EP3377851A1 - Measuring device comprising a thermal unit - Google Patents

Measuring device comprising a thermal unit

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Publication number
EP3377851A1
EP3377851A1 EP16816205.5A EP16816205A EP3377851A1 EP 3377851 A1 EP3377851 A1 EP 3377851A1 EP 16816205 A EP16816205 A EP 16816205A EP 3377851 A1 EP3377851 A1 EP 3377851A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sample
thermal unit
housing
unit
measuring device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16816205.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Fries
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FRT GmbH
Original Assignee
FRT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FRT GmbH filed Critical FRT GmbH
Publication of EP3377851A1 publication Critical patent/EP3377851A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/60—Investigating resistance of materials, e.g. refractory materials, to rapid heat changes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/20—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring contours or curvatures, e.g. determining profile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/32—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring the deformation in a solid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0002—Arrangements for supporting, fixing or guiding the measuring instrument or the object to be measured
    • G01B5/0004—Supports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G01M99/002—Thermal testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/72—Investigating presence of flaws

Definitions

  • thermo unit Measuring device with a thermo unit
  • the present invention relates to a measuring device with a thermal unit for determining the surface topography of samples under thermal stress. Furthermore, the present invention relates to a thermal unit for thermal loading of samples.
  • the determination of the surface topography of samples under thermal load is important for various technical fields, for example in the field of electronic components or in the semiconductor industry. There, different materials are combined with each other and, depending on the material, different stresses occur at different thermal loads. This results in undesired deformations and the different expansion of the materials can lead to cracks between the individual components.
  • this is achieved by a measuring device with a thermal unit for determining the surface topography of samples under thermal stress according to the features of main claim 1. Furthermore, this is achieved by a thermal noise load unit of samples according to the features of the independent claim 7.
  • a measuring apparatus having a thermal unit for determining the surface topography of samples under thermal stress.
  • the measuring device comprises at least two sensors, at least one sensor carrier element and a thermal unit.
  • the at least one sensor carrier element is configured such that the at least two sensors are displaceable in the horizontal and vertical directions on the measuring device.
  • the thermal unit for thermal loading of the at least one sample is aligned with the at least two sensors.
  • the thermal unit comprises a housing, at least one sample and a temperature controller.
  • the housing is configured to receive the at least one sample therein, the housing having at least one transparent cover.
  • the temperature controller is configured to regulate the thermal unit both with different constant temperatures and with different temperature cycles for controlling the temperature of the at least one sample over a range of -190 ° C to 1200 ° C.
  • the measuring device is configured, such that the at least two sensors are configured to measure the geometric properties of the at least one sample located in the housing.
  • the measuring device further comprises an analysis unit configured to generate a two- or three-dimensional image of the sample in the housing as a function of the temperature using the data acquired by the at least two sensors.
  • the measuring device is configured such that the temperature controller is configured to cool the at least one sample with a coolant.
  • the measuring device is configured, such that the thermal unit has at least one connecting element which is configured, to pressurize the at least one sample inside the housing with different ambient media.
  • the measuring device is configured such that the thermal unit has at least one mounting element configured to mount the thermal unit to a sample table.
  • a thermal unit for thermal loading.
  • the thermal unit comprises a housing, at least one sample and a temperature controller.
  • the housing is configured to receive the at least one sample therein, the housing having at least one transparent cover.
  • the temperature controller is designed to regulate the thermal unit both with different constant temperatures and with different temperature cycles for controlling the temperature of the at least one sample over a range of -190 ° C to 1200 ° C.
  • the thermal unit is configured such that the temperature controller is configured to cool the at least one sample with a coolant.
  • the thermal unit further comprises at least one connection element, which is designed to act on the at least one sample in the interior of the housing with different ambient media.
  • the thermal unit further comprises at least one mounting member configured to mount the thermal unit to a sample table.
  • Figure 1 shows schematically a side perspective view of a thermal unit according to the embodiment of the present invention.
  • Figure 2 schematically shows a front view of a measuring device with a thermal unit according to the embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 There is shown schematically a side perspective view of a thermal unit 10 or heating chamber according to the embodiment of the present invention.
  • the thermal unit 10 comprises a housing 2, which is designed to receive a sample 1 inside.
  • the housing 2 comprises a cover element 8, wherein in the cover element 8 a transparent cover 3 is formed, wherein the sample 1 is arranged in the housing 2 such that the sample 1 is completely visible from the outside through the transparent cover 3.
  • the transparent cover 3 is made of a vitreous material for shielding from the environment.
  • the present invention is not limited thereto, the transparent cover 3 may be made of different transparent materials, if needed and / or desired.
  • the cover element 8 may, for example, be pivotally coupled to the housing 2 via a hinge joint (not shown) or be detachable from the housing 2 via at least one closure element (not shown) such that the sample 1 can be received in the housing.
  • a single sample 1 is accommodated in the housing 2, but the present invention is not limited to this, for example a plurality of samples 1 can be accommodated in the housing 2 if required and / or desired.
  • the thermal unit 10 is configured as a cuboid, but the present invention is not limited thereto, the thermal unit 10 may have different shapes and may have different sizes depending on the application, if needed and / or desired.
  • the thernno unit 10 further includes four mounting members 7 formed on the lower surface of the housing 2 for mounting the thermal unit 10 to a sample stage 30.
  • the housing 2 may also include a frame structure (not shown) to facilitate easy mounting to the sample table 30.
  • the thermal unit 10 further comprises at least one connection element 6, which is formed on the housing 2 and provides a connection between the environment and the interior of the thermal unit 10. Via the connecting element 6, for example, the sample 1 in the interior of the housing 2 with different ambient media, such as nitrogen atmosphere, etc., are acted upon.
  • the thermo-unit 10 further comprises a temperature controller 4.
  • the temperature controller 4 is designed to control the thermo-unit 10 both with different constant temperatures and with different temperature cycles for controlling the temperature of the at least one sample 1 over a range of -190 ° C to 1200 ° C to regulate.
  • the temperature controller 4 is configured, the thermal unit 10 for temperature control of at least one sample 1 over the range of -190 ° C to 1200 ° C, for example, with a resolution of up to
  • the temperature controller 4 is configured to control the thermo-unit 10 for temperature control of the at least one sample 1 over the range of -190 ° C to 1200 ° C with, for example, a stability of +/- 0.05 ° C.
  • the thermal unit 10 comprises, for example, an electric heating coil (not shown), which may be made of stainless steel, for example.
  • the thermal unit 10 comprises, for example, at least one quartz heating element.
  • the temperature controller 4 is configured to cool the at least one sample 1 with a coolant, for example water or liquid nitrogen or compressed air, optimally and depending on the application. As shown in FIG. 1, the temperature controller 4 is a separate unit from the thermal unit 10.
  • a coolant for example water or liquid nitrogen or compressed air
  • FIG 2 shows schematically a front view of a measuring device 100 with the thermal unit 10, as shown in Figure 1, according to the embodiment of the present invention.
  • the measuring device 100 comprises three sensors 1 1, 12, 13, the thermal unit 10 and an analysis unit 20.
  • the three sensors 1 1, 12, 13 are arranged displaceably on a base support 14 in each case in the vertical direction.
  • the first sensor 1 1 is arranged vertically displaceable with respect to the base support 14 on a first sensor support element 11a
  • the second sensor 12 is arranged vertically displaceable with respect to the base support 14 on a second sensor support element 12a
  • the third sensor 13 is mounted on a third sensor support element 13a with respect to Base support 14 arranged vertically displaceable.
  • the present invention is not limited thereto, for example, only two sensors may be provided, and furthermore, all sensors may be arranged on only one base carrier.
  • the base support 14 is in turn arranged vertically displaceably on a first base support element 14a with respect to a device arm 15 and the base support 14 is arranged horizontally displaceable on a second base support element 14b with respect to the device arm 15.
  • the first and second base support members 14a and 14b are fixedly mounted on the device arm 15. Accordingly, depending on the application, the three sensors 1 1, 12, 13 are moved independently of each other both horizontally and vertically with respect to the sample 1.
  • sample table 30 could also be slidably disposed both horizontally and vertically with respect to the device arm 15 if needed and / or desired.
  • only one sensor support member may be provided on which all sensors are mounted. are arranged and can be moved in both horizontal and vertical direction.
  • the measuring device 100 includes the thermal unit 10 which is arranged on a sample table 30 via mounting elements 7.
  • the thermal unit 10 is designed for thermal loading of the sample 1.
  • the thermal unit 10 can be moved with the aid of the temperature controller 4 into different constant temperatures as well as into different temperature cycles for the temperature control of the sample 1 over a range of -190 ° C to 1200 ° C.
  • the three sensors 1 1, 12, 13 the geometric properties of the located in the housing 2 sample 1 are measured and measured data recorded. Thereby, the temperature of the sample can be varied, while at the same time the geometric properties can be measured by the sensors 1 1, 12, 13.
  • connection element 6 which is designed to act on the sample 1 in the interior of the housing 2 with different ambient media
  • temperature controller 4 which is configured around the sample 1 in the thermal unit 10 over the range of -. 190 ° C to 1200 ° C with, for example, a resolution of up to 0.001 ° C and with, for example, a stability of +/- 0.05 ° C to regulate and which is designed to cool the sample 1 with a coolant
  • a high-precision tempering of Sample 1 in the thermal unit 10 with simultaneous measurement of the sample 1 with the measuring device 100 (or multi-sensor meter) can be achieved.
  • the measuring device 100 comprises an analysis unit 20, which is configured to use the data acquired by the three sensors 11, 12, 1 to form a two-dimensional or three-dimensional image of the one in the housing 2 sample 1 as a function of temperature.
  • thermo unit 10 can therefore analyze the behavior of the sample as Fun technisch technische ment the temperature.
  • the expansion, transition temperatures, deformation, as well as bending / shear loads, cracking and material fatigue of sample 1 can be investigated and analyzed.
  • the thermal unit 10 possible different aspects of the sample 1 either at to analyze different constant temperatures as well as in a temperature cycle or when starting a temperature ramp.

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Abstract

The present invention relates to a measuring device (100) for determining the surface topography of at least one sample (1), comprising: at least two sensors (11, 12, 13); at least one sensor holder element, which is designed to move the at least two sensors (11, 12, 13) in the horizontal or vertical direction; and a thermal unit (10) for thermally loading the at least one sample (1), wherein the at least two sensors are oriented with the thermal unit (10), said thermal unit (10) comprising: a housing (2), which is designed to accommodate the at least one sample (1) therein, wherein the housing (2) has at least one transparent cover (3); and a temperature controller (4) which is designed to regulate the thermal unit (10) both with different constant temperatures and with different temperature cycles for controlling the temperature of the at least one sample (1) over a range of -190° C to 1200°C.

Description

Titel: Messvorrichtung mit einer Thermoeinheit  Title: Measuring device with a thermo unit
Anmelder: Fries Research & Technology GmbH  Applicant: Fries Research & Technology GmbH
Unser Zeichen: 91 626WO (VZ)  Our sign: 91 626WO (VZ)
Beschreibung [0001 ] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung mit einer Thermoeinheit zur Bestimmung der Oberflächentopographie von Proben unter thermischer Belastung. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Thermoeinheit zur thermischen Belastung von Proben [0002] Die Bestimmung der Oberflächentopographie von Proben unter thermischer Belastung ist für unterschiedliche technische Bereiche, beispielsweise im Bereich der elektronischen Bauelemente oder in der Halbleiterindustrie, von Bedeutung. Dort werden verschiedenen Materialien miteinander kombiniert und es kommt je nach Material bei unterschiedlichen thermischen Belastungen zu unterschiedlichen Spannun- gen. Dabei entstehen unerwünschte Verformungen und die unterschiedliche Ausdehnung der Materialien kann zu Rissen zwischen den einzelnen Komponenten führen. Description: The present invention relates to a measuring device with a thermal unit for determining the surface topography of samples under thermal stress. Furthermore, the present invention relates to a thermal unit for thermal loading of samples. The determination of the surface topography of samples under thermal load is important for various technical fields, for example in the field of electronic components or in the semiconductor industry. There, different materials are combined with each other and, depending on the material, different stresses occur at different thermal loads. This results in undesired deformations and the different expansion of the materials can lead to cracks between the individual components.
[0003] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Probe hochpräzise zu Temperieren, um eine Vermessung der Probe bei unterschiedlicher Temperatur zu ermöglichen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung das Verhalten von Materialien und Materialverbünden als Funktion der Temperatur zu untersuchen. Dabei geht es einerseits um das grundsätzliche Verhalten von Materialien, beispielsweise Ausdehnung, Übergangstemperaturen, Verformung und ähnliches, und andererseits um die Auswirkung der Temperatur auf Materialien, beispielsweise Biege- / Scherbelastung, Rissbildung, Verformung, Materialermüdung und ähnliches. It is an object of the present invention, a sample with high precision to temper, to allow a measurement of the sample at different temperatures. It is a further object of the present invention to study the behavior of materials and composite materials as a function of temperature. On the one hand, it concerns the fundamental behavior of materials, such as expansion, transition temperatures, deformation and the like, and, on the other hand, the effect of temperature on materials, such as bending / shearing, cracking, deformation, fatigue and the like.
[0004] Erfindungsgemäß wird dies durch eine Messvorrichtung mit einer Thermoeinheit zur Bestimmung der Oberflächentopographie von Proben unter therm i- scher Belastung gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird dies durch eine Thernnoeinheit zur thermischen Belastung von Proben gemäß den Merkmalen des Nebenanspruchs 7 gelöst. [0004] According to the invention, this is achieved by a measuring device with a thermal unit for determining the surface topography of samples under thermal stress according to the features of main claim 1. Furthermore This is achieved by a thermal noise load unit of samples according to the features of the independent claim 7.
[0005] In Anbetracht der bekannten Technologie und nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Messvorrichtung mit einer Thermoeinheit zur Bestimmung der Oberflächentopographie von Proben unter thermischer Belastung bereitgestellt. Die Messvorrichtung umfasst dabei mindestens zwei Sensoren, mindestens ein Sensorträgerelement und eine Thermoeinheit. Das mindestens eine Sensorträgerelement ist ausgestaltet, derart, dass die mindestens zwei Sensoren in horizon- taler und vertikaler Richtung auf der Messvorrichtung verschiebbar sind. Die Thermoeinheit zur thermischen Belastung der mindestens einen Probe ist mit den mindestens zwei Sensoren ausgerichtet. Die Thermoeinheit umfasst dabei ein Gehäuse, mindestens eine Probe und einen Temperaturcontroller. Das Gehäuse ist ausgestaltet, um die mindestens eine Probe darin aufzunehmen, wobei das Gehäuse mindes- tens eine transparente Abdeckung aufweist. Der Temperaturcontroller ist ausgestaltet, die Thermoeinheit sowohl mit unterschiedlichen konstanten Temperaturen als auch mit unterschiedlichen Temperaturzyklen zur Temperierung der mindestens einen Probe über einen Bereich von -190° C bis 1200°C zu regeln. [0006] In einem Aspekt ist die Messvorrichtung ausgestaltet, dergestalt, dass die mindestens zwei Sensoren ausgestaltet sind, die geometrischen Eigenschaften der mindestens einen in dem Gehäuse befindlichen Probe zu vermessen. In view of the known technology and according to a first aspect of the present disclosure, there is provided a measuring apparatus having a thermal unit for determining the surface topography of samples under thermal stress. The measuring device comprises at least two sensors, at least one sensor carrier element and a thermal unit. The at least one sensor carrier element is configured such that the at least two sensors are displaceable in the horizontal and vertical directions on the measuring device. The thermal unit for thermal loading of the at least one sample is aligned with the at least two sensors. The thermal unit comprises a housing, at least one sample and a temperature controller. The housing is configured to receive the at least one sample therein, the housing having at least one transparent cover. The temperature controller is configured to regulate the thermal unit both with different constant temperatures and with different temperature cycles for controlling the temperature of the at least one sample over a range of -190 ° C to 1200 ° C. In one aspect, the measuring device is configured, such that the at least two sensors are configured to measure the geometric properties of the at least one sample located in the housing.
[0007] In einem Aspekt umfasst die Messvorrichtung weiter eine Analyseeinheit, welche ausgestaltet ist, mit Hilfe der durch die mindestens zwei Sensoren erfassten Daten ein zwei- oder dreidimensionales Bild der in dem Gehäuse befindlichen Probe als Funktion der Temperatur zu erstellen. [0007] In one aspect, the measuring device further comprises an analysis unit configured to generate a two- or three-dimensional image of the sample in the housing as a function of the temperature using the data acquired by the at least two sensors.
[0008] In einem Aspekt ist die Messvorrichtung ausgestaltet, dergestalt, dass der Temperaturcontroller, ausgestaltet ist, die mindestens eine Probe mit einem Kühlmittel zu kühlen. In one aspect, the measuring device is configured such that the temperature controller is configured to cool the at least one sample with a coolant.
[0009] In einem Aspekt ist die Messvorrichtung ausgestaltet, dergestalt, dass die Thermoeinheit mindestens ein Anschlusselement aufweist, welches ausgestaltet ist, um die mindestens eine Probe im Inneren des Gehäuses mit unterschiedlichen Umgebungsmedien zu beaufschlagen. In one aspect, the measuring device is configured, such that the thermal unit has at least one connecting element which is configured, to pressurize the at least one sample inside the housing with different ambient media.
[0010] In einem Aspekt ist die Messvorrichtung ausgestaltet, dergestalt, dass die Thermoeinheit mindestens ein Montageelement aufweist, welches ausgestaltet ist, um die Thermoeinheit an einen Probentisch zu montieren. In one aspect, the measuring device is configured such that the thermal unit has at least one mounting element configured to mount the thermal unit to a sample table.
[001 1 ] Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Thermoeinheit zur thermischen Belastung bereitgestellt. Die Thermoeinheit umfasst dabei ein Gehäuse, mindestens eine Probe und einen Temperaturcontroller. Das Gehäuse ist ausgestaltet, um die mindestens eine Probe darin aufzunehmen, wobei das Gehäuse mindestens eine transparente Abdeckung aufweist. Der Temperaturcontroller ist ausgestaltet, die Thermoeinheit sowohl mit unterschiedlichen konstanten Temperaturen als auch mit unterschiedlichen Temperaturzyklen zur Temperierung der min- destens einen Probe über einen Bereich von -190° C bis 1200°C zu regeln. [001 1] According to a second aspect of the present disclosure, a thermal unit is provided for thermal loading. The thermal unit comprises a housing, at least one sample and a temperature controller. The housing is configured to receive the at least one sample therein, the housing having at least one transparent cover. The temperature controller is designed to regulate the thermal unit both with different constant temperatures and with different temperature cycles for controlling the temperature of the at least one sample over a range of -190 ° C to 1200 ° C.
[0012] In einem Aspekt ist die Thermoeinheit ausgestaltet, dergestalt, dass der Temperaturcontroller ausgestaltet ist, die mindestens eine Probe mit einem Kühlmittel zu kühlen. In one aspect, the thermal unit is configured such that the temperature controller is configured to cool the at least one sample with a coolant.
[0013] In einem Aspekt umfasst die Thermoeinheit weiter mindestens ein Anschlusselement, welches ausgestaltet ist, um die mindestens eine Probe im Inneren des Gehäuses mit unterschiedlichen Umgebungsmedien zu beaufschlagen. [0014] In einem Aspekt umfasst die Thermoeinheit weiter mindestens ein Montageelement, welches ausgestaltet ist, um die Thermoeinheit an einem Probentisch zu montieren. In one aspect, the thermal unit further comprises at least one connection element, which is designed to act on the at least one sample in the interior of the housing with different ambient media. In one aspect, the thermal unit further comprises at least one mounting member configured to mount the thermal unit to a sample table.
[0015] Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der fol- genden, rein beispielhaften und in keiner Weise beschränkenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, darin zeigt: [0016] Figur 1 schematisch eine seitliche Perspektivansicht einer Thermoeinheit nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und [0015] Further characteristics and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention, by way of example and not limitation, with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows schematically a side perspective view of a thermal unit according to the embodiment of the present invention; and
[0017] Figur 2 schematisch eine Vorderansicht einer Messvorrichtung mit einer Thermoeinheit nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figure 2 schematically shows a front view of a measuring device with a thermal unit according to the embodiment of the present invention.
[0018] Ausgewählte Ausführungsformen werden nun mit Bezugnahme zu den Zeichnungen beschrieben. Es wird für einen Fachmann auf dem Gebiet von Messvorrichtungen zur Bestimmung der Oberflächentopographie von Proben aus dieser Offenbarung ersichtlich, dass die folgende Beschreibung der Ausführungsformen lediglich zur Illustration bereitgestellt ist, und nicht für den Zweck die Erfindung, welche durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird, einzuschränken. [0019] Zunächst Bezug nehmend auf Fig. 1 . Darin wird schematisch eine seitliche Perspektivansicht einer Thermoeinheit 10 bzw. Heizkammer nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Thermoeinheit 10 umfasst ein Gehäuse 2, welches ausgestaltet ist, um im Inneren eine Probe 1 aufzunehmen. Das Gehäuse 2 umfasst ein Deckelelement 8, wobei in dem Deckelelement 8 eine transparente Abdeckung 3 ausgebildet ist, wobei die Probe 1 in dem Gehäuse 2 derart angeordnet ist, dass die Probe 1 von außen durch die transparente Abdeckung 3 vollständig sichtbar ist. Beispielsweise ist die transparente Abdeckung 3 aus einem glasartigen Material zur Abschirmung von der Umgebung hergestellt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, die transparente Abdeckung 3 kann aus unter- schiedlichen transparenten Materialen hergestellt, falls benötigt und/oder gewünscht. Das Deckelelement 8 kann beispielsweise über ein Scharniergelenk (nicht dargestellt) mit dem Gehäuse 2 schwenkgekoppelt sein oder über mindestens ein Verschlusselement (nicht dargestellt) mit dem Gehäuse 2 abnehmbar sein, derart, dass die Probe 1 in das Gehäuse aufgenommen werden kann. Vorliegende ist eine ein- zelne Probe 1 in dem Gehäuse 2 aufgenommen, jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, in dem Gehäuse 2 können beispielsweise mehrere Proben 1 aufgenommen sein, falls benötigt und/oder gewünscht. Vorliegende ist die Thermoeinheit 10 als Quader ausgestaltet, jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, die Thermoeinheit 10 kann unterschiedliche Formen aufweisen und kann unterschiedliche Größen je nach Anwendungsbereich, falls benötigt und/oder gewünscht, aufweisen. Selected embodiments will now be described with reference to the drawings. It will be apparent to one skilled in the art of measuring devices for determining the surface topography of samples from this disclosure that the following description of the embodiments is provided for illustration only, and not for the purpose of the invention, which is defined by the appended claims and their equivalents is going to restrict. Referring first to Fig. 1. There is shown schematically a side perspective view of a thermal unit 10 or heating chamber according to the embodiment of the present invention. The thermal unit 10 comprises a housing 2, which is designed to receive a sample 1 inside. The housing 2 comprises a cover element 8, wherein in the cover element 8 a transparent cover 3 is formed, wherein the sample 1 is arranged in the housing 2 such that the sample 1 is completely visible from the outside through the transparent cover 3. For example, the transparent cover 3 is made of a vitreous material for shielding from the environment. However, the present invention is not limited thereto, the transparent cover 3 may be made of different transparent materials, if needed and / or desired. The cover element 8 may, for example, be pivotally coupled to the housing 2 via a hinge joint (not shown) or be detachable from the housing 2 via at least one closure element (not shown) such that the sample 1 can be received in the housing. In the present case, a single sample 1 is accommodated in the housing 2, but the present invention is not limited to this, for example a plurality of samples 1 can be accommodated in the housing 2 if required and / or desired. Presently, the thermal unit 10 is configured as a cuboid, but the present invention is not limited thereto, the thermal unit 10 may have different shapes and may have different sizes depending on the application, if needed and / or desired.
[0020] Wie in Figur 1 gezeigt, umfasst die Thernnoeinheit 10 weiter vier Monta- geelemente 7, welche an der Unterseite des Gehäuses 2 ausgebildet sind, um die Thermoeinheit 10 an einen Probentisch 30 zu montieren. Beispielsweise kann anstelle der Montageelemente 7 das Gehäuse 2 auch einen Rahmenaufbau (nicht dargestellt) umfassen, um eine einfache Montage an dem Probentisch 30 zu ermöglichen. Des Weiteren umfass die Thermoeinheit 10 weiter mindestens ein Anschlusselement 6, welches an dem Gehäuse 2 ausgebildet ist und eine Verbindung zwischen der Umgebung und dem Inneren der Thermoeinheit 10 bereitstellt. Über das Anschlusselement 6 kann beispielsweise die Probe 1 im Inneren des Gehäuses 2 mit unterschiedlichen Umgebungsmedien, etwa Stickstoffatmosphäre etc., beaufschlagt werden. As shown in FIG. 1, the thernno unit 10 further includes four mounting members 7 formed on the lower surface of the housing 2 for mounting the thermal unit 10 to a sample stage 30. For example, instead of the mounting members 7, the housing 2 may also include a frame structure (not shown) to facilitate easy mounting to the sample table 30. Furthermore, the thermal unit 10 further comprises at least one connection element 6, which is formed on the housing 2 and provides a connection between the environment and the interior of the thermal unit 10. Via the connecting element 6, for example, the sample 1 in the interior of the housing 2 with different ambient media, such as nitrogen atmosphere, etc., are acted upon.
[0021 ] Wie in Figur 1 gezeigt, umfasst die Thermoeinheit 10 weiter einen Temperaturcontroller 4. Der Temperaturcontroller 4 ist ausgestaltet, die Thermoeinheit 10 sowohl mit unterschiedlichen konstanten Temperaturen als auch mit unterschiedlichen Temperaturzyklen zur Temperierung der mindestens einen Probe 1 über einen Be- reich von -190° C bis 1200°C zu regeln. Dabei ist der Temperaturcontroller 4 ausgestaltet, die Thermoeinheit 10 zur Temperierung der mindestens einen Probe 1 über den Bereich von -190° C bis 1200°C beispielsweise mit einer Auflösung von bis zuAs shown in FIG. 1, the thermo-unit 10 further comprises a temperature controller 4. The temperature controller 4 is designed to control the thermo-unit 10 both with different constant temperatures and with different temperature cycles for controlling the temperature of the at least one sample 1 over a range of -190 ° C to 1200 ° C to regulate. In this case, the temperature controller 4 is configured, the thermal unit 10 for temperature control of at least one sample 1 over the range of -190 ° C to 1200 ° C, for example, with a resolution of up to
0.001 °C zu regeln. Des Weiteren ist der Temperaturcontroller 4 ausgestaltet, die Thermoeinheit 10 zur Temperierung der mindestens einen Probe 1 über den Bereich von -190° C bis 1200°C mit beispielweise einer Stabilität von +/- 0.05°C zu regeln. Dabei umfasst die Thermoeinheit 10 in einer Ausführungsform zur Temperierung der mindestens einen Probe 1 über einen Bereich von -190° C bis 600°C beispielsweise eine elektrische Heizschlange (nicht dargestellt), die beispielsweise aus Edelstahl hergestellt sein kann. Des Weiteren umfasst die Thermoeinheit 10 in einer weiteren Ausführungsform zur Temperierung der mindestens einen Probe 1 über einen Bereich von -190° C bis 1200°C beispielsweise mindestens ein Quarz-Heizelement. Dadurch ermöglicht die Thermoeinheit 10 eine hochpräzise Temperierung der Probe0.001 ° C to regulate. Furthermore, the temperature controller 4 is configured to control the thermo-unit 10 for temperature control of the at least one sample 1 over the range of -190 ° C to 1200 ° C with, for example, a stability of +/- 0.05 ° C. In one embodiment, for thermostating the at least one sample 1 over a range from -190 ° C. to 600 ° C., the thermal unit 10 comprises, for example, an electric heating coil (not shown), which may be made of stainless steel, for example. Furthermore, in a further embodiment for thermostating the at least one sample 1 over a range from -190 ° C. to 1200 ° C., the thermal unit 10 comprises, for example, at least one quartz heating element. As a result, the thermal unit 10 allows a high-precision temperature control of the sample
1 . Dabei können konstante Temperaturen als auch eine Temperaturrampe durch den Temperaturcontroller angefahren werden. Des Weiteren ist der Temperaturcontroller 4 ausgestaltet, die mindestens eine Probe 1 mit einem Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder Flüssigstickstoff oder Druckluft, optimal und je nach Anwendung zu kühlen. Wie in Figur 1 dargestellt, ist der Temperaturcontroller 4 eine von der Ther- moeinheit 10 separate Einheit. 1 . It can constant temperatures and a temperature ramp through the Temperature controller are approached. Furthermore, the temperature controller 4 is configured to cool the at least one sample 1 with a coolant, for example water or liquid nitrogen or compressed air, optimally and depending on the application. As shown in FIG. 1, the temperature controller 4 is a separate unit from the thermal unit 10.
[0022] Figur 2 zeigt schematisch eine Vorderansicht einer Messvorrichtung 100 mit der Thermoeinheit 10, wie in Figur 1 dargestellt, nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Messvorrichtung 100 umfasst drei Sensoren 1 1 , 12, 13, die Thermoeinheit 10 und eine Analyseeinheit 20. Die drei Sensoren 1 1 , 12, 13 sind dabei auf einem Basisträger 14 jeweils in vertikaler Richtung verschiebbar angeordnet. Insbesondere ist der erste Sensor 1 1 auf einem ersten Sensorträgerelement 1 1 a vertikal hinsichtlich des Basisträgers 14 verschiebbar angeordnet, der zweite Sensor 12 auf einem zweiten Sensorträgerelement 12a hinsichtlich des Basisträgers 14 vertikal verschiebbar angeordnet und der dritte Sensor 13 auf einem dritten Sensorträgerelement 13a hinsichtlich des Basisträgers 14 vertikal verschiebbar angeordnet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, beispielsweise können lediglich zwei Sensoren bereitgestellt sein, des Weiteren können alle Sensoren auf lediglich einem Basisträger angeordnet sein. Der Basisträger 14 ist wiederum auf einem ersten Basisträgerelement 14a vertikal verschiebbar hinsichtlich eines Vorrichtungsarms 15 angeordnet und der Basisträger 14 auf einem zweiten Basisträgerelement 14b horizontal verschiebbar hinsichtlich des Vorrichtungsarms 15 angeordnet. Die ersten und zweiten Basisträgerelemente 14a und 14b sind auf dem Vorrichtungsarm 15 fest montiert. Demnach können je nach Anwendung die drei Sensoren 1 1 , 12, 13 unabhängig voneinander sowohl horizontal als auch vertikal hinsichtlich der Probe 1 verschoben werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, es wird für einen Fachmann auf dem Gebiet von Messvorrichtung aus dieser Offenbarung ersichtlich, dass auch der Probentisch 30 sowohl horizontal als auch vertikal verschiebbar hinsichtlich des Vorrichtungsarms 15 angeordnet sein könnte, falls benötigt und/oder gewünscht. Des Weiteren wird es für einen Fachmann auf dem Gebiet von Messvorrichtung aus dieser Offenbarung ersichtlich, dass lediglich ein Sensorträgerelement bereitgestellt sein kann aufm dem alle Sensoren ange- ordnet sind und der sich in sowohl horizontaler als auch vertikaler Richtung verschieben lässt. Figure 2 shows schematically a front view of a measuring device 100 with the thermal unit 10, as shown in Figure 1, according to the embodiment of the present invention. The measuring device 100 comprises three sensors 1 1, 12, 13, the thermal unit 10 and an analysis unit 20. The three sensors 1 1, 12, 13 are arranged displaceably on a base support 14 in each case in the vertical direction. In particular, the first sensor 1 1 is arranged vertically displaceable with respect to the base support 14 on a first sensor support element 11a, the second sensor 12 is arranged vertically displaceable with respect to the base support 14 on a second sensor support element 12a, and the third sensor 13 is mounted on a third sensor support element 13a with respect to Base support 14 arranged vertically displaceable. However, the present invention is not limited thereto, for example, only two sensors may be provided, and furthermore, all sensors may be arranged on only one base carrier. The base support 14 is in turn arranged vertically displaceably on a first base support element 14a with respect to a device arm 15 and the base support 14 is arranged horizontally displaceable on a second base support element 14b with respect to the device arm 15. The first and second base support members 14a and 14b are fixedly mounted on the device arm 15. Accordingly, depending on the application, the three sensors 1 1, 12, 13 are moved independently of each other both horizontally and vertically with respect to the sample 1. However, the present invention is not limited thereto, it will be apparent to one of ordinary skill in the art from this disclosure that the sample table 30 could also be slidably disposed both horizontally and vertically with respect to the device arm 15 if needed and / or desired. Furthermore, it will be apparent to one skilled in the art of measuring apparatus from this disclosure that only one sensor support member may be provided on which all sensors are mounted. are arranged and can be moved in both horizontal and vertical direction.
[0023] Wie in Figur 2 gezeigt, umfasst die Messvorrichtung 100 die Thermoeinheit 10 die auf einem Probentisch 30 via Montageelemente 7 angeordnet ist. Die Thermoeinheit 10 ist zur thermischen Belastung der Probe 1 ausgestaltet. Dabei kann je nach Anwendung und Probe die Thermoeinheit 10 mit Hilfe des Temperaturcontrollers 4 in unterschiedliche konstante Temperaturen als auch in unterschiedliche Temperaturzyklen zur Temperierung der Probe 1 über einen Bereich von -190° C bis 1200° C gefahren werden. Durch die drei Sensoren 1 1 , 12, 13 werden die geometrischen Eigenschaften der in dem Gehäuse 2 befindlichen Probe 1 vermessen und Messdaten erfasst. Dadurch kann die Temperatur der Probe variiert werden, während gleichzeitig die geometrischen Eigenschaften durch die Sensoren 1 1 , 12, 13 vermessen werden können. Mit Hilfe des Anschlusselementes 6, welches ausgestal- tet ist, um die Probe 1 im Inneren des Gehäuses 2 mit unterschiedlichen Umgebungsmedien zu beaufschlagen, und mit Hilfe des Temperaturcontrollers 4, welcher ausgestaltet ist um die Probe 1 in der Thermoeinheit 10 über den Bereich von -190° C bis 1200°C mit beispielsweise einer Auflösung von bis zu 0.001 °C und mit beispielsweise einer Stabilität von +/- 0.05°C zu regeln und welcher ausgestaltet ist, die Probe 1 mit einem Kühlmittel zu kühlen, kann eine hochpräzise Temperierung der Probe 1 in der Thermoeinheit 10 bei gleichzeitiger Vermessung der Probe 1 mit der Messvorrichtung 100 (bzw. Multisensormessgerät) erreicht werden. As shown in Figure 2, the measuring device 100 includes the thermal unit 10 which is arranged on a sample table 30 via mounting elements 7. The thermal unit 10 is designed for thermal loading of the sample 1. Depending on the application and the sample, the thermal unit 10 can be moved with the aid of the temperature controller 4 into different constant temperatures as well as into different temperature cycles for the temperature control of the sample 1 over a range of -190 ° C to 1200 ° C. By the three sensors 1 1, 12, 13, the geometric properties of the located in the housing 2 sample 1 are measured and measured data recorded. Thereby, the temperature of the sample can be varied, while at the same time the geometric properties can be measured by the sensors 1 1, 12, 13. With the aid of the connection element 6, which is designed to act on the sample 1 in the interior of the housing 2 with different ambient media, and with the aid of the temperature controller 4, which is configured around the sample 1 in the thermal unit 10 over the range of -. 190 ° C to 1200 ° C with, for example, a resolution of up to 0.001 ° C and with, for example, a stability of +/- 0.05 ° C to regulate and which is designed to cool the sample 1 with a coolant, a high-precision tempering of Sample 1 in the thermal unit 10 with simultaneous measurement of the sample 1 with the measuring device 100 (or multi-sensor meter) can be achieved.
[0024] Des Weiteren, wie in Figur 2 gezeigt, umfasst die Messvorrichtung 100 eine Analyseeinheit 20, welche ausgestaltet ist, mit Hilfe der durch die drei Sensoren 1 1 , 12, 1 erfassten Daten ein zwei- oder dreidimensionales Bild der in dem Gehäuse 2 befindlichen Probe 1 als Funktion der Temperatur zu erstellen. Durch die Messvorrichtung 100 mit Thermoeinheit 10 kann demnach das Verhalten der Probe als Fun ktion der Temperatur analysieren. Dabei können die Ausdehnung, Übergangstempe- raturen, Verformung, sowie Biege- / Scherbelastungen, Rissbildung und Materialermüdung der Probe 1 untersucht und analysiert werden. Insbesondere ist es mit Hilfe der Thermoeinheit 10 möglich unterschiedliche Aspekte der Probe 1 entweder bei unterschiedlichen konstanten Temperaturen als auch in einem Temperaturzyklus bzw. beim Anfahren einer Temperaturrampe zu analysieren. Furthermore, as shown in FIG. 2, the measuring device 100 comprises an analysis unit 20, which is configured to use the data acquired by the three sensors 11, 12, 1 to form a two-dimensional or three-dimensional image of the one in the housing 2 sample 1 as a function of temperature. By the measuring device 100 with thermo unit 10 can therefore analyze the behavior of the sample as Fun ktion the temperature. The expansion, transition temperatures, deformation, as well as bending / shear loads, cracking and material fatigue of sample 1 can be investigated and analyzed. In particular, it is possible with the help of the thermal unit 10 possible different aspects of the sample 1 either at to analyze different constant temperatures as well as in a temperature cycle or when starting a temperature ramp.
[0025] Während lediglich ausgewählte Ausführungsformen ausgewählt worden sind, um die vorliegende Thermoeinheit und Messvorrichtung zu beschreiben, wird es Fachleuten anhand dieser Offenbarung ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen hierin gemacht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie dieser in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. While only selected embodiments have been selected to describe the present thermal unit and measuring apparatus, it will be apparent to those skilled in the art from this disclosure that various changes and modifications can be made therein without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims is defined to depart.

Claims

Titel: Messvorrichtung mit einer Thermoeinheit und Thermoeinheit Title: Measuring device with a thermo unit and thermo unit
Anmelder: Fries Research & Technology GmbH  Applicant: Fries Research & Technology GmbH
Unser Zeichen: 91626WO (VZ) Our sign: 91626WO (VZ)
Schutzansprüche protection claims
1 . Messvorrichtung (100) zur Bestimmung der Oberflächentopographie von mindestens einer Probe (1 ), umfassend: 1 . Measuring device (100) for determining the surface topography of at least one sample (1), comprising:
mindestens zwei Sensoren (1 1 , 12, 13);  at least two sensors (1 1, 12, 13);
mindestens ein Sensorträgerelement, welches ausgestaltet ist, die mindestens zwei Sensoren (1 1 , 12, 13) in horizontaler bzw. vertikaler Richtung zu verschieben; und  at least one sensor support element, which is configured to shift the at least two sensors (1 1, 12, 13) in the horizontal or vertical direction; and
eine Thermoeinheit (10) zur thermischen Belastung der mindestens einen Probe (1 ), wobei die mindestens zwei Sensoren mit der Thermoeinheit (10) ausgerichtet sind, die Thermoeinheit (10) umfassend:  a thermal unit (10) for thermal loading of the at least one sample (1), the at least two sensors being aligned with the thermal unit (10), the thermal unit (10) comprising:
ein Gehäuse (2), welches ausgestaltet ist, um die mindestens eine Probe (1 ) darin aufzunehmen, wobei das Gehäuse (2) mindestens eine transparente Abdeckung (3) aufweist; und  a housing (2) configured to receive the at least one sample (1) therein, the housing (2) having at least one transparent cover (3); and
einen Temperaturcontroller (4), welcher ausgestaltet ist, die Thermoeinheit (10) sowohl mit unterschiedlichen konstanten Temperaturen als auch mit unterschiedlichen Temperaturzyklen zur Temperierung der mindestens einen Probe (1 ) über einen Bereich von -190° C bis 1200°C zu regeln.  a temperature controller (4), which is designed to regulate the thermal unit (10) both with different constant temperatures and with different temperature cycles for controlling the temperature of the at least one sample (1) over a range of -190 ° C to 1200 ° C.
2. Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 , bei welcher die mindestens zwei Sensoren (1 1 , 12, 13) ausgestaltet sind, die geometrischen Eigenschaften der mindestens einen in dem Gehäuse (2) befindlichen Probe (1 ) zu vermessen. 2. Measuring device (100) according to claim 1, wherein the at least two sensors (1 1, 12, 13) are configured to measure the geometric properties of at least one in the housing (2) located sample (1).
3. Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend: eine Analyseeinheit (20), welche ausgestaltet ist, mit Hilfe der durch die mindestens zwei Sensoren (1 1 , 12, 13) erfassten Daten ein zwei- oder dreidimensionales Bild der in dem Gehäuse (2) befindlichen Probe (1 ) als Funktion der Temperatur zu erstellen. 3. Measuring device (100) according to claim 1 or 2, further comprising: an analysis unit (20) which is designed, with the aid of the data acquired by the at least two sensors (1 1, 12, 13), a two- or three-dimensional image of the sample (1) in the housing (2) as a function of the temperature to create.
4. Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der Temperaturcontroller (4) ausgestaltet ist, die mindestens eine Probe (1 ) mit einem Kühlmittel zu kühlen. 5. Messvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Thermoeinheit (10) mindestens ein Anschlusselement (6) aufweist, welches ausgestaltet ist, um die mindestens eine Probe (1 ) im Inneren des Gehäuses (2) mit unterschiedlichen Umgebungsmedien zu beaufschlagen. 6. Messvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Thermoeinheit (10) mindestens ein Montageelement (7) aufweist, welches ausgestaltet ist, um die Thermoeinheit (10) an einen Probentisch (30) zu montieren. 7. Thermoeinheit (10) zur thermischen Belastung von mindestens einer Probe (1 ), umfassend: 4. Measuring device (100) according to one of claims 1 to 3, wherein the temperature controller (4) is configured to cool the at least one sample (1) with a coolant. 5. Measuring device (100) according to one of the preceding claims, wherein the thermal unit (10) has at least one connection element (6) which is designed to the at least one sample (1) in the interior of the housing (2) with different ambient media apply. 6. Measuring device (100) according to one of the preceding claims, wherein the thermal unit (10) has at least one mounting element (7) which is designed to mount the thermal unit (10) to a sample table (30). 7. thermal unit (10) for thermal loading of at least one sample (1), comprising:
ein Gehäuse (2), welches ausgestaltet ist, um die mindestens eine Probe (1 ) darin aufzunehmen, wobei das Gehäuse (2) mindestens eine transparente Abdeckung (3) aufweist; und  a housing (2) configured to receive the at least one sample (1) therein, the housing (2) having at least one transparent cover (3); and
einen Temperaturcontroller (4), welcher ausgestaltet ist, die Thermoeinheit (10) sowohl mit unterschiedlichen konstanten Temperaturen als auch mit unterschiedlichen Temperaturzyklen zur Temperierung der mindestens einen Probe (1 ) über einen Bereich von -190° C bis 1200°C zu regeln.  a temperature controller (4), which is designed to regulate the thermal unit (10) both with different constant temperatures and with different temperature cycles for controlling the temperature of the at least one sample (1) over a range of -190 ° C to 1200 ° C.
Thermoeinheit (10) nach Anspruch 7, bei welcher der Temperaturcontroller (4) ausgestaltet ist, die mindestens eine Probe (1 ) mit einem Kühlmittel zu kühlen. The thermal unit (10) of claim 7, wherein the temperature controller (4) is configured to cool the at least one sample (1) with a coolant.
9. Thermoeinheit (10) nach Anspruch 7 oder 8, weiter umfassend: mindestens ein Anschlusselement (6), welches ausgestaltet ist, um die mindestens eine Probe (1 ) im Inneren des Gehäuses (2) mit unterschiedlichen Umgebungsmedien zu beaufschlagen. l O.Thermoeinheit (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, weiter umfassend. mindestens ein Montageelement (7), welches ausgestaltet ist, um die Ther- moeinheit (10) an einem Probentisch (30) zu montieren. 9. thermo unit (10) according to claim 7 or 8, further comprising: at least one connecting element (6), which is designed to act on the at least one sample (1) in the interior of the housing (2) with different ambient media. The thermoelectric unit (10) according to any one of claims 7 to 9, further comprising. at least one mounting element (7), which is designed to mount the thermal unit (10) on a sample table (30).
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