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Flüssigkristall-Messtechnik als innovatives Verfahren

Die Anwendung von Flüssigkristallen als Anzeigemedium und Temperaturfeldindikator von Oberflächen sowie Flüssigkeitsströmungen mit Temperaturverteilung hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Insbesondere zur Temperaturfeldanalyse haben sich Flüssigkristalle zu einem eleganten Messverfahren entwickelt, welches es erlaubt, ausgedehnte Temperaturfelder sichtbar zu machen. Hierbei macht man sich die temperaturabhängige Farbreflexion von speziellen Flüssigkristallmaterialien zunutze.

Erste Anwendungen von Flüssigkristallen zur Visualisierung von Temperaturverteilungen an Festkörperoberflächen sind seit den siebziger Jahren bekannt. Dazu werden die zu analysierenden Flächen mit einer dünnen Schicht thermochromen flüssigkristallinen Materials bestrichen. Eine Anschließende Beleuchtung, Aufnahme und Auswertung der Farbverteilung liefert dann das Temperaturfeld.

Durch Flüssigkristalle ist aber auch das gleichzeitige Messen von Strömungstemperaturen- und –geschwindigkeiten möglich. Bei dieser Methode wird das Prinzip der Teilchenverfolgung und –beobachtung in einer Strömung genutzt. Bedingung hierfür ist, dass die im Fluid dispergierten Teilchen zur Strömungs- und Temperatursichtbarmachung der Strömung schlupffrei folgen. Diese Voraussetzung ist erfüllt, wenn die Teilchengröße hinreichend klein bzw. die Dichtedifferenz zwischen Teilchen und Fluid hinreichend gering ist, so dass Sedimentationsvorgänge vernachlässigbar sind. Die Farbe des flüssigkristallinen Teilchens repräsentiert also die lokale Fluidtemperatur und seine Spur, aufgenommen z. B. durch Mehrbelichtungstechnik, seine lokale Geschwindigkeit. Mit diesem Prinzip können Temperatur- und Geschwindigkeitsfeld im Fluid simultan gemessen werden. Thermochrome Flüssigkristalle sind sowohl für sehr kleine als auch große Temperaturdifferenzen erhältlich. Ihre Temperaturansprechzeit liegt im Millisekundenbereich. Nachfolgende Abbildung zeigt eine Beispielaufnahme einer Strömung mit Temperaturfeld.