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Abb. 7-2 Schichtdickenmeßsystem Permascope und verwendeter Wirbelstromsensor ETA3.3H von Fischer bei der Vermessung der Naphthalinschichtdicke auf einer ebenen Platte LS Thermische Maschinen, BTU Cottbus · Studienarbeit Stefan Bischoff Abb. 7-3 Schichtdickenmeßsystem bestehend aus 3-Achsen Portalroboter, Verfahrsteuerung von Isel, Meß- und Steuerrechner, Schichtdickenmeßsystem Permascope von Fischer Das Schichtdickenmeßsystem arbeitet auf der Basis des Wirbelstromverfahrens nach DIN 50984. Dieses Verfahren läßt die Messung nichtleitender Schichten auf magnetischen und nichtmagnetischen Metallen zu. Dabei erzeugt eine HF-Spule Wirbelfelder, welche unter dem Einfluß einer metallischen Oberfläche geschwächt werden, d.h. der Scheinwiderstand (Impetanz) der HF-Erregerspule verringert sich mit der Annäherung an eine metallische Oberfläche, der Realteil des Meßsignals nimmt zu. Die Impetanz ist meßbar und dient als Indikator für den Abstand des Meßkopfes von der metallischen Oberfläche. Die Änderung der Impetanz ist von der Art der metallischen Oberfläche abhängig. Dies ist bei der Kalibrierung zu berücksichtigen. 54
LS Thermische Maschinen, BTU Cottbus · Studienarbeit Stefan Bischoff Die Kalibrierung des Schichtdickenmeßgerätes wird mit Dünnschicht-Folien vorgenommen, wobei die jeweiligen Materialien, aus denen die Modelle gefertigt werden, als unbeschichtete Referenzunterlage dienen. Bei der Vermessung der Schichtdicke wird der Wirbelstromsensor mit einer Kraft von 0,15 N auf die Naphthalinschicht aufgesetzt. Die Anpreßkraft resultiert aus dem Eigengewicht des Sensors, der in einer Gleitbuchse gelagert ist. Der Rubinkopf des Sensors hinterläßt so eine Einpreßkalotte auf der Naphthalinoberfläche, deren Einfluß aber unter der Voraussetzung ortsgleicher Wiederholmessung nach der Sublimation des Naphthalin im Windkanal wieder aufgehoben wird, da bei der zweiten Messung ein ähnlich tiefer Eindruck zu erwarten ist. Die aus der ersten Schichtdickenmessung stammende Einpreßkalotte ist zu diesem Zeitpunkt aufgrund der Sublimation in der Strömung des Windkanals bereits verschwunden. 7.5.3 Modell einer ebenen Platte Als Modell wird eine ebene Aluminium-Platte mit den Abmaßen 300 mm · 200 mm · 15 mm verwendet, deren Oberfläche gesandstrahlt wurde, Abb. 7-5. Die Platte wird mit einem Winkel von 30° in der vorderen Randzone angespitzt, um das Aufstauen der anströmenden Luft in der Anlaufzone zu verhindern. Entsprechend Kapitel 7.4 läßt sich der Bereich des Umschlags von der laminaren zur turbulenten Grenzschicht entlang der Plattenlänge x mit der Gleichung x krit Re krit⋅ µ = ρ ⋅ u Gl. 7-39 bestimmen. Der Umschlag ist mit einer Anströmgeschwindigkeit u von 20 m/s bzw. 40 m/s im Bereich 0,22 m ≤ x20 m/s ≤ 0,36 m bzw. 0,11 m ≤ x40 m/s ≤ 0,18 m zu erwarten. Im Versuch wird das Modell frei in die offene Meßstrecke des Umluftwindkanals Göttinger Bauart gehängt, Abb. 7-4. In der Abb. 7-4 ist in der oberen Bildhälfte ein Prandtl-Rohr und ein Pt100 Temperatursensor zur Bestimmung der Strömungsparameter, wie Totaldruck p bzw. Strömungstemperatur T0 in der Meßstrecke sichtbar. Die Temperatur der Modellplatte TModell wird ebenfalls mit einem Pt100 Temperatursensor aufgenommen. Die Temperaturdaten werden mit einem Prema 7015 Multimeter, die Druckdaten mit einem DSA 3018 Druckmeßmodul von Scanivalve sowie dem Barometer 740-16B von Paroscientific vermessen. 55
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