Operating principe
The determination of a heat flux 
is based on the measurement of a temperature drop (temperature difference) Δϑ across a thermal resistor.
The thermal resistance of a layer depends on its thickness Δx and thermal conductivity λ.
The thermal resistance of a heat flux sensor should be as small as possible to minimize the associated change of the measured heat flux. Therefore very small temperature differences have to be measured. This is carried out by a thermopile, i.e. a series connection of several hundreds of thermocouples.
With the known number of thermocouples N and the Seebeck-coefficient α of the thermocouple the heat flux can be calculated:
The measured thermovoltage U is proportional to the heat flux. Since some of the parameters can’t be determined with sufficient accuracy and can change as a function of time, heat flux sensors have to be calibrated at regular time intervals. The calibration constant c relates the heat flux with the measured thermovoltage.
Er gibt an, welche Wärmestromdichte durch die Wärmeflussmessplatte fließen muss, damit eine Spannung von 1 mV entsteht. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit unserer Wärmeflussmessplatten (dem entsprechen kleine Kalibrierwerte) liefern diese typisch Spannungen im Millivoltbereich. Diese können bequem mit handelsüblicher Messtechnik erfasst werden. Da zudem der Quellwiderstand (Innenwiderstand) der Wärmeflussmessplatten relativ gering ist, werden in der Regel keine geschirmten Leitungen zum Anschluss benötigt.
Das Anbringen einer Wärmeflussmessplatte verursacht immer eine Störung des ursprünglich vorhandenen Temperaturfeldes. Die Verringerung der Wärmestromdichte durch den zusätzlichen Wärmewiderstand kann leicht abgeschätzt werden und ist meist zu vernachlässigen. Jedoch wird auch die Eindimensionalität des Temperaturfeldes gestört (“ein Teil des Wärmestroms geht um die Wärmeflussmessplatte herum”). Die Folge ist, dass der Wärmestrom im Randbereich der Wärmeflussmessplatte geringer ist als in deren Zentrum. Bei der Kalibrierung wird jedoch durch geeignete Maßnahmen dafür Sorge getragen, dass die gesamte Wärmeflussmessplatte von einem homogenen Wärmestrom durchflossen wird. Um dadurch bedingte Messfehler zu vermindern, befindet sich um den Bereich der Thermoelemente (die aktive Fläche) ein breiter Randstreifen, der sogenannte Schutzring. Dieser ist genauso aufgebaut wie die eigentliche Wärmeflussmessplatte, jedoch ohne Thermoelemente. Eine Verringerung des Wärmeflusses soll nur auf den Schutzringbereich beschränkt bleiben und hat demzufolge keinen Einfluss auf das Messergebnis.
Der benötigte Wärmewiderstand wird durch ein streifenförmiges Trägermaterial, auf welches die Thermoelementpaarungen aufgebracht werden, realisiert. Bei den starren Wärmeflussmessplatten sind diese Thermoelementketten mit Epoxidharz vergossen und von einer Laminatschicht abgedeckt.
Bei den flexiblen Typen ist die Vergussmasse ein Silikongummi.
Wegen des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials, der Temperaturabhängigkeit des Wärmewiderstandes und der Temperaturabhängigkeit des Seebeckkoeffizienten, ist der Kalibrierwert von der Einsatztemperatur des Sensors abhängig.
Diese Abhängigkeit wurde für unsere Sensoren in einer Plattenapparatur bestimmt. Das Ergebnis dieser Messungen zeigt eine nahezu lineare Abhängigkeit der Kalibrierwerte von der Temperatur. Damit kann zur Verbesserung der Genauigkeit von Wärmeflussmessungen in einem erweiterten Temperaturbereich eine measurement .
is based on the measurement of a temperature drop (temperature difference) Δϑ across a thermal resistor.
The thermal resistance of a layer depends on its thickness Δx and thermal conductivity λ.
The thermal resistance of a heat flux sensor should be as small as possible to minimize the associated change of the measured heat flux. Therefore very small temperature differences have to be measured. This is carried out by a thermopile, i.e. a series connection of several hundreds of thermocouples.
With the known number of thermocouples N and the Seebeck-coefficient α of the thermocouple the heat flux can be calculated:
The measured thermovoltage U is proportional to the heat flux. Since some of the parameters can’t be determined with sufficient accuracy and can change as a function of time, heat flux sensors have to be calibrated at regular time intervals. The calibration constant c relates the heat flux with the measured thermovoltage.
Er gibt an, welche Wärmestromdichte durch die Wärmeflussmessplatte fließen muss, damit eine Spannung von 1 mV entsteht. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit unserer Wärmeflussmessplatten (dem entsprechen kleine Kalibrierwerte) liefern diese typisch Spannungen im Millivoltbereich. Diese können bequem mit handelsüblicher Messtechnik erfasst werden. Da zudem der Quellwiderstand (Innenwiderstand) der Wärmeflussmessplatten relativ gering ist, werden in der Regel keine geschirmten Leitungen zum Anschluss benötigt.
Das Anbringen einer Wärmeflussmessplatte verursacht immer eine Störung des ursprünglich vorhandenen Temperaturfeldes. Die Verringerung der Wärmestromdichte durch den zusätzlichen Wärmewiderstand kann leicht abgeschätzt werden und ist meist zu vernachlässigen. Jedoch wird auch die Eindimensionalität des Temperaturfeldes gestört (“ein Teil des Wärmestroms geht um die Wärmeflussmessplatte herum”). Die Folge ist, dass der Wärmestrom im Randbereich der Wärmeflussmessplatte geringer ist als in deren Zentrum. Bei der Kalibrierung wird jedoch durch geeignete Maßnahmen dafür Sorge getragen, dass die gesamte Wärmeflussmessplatte von einem homogenen Wärmestrom durchflossen wird. Um dadurch bedingte Messfehler zu vermindern, befindet sich um den Bereich der Thermoelemente (die aktive Fläche) ein breiter Randstreifen, der sogenannte Schutzring. Dieser ist genauso aufgebaut wie die eigentliche Wärmeflussmessplatte, jedoch ohne Thermoelemente. Eine Verringerung des Wärmeflusses soll nur auf den Schutzringbereich beschränkt bleiben und hat demzufolge keinen Einfluss auf das Messergebnis.
Der benötigte Wärmewiderstand wird durch ein streifenförmiges Trägermaterial, auf welches die Thermoelementpaarungen aufgebracht werden, realisiert. Bei den starren Wärmeflussmessplatten sind diese Thermoelementketten mit Epoxidharz vergossen und von einer Laminatschicht abgedeckt.
Bei den flexiblen Typen ist die Vergussmasse ein Silikongummi.
Wegen des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials, der Temperaturabhängigkeit des Wärmewiderstandes und der Temperaturabhängigkeit des Seebeckkoeffizienten, ist der Kalibrierwert von der Einsatztemperatur des Sensors abhängig.
Diese Abhängigkeit wurde für unsere Sensoren in einer Plattenapparatur bestimmt. Das Ergebnis dieser Messungen zeigt eine nahezu lineare Abhängigkeit der Kalibrierwerte von der Temperatur. Damit kann zur Verbesserung der Genauigkeit von Wärmeflussmessungen in einem erweiterten Temperaturbereich eine measurement .