Zeitschriftenaufsätze und Buchbeiträge

Local Lorentz force velocimetry (local LFV) is a contactless velocity measurement technique for liquid metals. Due to the relative movement between an electrically conductive fluid and a static applied magnetic field, eddy currents and a flow-braking Lorentz force are generated inside the metal melt. This force is proportional to the flow rate or to the local velocity, depending on the volume subset of the flow spanned by the magnetic field. By using small-size magnets, a localized magnetic field distribution is achieved allowing a local velocity assessment in the region adjacent to the wall. In the present study, we describe a numerical model of our experiments at a continuous caster model where the working fluid is GaInSn in eutectic composition. Our main goal is to demonstrate that this electromagnetic technique can be applied to measure vorticity distributions, i.e. to resolve velocity gradients as well. Our results show that by using a cross-shaped magnet system, the magnitude of the torque perpendicular to the surface of the mold significantly increases improving its measurement in a liquid metal flow. According to our numerical model, this torque correlates with the vorticity of the velocity in this direction. Before validating our numerical predictions, an electromagnetic dry calibration of the measurement system composed of a multicomponent force and torque sensor and a cross-shaped magnet was done using a rotating disk made of aluminum. The sensor is able to measure simultaneously all three components of force and torque, respectively. This calibration step cannot be avoided and it is used for an accurate definition of the center of the magnet with respect to the sensor's coordinate system for torque measurements. Finally, we present the results of the experiments at the mini-LIMMCAST facility showing a good agreement with the numerical model.

Bei Waagen nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation wird die auf eine Waagschale wirkende Gewichtskraft eines Wägegutes durch eine elektromagnetische Gegenkraft kompensiert. Nach dem Stand der Technik wird der Zusammenhang zwischen dem, die Gegenkraft erzeugendem Aktorstrom durch eine Spule und der Gewichtskraft des Wägegutes durch Kalibrierung mit Massenormalen hergestellt. Mit der für 2018 zu erwartenden Neudefinition der SI-Einheit der Masse durch Festlegung eines Wertes der Planck-Konstanten wird ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen den mechanischen und elektrischen Größen geschaffen, so dass das aus Fundamentalexperimenten bekannte Wattwaagenprinzip zur Kalibrierung von Massen eingesetzt werden kann. Im vorliegenden Artikel wird eine darauf aufbauende Methode zur Bestimmung des Kraftfaktors Bl einer kommerziellen EMK-Wägzelle vorgestellt. Dies geschieht durch die simultane Messung der Spannung über der im Magnetfeld bewegten Spule und deren Geschwindigkeit. Dabei wird im vorgestellten Verfahren die Spule gleichzeitig zur Erzeugung der Bewegung mit einem harmonischen Wechselsignal bestromt. Die Frequenz der harmonischen Bewegung hat hierbei maßgeblichen Einfluss auf die Unsicherheit des resultierenden Kraftfaktors. Eine Trennung der Spannungsanteile über der Spule erfolgt durch simultane Messung von Strom und Spannung an der Spule und Auswertung unter Berücksichtigung der vorliegenden Amplituden und Phasenlagen. Die Spule ist hierbei, wie bei kommerziellen EMK-Wägezellen üblich, über ein mechanisches Hebelwerk angekoppelt. Durch diese Hebelübersetzung ist es möglich, mit einem kompakten elektrodynamischen Aktuator (Spule-Permanentmagnetsystem), einen großen wirksamen Kraftfaktor zu realisieren. - Im Ergebnis können mit dem System Kräfte in beliebiger Raumrichtung gemessen bzw. erzeugt werden, wobei die Massebestimmung einen Spezialfall darstellt, für den zusätzlich die lokale Fallbeschleunigung bekannt sein muss. Unter Nutzung der gleichen Methodik kann durch Vertauschung von Eingangs- und Ausgangsgrößen des Formalismus, die EMK-Wägezelle auch als Positionssensor eingesetzt werden. Hierbei erfolgt unter Zuhilfenahme eines Referenzgewichtes (Justiergewichtes) und der Ausgangsspannung des Positionssensors des Wägesystems eine Kalibrierung der Auslenkung des Koppelstücks. Für beide Verfahren werden im Gegensatz zu Fundamentalexperimenten industriell relevante Messunsicherheiten im ppm-Bereich angestrebt. Es werden Messungen für beide Messmodi auf Basis kommerziell verfügbarer EMK-Wägezellen und elektrischer Messtechnik vorgestellt und diskutiert.

Die Fachtagung TEMPERATUR 2017, die am 17. und 18. Mai 2017 in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Berlin stattfand, blickt mittlerweile auf eine langjährige Tradition zurück. In Zusammenarbeit mit der Wissenschaftlich-Technischen Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik und dem Bezirksverband Suhl der Kammer der Technik wurde die Fachtagung TEMPERATUR unter der Leitung von Dr. Frank Bernhard von der Technischen Universität Ilmenau erstmalig im Jahr 1980 organisiert und dann 1982, 1986 sowie 1989 fortgesetzt. Nach der deutschen Wiedervereinigung hat sich die Tagungsreihe TEMPERATUR im gesamten deutschsprachigen Raum als bedeutende Fachtagung zu Verfahren und Geräten der Temperatur- und Gasfeuchtemessung etabliert und wurde nun regelmäßig von der PTB organisiert.