heat-conducting contact with the sample ( 2 ), and a strain gauge ( 12 ) mounted thereon for measuring a change in length of the carrier plate ( 11 ), and with an evaluation device ( 16 ) connected to the temperature sensor ( 10 ), which has a recording circuit for measuring the resistance value of the strain gauge ( 12 ) and a device for Determine whether the measured resistance value of the strain gauge ( 12 ) matches a reference resistance value that the strain gauge ( 12 ) has when the temperature of the carrier plate ( 11 ) corresponds to the predetermined temperature. 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.11. The device according to claim 10, characterized in that the strain gauge ( 12 ) is provided on its side facing away from the carrier plate ( 11 ) with a thermally insulating cover.
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