@incollection{Hartmann, author = {Hartmann, J{\"u}rgen}, title = {Comparison of the New NPL Primary Standard Ag Fixed-Point Blackbody Source with the Primary Standard Fixed}, series = {Temperature: Its measurement and control in science and industry, volume 7}, booktitle = {Temperature: Its measurement and control in science and industry, volume 7}, editor = {Ripple, Dean C.}, publisher = {American Institute of Physics}, isbn = {0-7354-0153-5}, publisher = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften W{\"u}rzburg-Schweinfurt}, abstract = {Above the freezing point of silver (96178 C), the International Temperature Scale of 1990 is defined in terms of Planck's radiation law. The scale is maintained and disseminated using a validated and linear pyrometer in conjunction with a blackbody reference source at either the Ag, Au (1064.18 C) or Cu (1084.62 C) freezing point. In order to realize the scale with the highest precision high quality, well-characterised, reproducible fixed-point blackbody sources are required. Such sources have been maintained at NPL for a number of years, but it was felt that improvements to the design would be beneficial. A new Agpoint blackbody source has therefore been constructed. The new design will improve the quality and reproducibility of the melting and freezing plateaux and reduce errors due to the "out-of-focus" size-of-source effect which is difficult to measure and to eliminate. Full details of the design of the new source …}, language = {en} } @article{Hartmann, author = {Hartmann, J{\"u}rgen}, title = {Thermal diffusivity measurements on two-layered and three-layered systems with the laser-flash method}, series = {High Temperatures - High Pressures}, volume = {25}, journal = {High Temperatures - High Pressures}, pages = {231 -- 238}, abstract = {A research effort is reported in which the thermal diffusivity of coatings on substrate materials has been determined. The measurements were performed with a conventional laser-flash apparatus with rear-side detection of the temperature response with an infrared detector. In the evaluation of the data the theoretica! curve is fitted to the complete recorded temperature-time curve, instead of just using the t1/2 point. It is also demonstrated how to include the influence of a thermal contact resistance between the two layers in the evaluation. The paper presents measurements on two-layered and three-layered heat-barrier systems consisting of ZrO, and Ni CrA| Y on nickel.}, language = {en} } @article{HartmannVoelker, author = {Hartmann, J{\"u}rgen and V{\"o}lker, S.}, title = {Thermisches Management an Lichtquellen}, address = {Wien}, abstract = {Hauptaufgabe von Lichtquellen ist die Beleuchtung, also die Erzeugung von sichtbarer Strahlung und somit Licht. Allerdings entsteht bei der Erzeugung von Licht auch unerw{\"u}nschte W{\"a}rme, die effizient abgeleitet werden muss. Bei klassischen thermische Lichtquellen wird Licht {\"u}ber die elektrische Heizung von Wolframdr{\"a}hten bis zu Temperaturen von 3000 K erzeugt. Auch bei dieser Temperatur liegt der {\"u}berwiegende Teil der emittierten Strahlung im unsichtbaren infraroten Bereich des optischen Spektrums. Entladungslampen erzeugen Licht auf nichtthermischem Wege. Da aber auch hier die Elektroden auf Temperaturen {\"u}ber 2000 K erhitzt werden, leiden Entladungslampen ebenfalls unter thermischer Belastung. In modernen Festk{\"o}rperlichtquellen wie LEDs, gleichsam nichtthermische Lichtquellen, erzeugt der elektrische Strom eine Joulesche Erw{\"a}rmung des Bauteils, dessen Temperatur f{\"u}r optimalen Betrieb {\"u}blicherweise unter 420 K bleiben sollte. Solche, im Vergleich zu den anderen Lichtquellen niedrigen Temperaturen, verhindern eine effiziente Strahlungsk{\"u}hlung, so dass eine K{\"u}hlung durch Konvektion oder Leitung erfolgen muss. Alle genannten Lichtquellen erfordern ein optimales Thermisches Management, dh die Einstellung und Einhaltung einer optimalen Betriebstemperatur, f{\"u}r optimale Effizienz und Lebensdauer. In diesem Beitrag werden die genannten Generationsmechanismen f{\"u}r Licht sowie die Untersuchung der thermischen Belastung der unterschiedlichen Lichtquellen beschrieben und m{\"o}gliche Optimierungswege diskutiert. Einige Beispiele verdeutlichen die Relevanz des Thermischen Managements f{\"u}r die …}, language = {de} } @inproceedings{HartmannTaubertAnhaltetal., author = {Hartmann, J{\"u}rgen and Taubert, Dieter Richard and Anhalt, Klaus and Gutschwager, B. and Monte, C. and Hollandt, J{\"o}rg}, title = {Radiation thermometry, thermodynamic temperature and emissivity measurements at the PTB}, publisher = {Encuentro Nacional de Metrolog{\´i}a El{\´e}ctrica 2009}, address = {Queretaro (Mexico)}, abstract = {To meet the increasing demand of calibrations in the field of radiation thermometry, the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) operates two different setups for calibrations covering the temperature range from-60 C up to 3000 C. The first setup consists of several heat-pipe blackbodies in conjunction with platinum resistance thermometers, calibrated according to the International Temperature Scale of 1990 (ITS-90) and is applied for calibrations in the temperature range from-60 C to 961.78 C. In the temperature range from 962 C to 3000 C the calibration is based on high temperature blackbodies. The temperature of these blackbodies is determined in two independent ways: traceable to the ITS-90 gold fixed point or via absolutely calibrated filter radiometers (FR) traceable to the detector primary standard, the cryogenic radiometer. Taking advantage from the high accuracy of the FR calibration, these FRs have also been successfully used for the investigation of the thermodynamic accuracy of the ITS-90 in the range from 419 C to 962 C. For non-contact temperature measurements, the emissivity of the observed object is one of the most important parameters. Therefore, PTB has set up instrumentations for measuring the directional spectral and total emissivity of samples in air from 80 C up to 400 C over a spectral range from 4 µm to 40 µm and under vacuum from 0 C to 600 C and in the spectral range from 1 µm to 1000 µm.}, language = {en} } @incollection{HartmannZipfManaraetal., author = {Hartmann, J{\"u}rgen and Zipf, Matthias and Manara, Jochen and Stark, Thomas and Arduini, Mariacarla and Ebert, Hans-Peter}, title = {Ber{\"u}hrungslose Temperaturmessung an Verbrennungsgasen bei hohen Temperaturen und hohen Dr{\"u}cken}, series = {20. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2019}, booktitle = {20. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2019}, isbn = {978-3-9819376-0-2}, publisher = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften W{\"u}rzburg-Schweinfurt}, pages = {183 -- 190}, abstract = {Station{\"a}re Gasturbinen sind von großer Bedeutung f{\"u}r die heutige Energieversorgung. Der Wirkungsgrad einer Gasturbine steigt mit zunehmender Heißgastemperatur an. Turbinenhersteller bzw. Kraftwerksbetreiber sind daher bestrebt, Turbinen bei der h{\"o}chsten materialtechnisch m{\"o}glichen Heißgastemperatur einzusetzen. Eine entsprechende Prozessoptimierung des Turbinenbetriebs setzt somit die exakte Kenntnis der Gastemperaturen w{\"a}hrend des Betriebs und damit eine verl{\"a}ssliche Messung derselben voraus. Zur Messung der Gastemperatur werden derzeit in der Regel Thermoelemente unmittelbar im Abgasstrom platziert. Aufgrund der dort vorherrschenden extremen Bedingungen degradieren diese Sensoren allerdings sehr schnell. Ein alternativer Ansatz sieht die Entwicklung eines ber{\"u}hrungslosen Messverfahrens auf der Grundlage von Strahlungsthermometern vor. F{\"u}r die Umsetzung dieses Vorhabens ist die genaue Kenntnis des Verhaltens der infrarot-optischen Emissions- und Transmissionsspektren der im Abgasstrom enthaltenen Gase bei hohen Temperaturen und Dr{\"u}cken eine wesentliche Voraussetzung. Aus diesem Grund wurde am ZAE Bayern eine Hochtemperatur-Hochdruck-Gaszelle entwickelt, die es in Verbindung mit einem FTIR-Spektrometer erlaubt, Gase und Gasgemische hinsichtlich dieser Gesichtspunkte zu charakterisieren. In dieser Arbeit wird die neue Messapparatur vorgestellt und Gasgemische, die f{\"u}r die Turbinenanwendungen relevant sind, werden analysiert. Zur Identifizierung eines geeigneten Wellenl{\"a}ngenbereichs f{\"u}r die geplante ber{\"u}hrungslose Temperaturmessung wurden erste Messungen durchgef{\"u}hrt, auf deren Grundlage ein ad{\"a}quater Wellenl{\"a}ngenbereich ermittelt werden konnte.}, language = {de} } @incollection{HartmannManaraZipfetal., author = {Hartmann, J{\"u}rgen and Manara, Jochen and Zipf, Matthias and Stark, Thomas and Knopp, Kevin and Z{\"a}nglein, Marc and Schreiber, Ekkehard and Schmidt, Franz and Brunner, Martin and M{\"u}ller, Michael}, title = {Experimental set-up for dynamic material investigation at high temperatures}, series = {Sensors and Measuring Systems; 19th ITG/GMA-Symposium}, booktitle = {Sensors and Measuring Systems; 19th ITG/GMA-Symposium}, publisher = {VDE Verlag}, isbn = {978-3-8007-4683-5}, publisher = {Hochschule f{\"u}r Angewandte Wissenschaften W{\"u}rzburg-Schweinfurt}, pages = {516 -- 519}, abstract = {Energy efficiency and operation safety in energy conversion, process technology, and aerospace engineering requires advanced material investigation, in particular at high temperatures to characterize the materials and components. Additionally, modern additive manufacturing methods, in particular the 3D metal laser printer requires a detailed control of the melting temperature. Many applications are based on a layered structures, e.g. thermal barrier coatings in gas turbines. Also components manufactured by additive manufacturing pose a layered structure. In these structures the mechanical contact between the layers and to the substrate is of high interest. Besides, the complete characterisation of the additive manufactured component is important for its later application. To cope with these new demands, the University of Applied Sciences Wuerzburg - Schweinfurt (FHWS) and the Bavarian Center for Applied …}, language = {en} } @article{HartmannManaraStarketal., author = {Hartmann, J{\"u}rgen and Manara, Jochen and Stark, Thomas and Zipf, Matthias and Arduini, Mariacarla and Ebert, Hans-Peter and Tutschke, Andreas and Hallam, Andrew and Hanspal, Jagdevinder and Langley, Mark}, title = {Entwicklung und Test eines langwelligen Strahlungsthermometers zur ber{\"u}hrungslosen Temperaturmessung in Gasturbinen w{\"a}hrend des Betriebs}, series = {tm - Technisches Messen}, volume = {85}, journal = {tm - Technisches Messen}, number = {1}, publisher = {Oldenbourg Wissenschaftsverlag}, address = {Berlin/Boston}, doi = {https://doi.org/10.1515/teme-2017-0077}, pages = {28 -- 39}, abstract = {The aim of this work was the development of a long wavelength infrared radiation thermometer for the non-contact measurement of surface temperatures in stationary gas turbines during operation within the EU-project „Sensors Towards Advanced Monitoring and Control of Gas Turbine Engines (acronym STARGATE)". In this work, the infrared-optical properties of the thermal barrier coatings and the combustion gases were determined at ZAE Bayern at high temperatures up to 1600 K and pressures up to 13 bar. Based on these experimental characterizations, a suitable spectral range could be identified which lies around 10 μm for the long-wavelength infrared radiation thermometer. According to these findings, a laboratory setup with suitable optical components (filters, IR-fibers, etc.) was firstly realized and verified. Subsequently, a prototype for measurements in gas turbines during operation of the turbines has …}, language = {de} } @inproceedings{Hartmann, author = {Hartmann, J{\"u}rgen}, title = {Eutektische Hochtemperatur-Fixpunkte f{\"u}r die Dynamische Differenzkalorimetrie}, publisher = {Sensoren und Messsysteme 2010 - 15. ITG/GMA-Fachtagung}, abstract = {Eutektische Metall-Kohlenstoff-(M-C)-Fixpunkte erweitern den Temperaturbereich in dem Hochtemperaturfixpunkte eingesetzt werden k{\"o}nnen vom h{\"o}chsten Temperaturfixpunkt der derzeit g{\"u}ltigen Internationalen Temperaturskala von 1990 (ITS-90) der Erstarrungstemperatur von Kupfer bei 1357.77 K bis hin zu Temperaturen von bis zu 3500 K. Bislang sind diese Hochtemperaturfixpunkte ausschließlich eingesetzt worden, um die Kalibrierung von Strahlungsthermometern und Thermoelementen zu vereinfachen. Herk{\"o}mmlicherweise ist das Fixpunktmaterial dabei in einem Graphittiegel, in den ein Hohlraumzylinder eintaucht, gefasst. Der Hohlraumzylinder dient dabei als Schwarzk{\"o}rper f{\"u}r ein Strahlungsthermometer und als Tauchrohr f{\"u}r Anwendungen in der Ber{\"u}hrungsthermometrie. Oberhalb von 1300 K w{\"u}rde auch die Messung thermophysikalischer Eigenschaften, d.h. Methoden der thermischen Analyse wie die dynamische Differenzkalorimetrie (DSC), die Laserflash-Methode oder die Dilatometrie, signifikant von der in-situ Anwendung der eutektischen Metallkohlenstoff-Fixpunkte profitieren. Der Beitrag pr{\"a}sentiert die Entwicklung und Untersuchung von Metallkohlenstoff-Hochtemperaturfixpunkten f{\"u}r die Anwendung in DSC Messapparaturen im Temperaturbereich bis 2300 K. Im Gegensatz zu der etablierten Anwendung in Strahlungsthemometrie und Ber{\"u}hrungsthemometrie sind die Materialmengen, die f{\"u}r eine Temperaturkalibrierung ben{\"o}tigt werden, in der thermischen Analyse mit einigen Milligramm Fixpunktmaterial sehr gering. Spezielle Verfahren wurden dabei f{\"u}r die effektive Pr{\"a}paration solch kleiner, und f{\"u}r den Einsatz als Temperaturfixpunkt hochreiner, Probenmassen entwickelt.}, language = {de} } @inproceedings{Hartmann, author = {Hartmann, J{\"u}rgen}, title = {Optische Hochtemperaturmesstechnik f{\"u}r die Thermometrie, Radiometrie und Photometrie}, publisher = {Sensoren und Messsysteme 2010 - 15. ITG/GMA-Fachtagung}, abstract = {Die Temperaturmessung {\"u}ber die emittierte W{\"a}rmestrahlung ist seit {\"u}ber hundert Jahren ein innovatives Feld der Messtechnik und der Grundlagenphysik. Ein erster H{\"o}hepunkt war Gustav Kirchhoffs theoretisches Prinzip eines Schwarzen K{\"o}rpers mit idealen - von Material und Form unabh{\"a}ngigen - Emissionseigenschaften f{\"u}r W{\"a}rmestrahlung. Diese fr{\"u}hen Entwicklungen gipfelten in Max Planck's ber{\"u}hmtem Strahlungsgesetz, das die Emission von W{\"a}rmestrahlung exakt beschreibt und den Beginn der modernen Quantenphysik einleitet. Die quantitative Messung von W{\"a}rmestrahlung erfordert die Kenntnis von Quellen- und Detektoreigenschaften. Im Bereich der Erzeugung von W{\"a}rmestrahlung werden noch heute die gleichen Prinzipien benutzt wie zu Zeiten Plancks, d. h. es werden technologisch weiter entwickelte Hohlraumstrahler zur Realisierung Schwarzer K{\"o}rper eingesetzt. Im Bereich der Detektion von W{\"a}rmestrahlung haben sich jedoch durch die Entwicklung der Halbleitertechnik grunds{\"a}tzlich andere physikalische Prinzipien durchgesetzt. W{\"a}hrend zu Plancks Zeiten thermische Empf{\"a}nger eingesetzt wurden, finden im Hochtemperaturbereich heute - neben thermischen Empf{\"a}ngern - fast ausschließlich photoelektrische Empf{\"a}nger Anwendung. Einen weiteren entscheidenden Schritt in Richtung h{\"o}chster Genauigkeit bedeutete die Entwicklung eines elektrischen Substitutionsradiometers bei sehr tiefen Temperaturen, des so genannten Kryoradiometers. Die Erfindung des Kryoradiometers als prim{\"a}rer Detektorstandard Ende der 1970er Jahre erm{\"o}glichte die Messung optischer Strahlungsleistung mit einer relativen Unsicherheit von unter 10-4. Basierend auf diese Strahlungsleistungsmessung ist heute die Kalibrierung der spektrale Empfindlichkeit von Detektoren mit relativen Unsicherheiten bis zu 10-4 m{\"o}glich. Moderne Halbleiterempf{\"a}nger liefern einen strahlungsleistungsproportionalen Photostrom. Zur Messung der W{\"a}rmestrahlung {\"u}ber einen weiten Temperatur- und Wellenl{\"a}ngenbereich m{\"u}ssen Photostr{\"o}me von fA bis mA mit kleinster Unsicherheit bestimmt werden. Das stellt hohe experimentelle Anforderungen an die elektrische, geometrische und optische Messtechnik. Der Beitrag beschreibt kurz die historische Entwicklung der optischen Temperaturmessung {\"u}ber die ausgesandte W{\"a}rmestrahlung und geht dann auf die experimentellen und physikalischen Grundlagen dieser Methode ein. Abschließend werden M{\"o}glichkeiten zur Implementierung der im Metrologielabor erreichbaren niedrigen Messunsicherheiten in den praktischen messtechnischen Alltag vorgestellt.}, language = {de} } @inproceedings{Hartmann, author = {Hartmann, J{\"u}rgen}, title = {Progress with the development of high temperature fixed-points in the EU through the Himert project}, pages = {6}, abstract = {The EU FP5 funded research project HIMERT (Novel High temperature Metal-carbon Eutectic fixed points for Radiation Thermometry, Radiometry and Thermocouples) aims to develop high temperature fixed points above the freezing point of copper to approximately 2500 deg C with a repeatability of less than 0.1 deg C. NPL and BNM-INM have constructed fixed-point blackbody sources, while BNM-LNE has constructed cells up to 1950 deg C (Ru-C) for the calibration of contact sensors. PTB will perform absolute radiometry of the cells constructed by NPL and BNM-INM. Pt-Pd thermocouple studies will be undertaken by PTB and BNM-LNE. Also a major materials compatibility study has been undertaken by BNM-LNE to identify thermocouple sheath materials that are compatible with graphite to 1950 deg C. The University of Valladolid is investigating the background physics of the eutectic process and seeking to develop physically realistic models. The two industrial companies will test whether improved traceability at lower uncertainties can be achieved by using metal-carbon eutectics. This paper describes the HIMERT project and current progress. (authors)}, language = {en} }