DE202015103466U1 - Versuchsgerät zur Untersuchung der Wärmeübertragung durch Strahlung - Google Patents

Versuchsgerät zur Untersuchung der Wärmeübertragung durch Strahlung Download PDF

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Abstract

Versuchsgerät zur Untersuchung der Wärmeübertragung durch Strahlung umfassend – mindestens einen scheibenförmigen Probenkörper (4), – einer Glühlampe (2), – einer Fokussiereinrichtung (3), die die Strahlung der Glühlampe (2) auf die eine Seite des scheibenförmigen Probenkörpers (4) fokussiert, – mindestens einer Temperaturmessstelle (7), welche die Temperatur des scheibenförmigen Probenkörpers (4) erfasst, – einem elektrischen Strahlungssensor (9), der auf die andere Seite des scheibenförmigen Probenkörpers (4) ausgerichtet ist und die von diesem abgegebene Strahlung erfasst, – einer elektrischen Spannungsversorgung (39), die mit der Glühbirne (2) verbunden ist und dieser eine elektrische Spannung zuführt, – mindestens einer elektrischen Auswerteeinrichtung (8), die mit den Temperaturmessstellen (7) und dem elektrischen Strahlungssensor (9) verbunden ist und die so ausgebildet ist, dass sie die von den Temperaturmessstellen (7) erfasste Temperatur und die vom elektrischen Strahlungssensor (9) erfasste Strahlung ermittelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Versuchsgerät zur Untersuchung der Wärmeübertragung durch Strahlung.
  • Versuchsgeräte der vorstehenden Art kommen in der technischen Ausbildung an beruflichen Schulen, Fachhochschulen und Universitäten zum Einsatz. Sie dienen dazu, dem Schüler, Studenten oder sonstigen Lernenden die Eigenschaften der Wärmestrahlung und den Wärmeübertragungsmechanismus der Wärmeübertragung durch Strahlung näher zu bringen.
  • Unter Wärmestrahlung (Strahlung) versteht man die Wärmeübertragung durch elektromagnetische Strahlung vorwiegend im infraroten Spektralbereich. Jeder Körper emittiert und absorbiert Strahlung an seiner Oberfläche. Die Oberflächentemperatur bestimmt dabei wesentlich die emittierte Strahlung. Über den Mechanismus der Strahlung wird Wärme zwischen Oberflächen ausgetauscht. Der Wärmetransport durch Strahlung ist nicht an das vorhanden sein von Materie zwischen den Oberflächen der Körper gebunden.
  • Bekannte Geräte zur Untersuchung der Wärmestrahlung weisen eine beheizte Oberfläche und eine Thermosäule auf. Die Thermosäule ist ein Messgerät, welches die Intensität der eintreffenden Strahlung misst. Durch Variation von Oberflächenbeschaffenheit, Oberflächentemperatur, Distanz und Ausrichtung von beheizter Oberfläche zur Thermosäule werden Lerninhalte vermittelt.
  • Im Versuch werden verschiedene Messgrößen aufgenommen. Diese sind:
    • • T1 Temperatur der ersten Probe
    • • T2 Temperatur der zweiten Probe (optional – nur bei einem Versuch)
    • • I Intensität der Strahlung
  • Im Mittelpunkt stehen die beiden Formeln:
  • 1. Stefan-Boltzmann-Gesetz:
    • Q . = σ·A·ε·(T1 4 – T2 4)
      Q .
      Strahlungsleistung
      σ
      Stefan-Boltzmann-Konstante
      ε
      Emissionsgrad
      A
      Wärmeabstrahlende Oberfläche
      T1
      Temperatur der Probe in Kelvin
      T2
      Umgebungstemperatur in Kelvin
  • Im Versuch wird zunächst die Proportionalität von T1 4 ~ I nachgewiesen. Die Emissionskoeffizienten können mit den austauschbaren Proben verändert werden. Das Stefan-Boltzmann-Gesetz wird dadurch bestätigt. Mit ihnen verändert sich die Intensität der Strahlung. Weiterhin kann die Temperaturabhängigkeit der Emissionskoeffizienten gezeigt werden.
  • 2. Lambertsches Entfernungsgesetz:
    • I ~ Q ./L 2
      Q .
      Strahlungsleistung
      I
      Strahlungsintensität
      L
      Abstand
  • Der Versuch zeigt die quadratische Abnahme der Strahlungsintensität mit zunehmendem Abstand.
  • 3. Kirchhoffsches Gesetz:
    • εabs = εemi
  • Mit Hilfe der zweiten Probe und der Temperaturmessung wird gezeigt, dass die Koeffizienten von Emission und Absorption gleich sind (allgemein nur Emissionskoeffizient genannt).
  • Bisherige Versuchsgeräte behandeln neben der Wärmestrahlung auch sichtbares Licht. Das Versuchsgerät WL362 der GUNT Gerätebau GmbH enthält einen schwarzen Strahler mit Thermosäule zur Untersuchung der Wärmestrahlung, eine Lichtquelle mit Luxmeter für Messungen der Beleuchtungsstärke und Absorptionsplatten mit Thermoelementen zur Untersuchung der Kirchhoff’schen Gesetze. Strahlungs- bzw. Lichtintensität sind einstellbar. Farbfilter und Blenden erweitern das Versuchsspektrum. Die Komponenten sind auf einem Rahmen fixierbar. Die Messwerte werden digital am Messverstärker angezeigt. Sie können gleichzeitig über USB direkt auf einen PC übertragen und dort mit Hilfe der mitgelieferten Software ausgewertet werden.
  • Bei den bekannten Versuchsgeräten geschieht das Aufheizen der Oberfläche des Strahlers elektrisch. Bei dem Versuchsgerät TXC/RC der Firma Edibon wird Licht zum Aufheizen eines Strahlers verwendet. Hierbei fällt ein Teil der Strahlung eines größeren Halogenstrahlers auf einen Probenkörper, um diesen aufzuheizen.
  • Die bisherigen Versuchsgeräte zur Untersuchung der Wärmeübertragung durch Strahlung reagieren sehr träge beim Aufheizen und Abkühlen. Deshalb vergeht wertvolle Unterrichtszeit bis der stationäre Zustand erreicht ist und die Messwerte erfasst werden können.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Versuchsgerät zur Untersuchung der Wärmeübertragung durch Strahlung zu schaffen, das schneller für die Versuchsdurchführung vorbereitet werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch ein Versuchsgerät mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Versuchsgerätes sind in Unteransprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Versuchsgerät zur Untersuchung der Wärmeübertragung durch Strahlung umfasst
    • – mindestens einen scheibenförmigen Probenkörper,
    • – eine Glühlampe,
    • – eine Fokussiereinrichtung, die die Strahlung der Glühlampe auf die eine Seite des scheibenförmigen Probenkörpers fokussiert,
    • – eine Temperaturmessstelle, welche die Temperatur des scheibenförmigen Probenkörpers erfasst,
    • – einen elektrischen Strahlungssensor, der auf die andere Seite des scheibenförmigen Probenkörpers ausgerichtet ist und die von diesem abgegebene Strahlung erfasst,
    • – eine elektrische Spannungsversorgung, die mit der elektrischen Strahlungsquelle verbunden ist und dieser eine elektrische Spannung zuführt, und
    • – mindestens einer elektrischen Auswerteeinrichtung, die mit der Temperaturmessstelle und dem elektrischen Strahlungssensor verbunden ist, und die so ausgebildet ist, dass sie die von der Temperaturmessstelle erfasste Temperatur und die vom elektrischen Strahlungssensor erfasste Strahlung ermittelt.
  • Das erfindungsgemäße Versuchsgerät ermöglicht eine erhöhte Aufheizrate durch Reduzierung der beheizten Massen. Durch Verwendung des Lichts einer elektrischen Glühbirne ist die Masse des Heizers auf die Glühwendel reduziert. Eine Glühwendel stellt die kleinste beheizte Masse dar, welche derzeit für die Erzeugung der Wärmestrahlung in dem Versuchsgerät sinnvoll ist. Auch der scheibenförmige Probenkörper kann mit geringer Masse ausgeführt werden.
  • Durch die Fokussierung des Lichts auf den Probenkörper wird die gesamte Wärmestrahlung auf den Probenköper übertragen. Der Probenkörper ist als dünne Scheibe ausführbar, so dass er mit verhältnismäßig geringer Strahlungsenergie auf eine gewünschte Temperatur aufheizbar ist und sich eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung an der Oberfläche des Probenkörpers ergibt. Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Versuchsgerät durch Reduzierung der aufzuheizenden Massen und Fokussierung der Strahlung auf den Probenkörper eine wesentliche Verringerung der Zeiten zum Aufheizen und Abkühlen bis zum Erreichen des stationären Zustandes und damit der Vorbereitung der Messungen.
  • Die Temperaturmessstelle ist vorzugsweise ein Thermoelement oder ein anderer Temperatursensor.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem scheibenförmigen Probenkörper und dem elektrischen Strahlungssensor ein weiterer scheibenförmiger Probenkörper angeordnet. Bei diesem Versuchsaufbau kann der Wärmeübergang durch Strahlung zwischen zwei scheibenförmigen Probenkörpern untersucht werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der mindestens eine scheibenförmige Probenkörper in einer Halterung gehalten, die einen Austausch des mindestens einen scheibenförmigen Probekörpers ermöglicht. Hierdurch wird die Untersuchung von scheibenförmigen Probenkörpern ermöglicht, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen und/oder unterschiedliche Abmessungen aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind der scheibenförmige Probenkörper und der weitere scheibenförmige Probenkörper parallel zueinander ausgerichtet und/oder fluchten miteinander.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der scheibenförmige Probenkörper und/oder der weitere scheibenförmige Probenkörper eine vom Rand ausgehend zur Mitte gerichtete Bohrung auf und ist auf einem Stift fixiert. Die Bohrung und der Stift bilden zusammen eine Halterung, die einen leichten Austausch des scheibenförmigen Probenkörpers ermöglicht. Zudem werden durch diese spezielle Halterung Wärmeverluste des scheibenförmigen Probenkörpers bzw. des Weiteren scheibenförmigen Probenkörpers und damit Verfälschungen der Messungen verringert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Stift ein Stift bzw. eine Spitze eines Mantelthermoelements. Bei dieser Ausgestaltung wird der Probenkörper mit der Bohrung auf dem Mantelthermoelement gehalten. Durch den geringen Querschnitt des Stiftes und den Mantel aus Edelstahl oder einem anderen gut leitenden Material ist die abgeführte Wärme vernachlässigbar. Bei hoher Wärmeleitfähigkeit des Probenkörpers ergibt sich eine einheitliche Temperaturverteilung, so dass die Temperatur der Oberfläche genau gemessen werden kann. Geringe Abmessungen des Probenkörpers ermöglichen eine Halterung auf einem Mantelthermoelement mit geringen Abmessungen und entsprechend geringen Wärmeverlusten.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der scheibenförmige Probenkörper und/oder der weitere scheibenförmige Probenkörper kreisrund und/oder besteht aus Metall. Dies begünstigt die Fokussierung der Wärmestrahlung auf den Probenkörper und die gleichmäßige Temperaturverteilung über den Probenkörper.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Glühbirne eine Halogenlampe. Bei einer Halogenlampe ist die Masse des Heizers auf die Glühwendel reduziert. Eine Halogenlampe hat eine besonders hohe Betriebstemperatur des Glühfadens bzw. Strahlungsleistung. Sie begünstigt eine hohe Oberflächentemperatur des Probenkörpers. Hierdurch ist der Einfluss des Konvektionsstromes auf die Oberflächentemperatur des Probenkörpers verringert, so dass die Genauigkeit der Messung weniger durch Konvektionsverluste zur Umgebung beeinträchtig ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die elektrische Spannungsquelle eine regelbare Spannungsquelle, die der Glühlampe eine regelbare Spannung zuführt. Bei dieser Ausgestaltung ist die Strahlungsleistung der Glühlampe durch Einstellung der Spannung regelbar.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Fokussiereinrichtung einen Reflektor und/oder mindestens eine optische Linse. Der Reflektor ist vorzugsweise ein Hohlspiegel oder Parabolspiegel.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen der Glühlampe und dem scheibenförmigen Probenkörper mindestens eine Blende, vorzugsweise eine Kaskadenblende angeordnet. Eine Kaskadenblende besteht vorzugsweise aus mehreren Blendenplatten, die das Streulicht der elektrischen Lichtquelle sukzessive abschwächen. Die Blendenplatten sind vorzugsweise Bleche. Die Blendenplatten haben einen Abstand voneinander, so dass die vom Streulicht eingebrachte Wärme sehr gut durch Konvektion im Abstandsbereich zwischen den Blendenplatten abgeführt wird. Die Öffnung der vor dem Probenkörper letzten Blendenplatte der Kaskadenblende ist kleiner als der Probenkörper. Somit gelangt keine Strahlung der Glühlampe axial am Probenkörper vorbei. Der elektrische Strahlungssensor erfasst somit nur die Strahlung von dem erwärmten Probenkörper und die gleichmäßige Strahlung aus dem Raum.
  • Eine Störung der Versuchsergebnisse durch Streulicht wird hierdurch herabgesetzt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Oberfläche der letzten Blendenplatte der Kaskadenblende blankes Blech. Auf Grund der blanken Metalloberfläche ist die Abstrahlung durch die eigene Temperatur des Bleches nur sehr gering. Die auf das Blech treffende Strahlung wird nämlich zu einem sehr großen Teil reflektiert. Zudem reflektiert die letzte Blendenplatte der Kaskadenblende die Umgebungsstrahlung aus dem Hintergrund zum Strahlungssensor hin. Der Strahlungssensor empfängt somit nur die Strahlung des erwärmten Probenkörpers und die gleichmäßige Strahlung aus dem Raum um das Versuchsgerät. In Folge dessen wird die Messgenauigkeit nur geringfügig beeinträchtig.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Glühlampe, die Fokussiereinrichtung, gegebenenfalls die mindestens eine Blende, der scheibenförmige Probenkörper, gegebenenfalls der weitere scheibenförmige Probenkörper, die Temperaturmessstelle, gegebenenfalls die weitere Temperaturmessstelle und der elektrische Strahlungssensor auf einer optischen Bank und/oder auf einem Grundgehäuse angeordnet, wobei vorzugsweise der Abstand zwischen der Glühlampe und dem scheibenförmigen Probenkörper, gegebenenfalls zwischen dem scheibenförmigen Probenkörper und dem weiteren scheibenförmigen Probenkörper und dem scheibenförmigen Probenkörper und/oder dem weiteren scheibenförmigen Probenkörper und dem elektrischen Strahlungssensor variierbar ist. Bei dieser Ausgestaltung lassen sich einfach unterschiedliche Einflussfaktoren auf die Messungen studieren.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die elektrische Auswerteeinrichtung mit den vorgenannten elektrischen Komponenten und einem USB-Port oder einer anderen Schnittstelle zum Verbinden mit einem PC verbunden, wobei die elektrische Auswerteeinrichtung so ausgebildet ist, dass über sie die Kommunikation von Mess-, Steuer- und Regeldaten zwischen den elektrischen Komponenten und dem PC erfolgt. Bei dieser Ausgestaltung kann vorteilhaft ein PC in die Durchführung und Auswertung der Messungen einbezogen werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Versuchsgerät ein Grundgehäuse, in dem die elektrische Spannungsversorgung, die elektrische Auswerteeinrichtung mindestens eine Schnittstelle zum Verbinden mit einem PC und mindestens ein elektrischer Schalter angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung kann das Versuchsgerät schnell auf- und abgebaut und platzsparend gelagert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Strahlungssensor eine Thermosäule. Eine Thermosäule ist ein Messgerät zum Messen von Wärmestrahlung. Es umfasst mehrere, in Reihe geschaltete Thermoelemente. Durch diese Anordnung der Thermoelemente wird die Thermospannung erhöht und eine sehr empfindliche Temperaturmessung ermöglicht. Eine Alternative zum Thermoelement bietet das Peltierelement. Das Messprinzip ist dabei dasselbe. Thermosäulen können in einem weiten Wellenlängenbereich eingesetzt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein erfindungsgemäßes Versuchsgerät in einem Prinzipbild,
  • 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Versuchsgerätes in einer Perspektivansicht schräg von oben und von der Seite;
  • 3 dasselbe Versuchsgerät in einer Vorderansicht;
  • 4 dasselbe Versuchsgerät in einer Ansicht von links;
  • 5 dasselbe Versuchsgerät in einer Ansicht von rechts;
  • 6 dasselbe Versuchsgerät in einer Rückansicht;
  • 7 dasselbe Versuchsgerät in einer Draufsicht;
  • 8 dasselbe Versuchsgerät in einer Unteransicht;
  • 9 dasselbe Versuchsgerät in einem Vertikalschnitt entlang der Linie IX-IX von 4.
  • Bei der nachfolgenden Erläuterung der Prinzipdarstellung und der Zeichnungen des Ausführungsbeispiels sind Komponenten mit derselben Bezeichnung mit denselben Bezugsziffern versehen.
  • Gemäß 1 weist ein erfindungsgemäßes Versuchsgerät 1 eine Glühlampe 2 vorzugsweise in Form einer Halogenlampe auf. Die Glühlampe 2 ist im Brennpunkt einer Fokussiereinrichtung 3 vorzugsweise in Form eines Parabolspiegels angeordnet für das Licht der Glühlampe.
  • Vor der Fokussiereinrichtung 3 ist zentral auf der optischen Achse des Parabolspiegels ein scheibenförmiger Probenkörper 4 vorzugsweise aus Metall angeordnet, dessen Hauptausdehnungsebene senkrecht zur optischen Achse des Parabolspiegels ausgerichtet ist.
  • Das Licht der Glühlampe 2 wird von der Fokussiereinrichtung 3 auf dem Probenkörper 4 fokussiert.
  • Zwischen Fokussiereinrichtung 3 und Probenkörper 4 befindet sich mindestens eine Blende 5 mit einem Blendenloch 6. Im Beispiel ist die Blende 5 als Kaskadenblende ausgeführt, die mehrere parallele Blendenplatten 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 umfasst, wobei sich der Durchmesser der Blendenlöcher 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 der Blendenplatten in Richtung auf den Probenkörper 4 verringert. Hierdurch wird Streulicht des von der Glühlampe 2 abgegeben und von der Fokussiereinrichtung 3 fokussierten Lichts ausgeblendet.
  • Der Probenkörper 4 ist mit einer Temperaturmessstelle 7, z. B. einem Thermoelement, gekoppelt. Die Temperaturmessstelle 7 ist wiederrum mit einer Auswerteeinrichtung 8 verbunden, welche die Temperatur ermittelt und gegebenenfalls über eine Anzeigeeinrichtung anzeigt.
  • Auf der von der Glühlampe 2 abgewandten Seite ist auf der optischen Achse der Fokussiereinrichtung 3 eine Thermosäule als elektrischer Strahlungssensor 9 angeordnet, der seine strahlungsempfindliche Sensorfläche auf den Probenkörper 4 gerichtet hat, um die von diesem ausgehende Strahlung S zu erfassen.. Der Strahlungssensor 9 ist in einem Abstand L von dem Probenkörper 4 entfernt. Der Strahlungssensor 9 ist mit der elektrischen Auswerteeinrichtung 8 verbunden, welche die vom Strahlungssensor 9 erfasste elektrische Strahlungsleistung ermittelt und gegebenenfalls auf einer Anzeigeeinrichtung anzeigt. Die erfasste Strahlungsleistung hängt von der Oberflächentemperatur des Probenkörpers 4 und dem Abstand L ab. Die Oberflächentemperatur des Probenkörpers 4 wird durch die von der Glühlampe 2 auf den Probenkörper 4 abgegebene Strahlung bestimmt.
  • Auf Grund der geringen Massen der Glühwendel der Glühlampe 2 und des Probenkörpers 4 wird der stationäre Zustand des Versuchsgerätes 1 sehr schnell erreicht. Durch die hohe Temperatur bzw. Strahlungsleistung der Glühlampe 2 und der Abschirmung von Streulicht durch die Blende 5 werden Verfälschungen der Messungen durch Umgebungsstrahlung minimiert. Der Abstand L und gegebenenfalls die Strahlungsleistung der Glühlampe 2 ist variierbar und die Messergebnisse können mit den eingangs angegebenen Formeln ausgewertet werden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel von 2 bis 9 hat das Versuchsgerät 1 ein Grundgehäuse 10, dass wannenförmige Boden- und Deckelwände 11, 12, streifenförmige Seitenwände 13, 14 sowie plattenförmige Stirnwände 15, 16 mit Traggriffen 17 aufweist. Im Inneren des Grundgehäuses 10 sind zwei sich von Stirnwand zur Stirnwand erstreckende Rahmenteile neben jeder Seitenwand vorhanden.
  • Die Bodenwand 11 hat jeweils eine Vielzahl Belüftungslöcher 18.
  • Auf der Deckelwand 12 ist der Versuchsaufbau von 1 gut sichtbar angeordnet. Der Versuchsaufbau ist auf einer optischen Bank 19 angeordnet, die zwei parallele Schienen 20, 21 umfasst, die auf der Oberseite der Deckelwand 12 fixiert sind. Die Schiene 20 hat auf der Vorderseite eine Längenskala 22.
  • Der Versuchsaufbau umfasst ein Strahlergehäuse 23, in dem die Glühlampe 2 und die Fokussiereinrichtung 3 angeordnet sind. Im Beispiel ist das Strahlergehäuse 23 kastenförmig und über Winkelprofile 24, 25 mittels Schrauben auf den Schienen 20, 21 fixiert. Ferner ist dem Strahlergehäuse 23 ein Ventilator zur Belüftung der Glühbirne 2 angeordnet, der die erwärmte Kühlluftdurch ein Gitter 26 in der linken Seitenwand des Strahlergehäuses 23 ausbläst.
  • Auf der rechten Seite ist das Stahlergehäuse 23 offen, so dass das von der Fokussiereinrichtung 3 fokussierte Licht der Glühlampe 2 dort ungehindert austreten kann. Vor dieser Seite des Strahlergehäuses 23 ist die Blende 5 angeordnet. Die Blendenplatten 5.1 bis 5.4 der Kaskadenblende sind viereckig und haben an den Ecken jeweils ein Loch, das auf einem an der offenen Seite vom Strahlergehäuse 23 vorstehenden Schraubbolzen 27 geführt ist. Die Blendenplatten 5.1 bis 5.4 sind auf Hülsen 28 auf Abstand voneinander gehalten, die auf den Schraubbolzen 27 geführt sind und die Anordnung ist mittels Muttern 29 auf den Schraubbolzen 27 fixiert.
  • In weiterem Abstand vom Strahlergehäuse 23 ist ein scheibenförmiger Probenkörper 4.1 und im noch weiteren Abstand davor ein weiterer scheibenförmiger Probenkörper 4.2 angeordnet. Beide Probenkörper 4.1, 4.2 sind kreisrund und mit einer radialen Bohrung 30 am Umfang versehen. In die radiale Bohrung 30 greift jeweils ein Stift 31 einer Temperaturmessstelle 7 in Form eines Mantelthermoelements 32 ein. Die beiden Mantelthermoelemente 32 sind an einem galgenförmigen Halter 33 gehalten. Der Halter 33 steht von der Oberseite eines Schlittens 34 vor, der auf den beiden Schienen 21, 22 geführt ist. Der Schlitten 34 ist längst der Schienen 20, 21 verschiebbar und mittels einer Klemmschraube 35 in einer wählbaren Lage festklemmbar.
  • In Strahlungsrichtung hinter den Probenkörpern 4.1, 4.2 ist der Strahlungssensor 9 auf einem stangenförmigen Halter 36 gehalten. Der stangenförmige Halter 36 steht von der Oberseite eines weiteren Schlittens 37 vor, der in Längsrichtung verlagerbar auf den Schienen 21, 22 geführt ist. Der weitere Schlitten 37 ist in beliebige Position auf den beiden Schienen 21, 22 einstellbar und mittels einer weiteren Klemmschraube 38 in einer gewählten Position fixierbar.
  • Die Position der Schlitten 34, 37 sind auf der Längenskala 22 ablesbar.
  • Die optische Achse der Fokussiereinrichtung 3 verläuft zentral durch die Blendenlöcher 6.1 bis 6.4 der Blendenplatten 5.1 bis 5.4 und durch die Probenkörper 4.1, 4.2 sowie den Strahlungssensor 9 hindurch.
  • Im Inneren des Grundgehäuses 10 befindet sich die elektrische Auswerteinrichtung 8, die mit den Mantelthermoelementen 32 und dem elektrischen Strahlungssensor 9 verbunden ist, um die von den Mantelthermoelementen 32 erfassten Temperaturen der Probenkörper 4.1, 4.2 und die vom elektrischen Strahlungssensor 9 erfasste Strahlung der Probenkörper 4.1, 4.2 zu ermitteln. Hierfür ist die Auswerteeinrichtung 8 über Kabel mit den Mantelthermoelementen 32 und dem Strahlungssensor 9 verbunden.
  • Ferner befindet sich im Grundgehäuse eine Spannungsversorgung 39 (Netzteil), die über Kabel mit der Glühlampe 2 verbunden ist und diese mit einer Versorgungsspannung versorgt. Vorzugsweise ist die Spannungsversorgung 39 regelbar. Weiterhin vorzugsweise ist die Spannungsversorgung 39 mit der Auswerteeinrichtung 8 verbunden, um die der Glühlampe 2 zugeführte Leistung zu ermitteln.
  • Die elektrische Auswerteeinrichtung 8 ist mit einem USB-Port 40 in einer Seitenwand verbunden. In dieser Seitenwand befindet sich auch ein Schalter 41 zum Ein- und Ausschalten des Versuchsgeräts 1.
  • Gegebenenfalls wird das Versuchsgerät 1 über den USB-Port 40 mit einem PC verbunden. Dieser kann mit einer geeigneten Software bespielt sein, welche die Durchführung, Anzeige, Auswertung und Dokumentation von Messergebnissen steuert. Es ist auch möglich, dass die elektrische Auswerteeinrichtung 8 eine oder mehrere dieser Funktionen selber übernimmt.

Claims (15)

  1. Versuchsgerät zur Untersuchung der Wärmeübertragung durch Strahlung umfassend – mindestens einen scheibenförmigen Probenkörper (4), – einer Glühlampe (2), – einer Fokussiereinrichtung (3), die die Strahlung der Glühlampe (2) auf die eine Seite des scheibenförmigen Probenkörpers (4) fokussiert, – mindestens einer Temperaturmessstelle (7), welche die Temperatur des scheibenförmigen Probenkörpers (4) erfasst, – einem elektrischen Strahlungssensor (9), der auf die andere Seite des scheibenförmigen Probenkörpers (4) ausgerichtet ist und die von diesem abgegebene Strahlung erfasst, – einer elektrischen Spannungsversorgung (39), die mit der Glühbirne (2) verbunden ist und dieser eine elektrische Spannung zuführt, – mindestens einer elektrischen Auswerteeinrichtung (8), die mit den Temperaturmessstellen (7) und dem elektrischen Strahlungssensor (9) verbunden ist und die so ausgebildet ist, dass sie die von den Temperaturmessstellen (7) erfasste Temperatur und die vom elektrischen Strahlungssensor (9) erfasste Strahlung ermittelt.
  2. Versuchsgerät nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem scheibenförmigen Probenkörper (4.1) und dem elektrischen Strahlungssensor (9) ein weiterer scheibenförmiger Probenkörper (4.2) angeordnet.
  3. Versuchsgerät nach Anspruch 2, bei dem der scheibenförmige Probenkörper (4.1) und der weitere scheibenförmige Probenkörper (4.2) parallel zueinander ausgerichtet sind und/oder miteinander fluchten.
  4. Versuchsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der scheibenförmige Probenkörper (4) mittels einer Halterung (30, 31) austauschbar gehalten ist.
  5. Versuchsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der scheibenförmige Probenkörper (4.1) und/oder der weitere scheibenförmige Probenkörper (4.2) eine vom Rand ausgehend zu Mitte gerichtete Bohrung (30) aufweist und auf einem Stift (31) fixiert ist.
  6. Versuchsgerät nach einem der Ansprüche 5, bei dem die Temperaturmessstelle (7) der Stift (31) Teil eines Mantelthermoelements (32) ist, das die Temperatur des scheibenförmigen Probenkörpers (4) erfasst.
  7. Versuchsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der scheibenförmige Probenkörper (4.1) und/oder der weitere scheibenförmige Probenkörper (4.2) kreisrund ist und/oder aus Metall besteht.
  8. Versuchsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Glühbirne (2) eine Halogenlampe ist.
  9. Versuchsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die elektrische Spannungsquelle (39) eine regelbare Spannungsquelle ist, die der Glühbirne (2) eine regelbare Spannung zuführt.
  10. Versuchsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Fokussiereinrichtung (3) einen Reflektor und/oder mindestens eine Linse umfasst.
  11. Versuchsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem zwischen der Glühlampe (2) und dem scheibenförmigen Probenkörper (4) mindestens eine Blende (5), vorzugsweise eine Kaskadenblende, angeordnet ist.
  12. Versuchsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Glühlampe (2), die Fokussiereinrichtung (3), gegebenenfalls die mindestens eine Blende (5), der scheibenförmige Probenkörper (4.1), gegebenenfalls der weitere scheibenförmige Probenkörper (4.2), die Temperaturmessstelle (7), gegebenenfalls die weitere Temperaturmessstelle (7) und der elektrische Strahlungssensor (9) auf einer optischen Bank (18) und/oder auf einem Grundgehäuse (10) angeordnet ist, wobei vorzugsweise der Abstand zwischen der Glühlampe (2) und dem scheibenförmigen Probenkörper (4), gegebenenfalls zwischen dem scheibenförmigen Probenkörper (4.1) und dem weiteren scheibenförmigen Probenkörper (4.2) und dem scheibenförmigen Probenkörper (4.1) und/oder dem weiteren scheibenförmigen Probenkörper (4.2) und dem elektrischen Strahlungssensor (9) variierbar ist.
  13. Versuchsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die elektrische Auswerteeinrichtung (8) mit den vorgenannten elektrischen Komponenten und einem USB-Port (40) oder einer anderen Schnittstelle zum Verbinden mit einem PC verbunden ist, wobei die elektrische Auswerteeinrichtung (8) so ausgebildet ist, dass über sie die Kommunikation von Mess-, Steuer- und Regeldaten zwischen den elektrischen Komponenten und dem PC erfolgt.
  14. Versuchsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend ein Grundgehäuse (10), in dem die elektrische Spannungsversorgung (39) und die elektrische Auswerteeinrichtung (8), mindestens eine Schnittstelle (40) zum Verbinden mit einem PC und mindestens ein elektrischer Schalter (41) angeordnet ist.
  15. Versuchsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem der Strahlungssensor (9) eine Thermosäule ist.
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