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tm - Technisches Messen

Plattform für Methoden, Systeme und Anwendungen der Messtechnik

[TM - Technical Measurement: A Platform for Methods, Systems, and Applications of Measurement Technology
]

Editor-in-Chief: Puente León, Fernando / Zagar, Bernhard

12 Issues per year


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ISSN
2196-7113
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Volume 84, Issue 12

Issues

Bestimmung der temperaturabhängigen Oberflächenspannung des Eisen-Nickel-Systems mittels elektromagnetischer Levitation

Determining temperature dependent surface tension of the iron-nickel system by means of electromagnetic levitation

Thomas LeitnerORCID iD: http://orcid.org/0000-0002-2438-1317 / Olivia Klemmer / Gernot PottlacherORCID iD: http://orcid.org/0000-0001-8486-0515
Published Online: 2017-10-12 | DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2017-0085

Zusammenfassung

Für das Eisen-Nickel-Legierungssystem wird die Oberflächenspannung in Abhängigkeit der Temperatur in der flüssigen Phase untersucht. Hierfür kommt an der Technischen Universität Graz (TU Graz) die Methode des oszillierenden Tropfens (engl.: oscillating drop, OD) in Kombination mit einer elektromagnetischen Levitations-Apparatur zum Einsatz.

Die elektromagnetische Levitation (EML) stellt eine elegante experimentelle Methode dar, um die Oberflächenspannung und Dichte von Reinmetallen und Legierungen zu untersuchen, da sie den Anforderungen einer kontaktfreien, behältnislosen Messmethode genügt. Mittels Hochgeschwindigkeitskameras und Software zur Kantenerkennung wird das Volumen sowie ein Frequenzspektrum der Oberflächenoszillationen der Probe ermittelt. Aus den Oszillationsfrequenzen kann schließlich die Oberflächenspannung berechnet werden.

Essentiell für dieses Experiment ist die Temperaturmessung, die ebenfalls kontaktlos mittels Einwellenlängen-Pyrometer durchgeführt wird, wobei eine Kalibration des Emissionsgrades bei einer Referenztemperatur, z. B. am Schmelz- oder Erstarrungsplateau erfolgt. Zusätzlich wird seit kurzem ein Zweiwellenlängen-Pyrometer im Quotientenmodus genutzt, um die Resultate der Temperaturmessung zu überprüfen.

Diese Arbeit enthält aktuelle experimentelle Messergebnisse mit einer Unsicherheitsangabe nach GUM. Die ermittelten Messdaten werden, sofern verfügbar, mit bereits existierenden experimentellen Daten aus der Literatur verglichen.

Abstract

The oscillating drop method in combination with an electromagnetic levitation device is used at Graz University of Technology (TU Graz) to investigate the iron-nickel alloy system regarding the surface tension of the material and its temperature dependence in the liquid phase.

Electromagnetic levitation is an elegant experimental approach to determine surface tension and density of metals and alloys due to its inherent advantage of fulfilling the requirements of a non-contact, container-less measurement. High-speed cameras and edge detection software are used to record and analyse the samples' surface oscillations and volume as well as to generate a frequency spectrum to calculate surface tension.

A crucial part of the experiment is temperature measurement, using a single-wavelength pyrometer where the emissivity is calibrated at a reference temperature, e.g. at the melting/solidification plateau. Additionally, a dual-wavelength pyrometer is available to cross-check the temperature measurement.

We present recent results of our measurements, including uncertainties according to GUM. The data obtained will be compared to existing reference values from literature.

Schlagwörter: Oberflächenspannung; Eisen-Nickel-System; Pyrometrie; Elektromagnetische Levitation

Keywords: Surface tension; iron-nickel system; pyrometry; electromagnetic levitation

Danksagung

Wir danken der Firma Böhler Edelstahl GmbH & Co KG für die Bereitstellung der Eisen-Nickel-Legierung-Proben sowie dem TU Graz Open Access Publikationsfonds für Unterstützung.

Weiters danken wir Dipl.-Ing. Matthias Leitner und Dipl.-Ing. Peter Pichler für bereichernde Diskussionen und die aufmerksame Durchsicht dieser Arbeit.

About the article

Thomas Leitner

Thomas Leitner studierte technische Physik an der Technischen Universität Graz. Seit 2016 arbeitet er im Rahmen seiner Dissertation als Universitätsassistent am Institut für Experimentalphysik der TU Graz. Der Forschungsschwerpunkt liegt auf der Bestimmung thermophysikalischer Daten mittels elektromagnetischer Levitation.

Institut für Experimentalphysik, Technische Universität Graz, NAWI Graz, Petersgasse 16, 8010 Graz, Austria, Tel.: +43 316 873 8927

Olivia Klemmer

Olivia Klemmer studierte Sportwissenschaften an der Karl-Franzens-Universität Graz und technische Physik an der Technischen Universität Graz. Am Institut für Experimentalphysik verfasste sie ihre Diplomarbeit über die Bestimmung der Oberflächenspannung des Eisen-Nickel-Systems mithilfe elektromagnetischer Levitation.

Institut für Experimentalphysik, Technische Universität Graz, NAWI Graz, Petersgasse 16, 8010 Graz, Austria

Gernot Pottlacher

Gernot Pottlacher erhielt 1982 sein Diplom in Physik von der Technischen Universität Graz bzw. promovierte 1987 in Physik an der Technischen Universität Graz. Im Jahre 1999 habilitierte er ebendort. Er ist der Leiter der Arbeitsgruppe Thermophysik und Metallphysik am Institut für Experimentalphysik an der Technischen Universität Graz.

Institut für Experimentalphysik, Technische Universität Graz, NAWI Graz, Petersgasse 16, 8010 Graz, Austria, Tel.: +43 316 873 8149


Revised: 2017-08-29

Accepted: 2017-09-06

Received: 2017-07-10

Published Online: 2017-10-12

Published in Print: 2017-12-20


Diese Arbeit wird von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) im Rahmen der 23. Ausschreibung des Brückenschlagprogramms (Bridge-Programm), Projekt „Surfacetension-Steel“ (Projekt-Nr. 855678) gefördert.


Citation Information: tm - Technisches Messen, Volume 84, Issue 12, Pages 787–796, ISSN (Online) 2196-7113, ISSN (Print) 0171-8096, DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2017-0085.

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©2017 Thomas Leitner et al., published by de Gruyter.. This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 License. BY-NC-ND 4.0

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