Titelaufnahme

Titel
Measurements of thermal properties with a dual-needle-probe for planetary applications / Patrick Tiefenbacher
Verfasser/ VerfasserinTiefenbacher, Patrick
Begutachter / BegutachterinKömle, Norbert
Erschienen2014
UmfangXXI, 167 S. : Zsfassungen (2 Bl.) ; Ill., graf. Darst.
HochschulschriftGraz, Univ., Dipl.-Arb., 2014
Anmerkung
Zsfassungen in dt. und engl. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (GND)Planet / Oberfläche / Thermodynamische Eigenschaft / Planet / Oberfläche / Thermodynamische Eigenschaft / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-77435 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Measurements of thermal properties with a dual-needle-probe for planetary applications [27.36 mb]
Links
Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die thermischen Eigenschaften der Oberflächenchichten eines Planeten oder planetaren Objektes liefern aufschlussreiche Informationen der thermischen Entwicklung des Objektes und der Wechselwirkungen mit seiner Umgebung. Viele planetare Körper unseres Sonnensystems sind mit s.g. Regolith überzogen, ein körniges und poröses Material. Der dominierende Wärmetransportmechanismus auf solchen Körpern ist die Wärmeleitung. Die Energiebilanz wird dabei hauptsächlich durch die effektive Wärmeleitfähigkeit der Oberflächenschichten gesteuert. Dieser Parameter kann direkt mittels Wärmeleitfähigkeitssonden gemessen werden, wofür die Ein-Sonden-Methode Anwendung findet. Zusätzliche Kenntnis der spezifischen Wärmekapazität führt zu mehr Information über die thermischen Eigenschaften des jeweiligen Körpers. Den Vorteil der gleichzeitigen Messung beider Parameter bietet die Zwei-Nadel-Methode. Typische Zwei-Nadel-Sonden bestehen aus zwei parallelen Nadeln von denen eine als Heizsonde, die andere als Temperaturmesssonde dient.Das Ziel dieser Arbeit ist zweifältig. Da stabile Messsonden eine nicht-ideale Geometrie besitzen, ist eine Kalibrierung unabdingbar. Im ersten Schritt wurde jede Nadel mit einem handelsüblichen Referenzsensor kalibriert. Im zweiten Schritt wurden diese kalibrierten Sensornadeln für eine Zwei-Nadel-Konfiguration verwendet. Es wurden dafür mehrere Messungen mit Heizzeiten von 10 s bis 30 s und mit den Ergebnissen eines Finite-Elemente-Modells verglichen. In diesem Modell wurde, um die beste Anpassung an die Messdaten zu finden, der thermische Widerstand an den Grenzflächen Kern/Mantel der Sonde und Mantel/Medium variiert. Zusätzlich zu einer verbesserten Messgenauigkeitder Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität bilden die Ergebnisse dieser Arbeit die Basis für zukünftige Untersuchungen zu den Auswirkungen des Übergangswiderstandes, des Wärmeabflusses über die Kabel, der Sensorradien und der Anordnung von Multi-Nadel-Sonden.

Zusammenfassung (Englisch)

The thermal properties of the surface and subsurface layers of planets and planetary objects yield important information that allows us to better understand the thermal evolution of the body itself and the interactions of this body with its environment. Various planetary bodies of our Solar System are covered by so-called regolith, a granularand porous material. On such planetary bodies, like the Moon or Mars the dominant heat transfer mechanism is heat conduction. In this case the energy balance is mainly controlled by the effective thermal conductivity of the top surface layers, that can be directly measured by thermal conductivity probes. The single-probe method is traditionallyused to measure the thermal conductivity. However, the heat capacity can yield more information about the thermal properties of a body. Therefore the dual-probe method is used whose strength lies in facilitating the measurement of both thermal quantities with good accuracy. Typical dual-probes consist of two parallel needles, a heater and a temperature sensor.The aim of this work is twofold. Since ruggedized probes have a non-ideal geometry a calibration of the probes is indispensable. So, as a first step, each needle of the dualprobe was calibrated with an off-the-shelf reference sensor. In the second step these calibrated needle probes were used in a dual-probe configuration in the following way. Measurements with heat pulse durations from 10 s to 30 s in different samples were performed and compared to the results of a infinite element model. In this model the thermal resistance at the boundaries between core and sheath of the probe and between sheath and sample were varied to find the best fit to the measured data. In addition to an improved accuracy of thermal conductivity and heat capacity measurements, the results of this thesis form the basis for further investigations on the effects of contact resistances, heat drain through wires and arrangements of multi-needle probes.

Statistik
Das PDF-Dokument wurde 67 mal heruntergeladen.