Lokale optische Temperaturmessung in Mikrostromungen mittels Flussigkristallpartikeln

摘要

Die lokale messtechnische Bestimmung des Warmeubergangs in mikrofluidischen Systemen ist seit vielen Jahren Gegenstand internationaler Forschungsarbeiten. Eine aussichtsreiche Messmethode basiert auf der Beobachtung von Flussigkristallpartikeln, welche je nach Temperatur ihre Farberscheinung andern. Aufgrund der geringen Abmessungen muss dabei die Temperatur fur individuelle Partikel ermittelt werden, um auch starke ortlichen Temperaturgradienten auflosen zu konnen. Weiterhin treten durch die grossen optischen Vergrosserungen Artefakte in den Partikelbildern bei der Verwendung gekapselter Flussigkristalle auf. Die Messunsicherheit fur die Temperaturbestimmung einzelner Partikel betragt in diesem Fall 16,6% des Messbereiches. Daher wurden im Rahmen dieser Arbeit erstmals ungekapselte Flussigkristallpartikel mittels eines Membranverfahrens erzeugt und systematisch auf Ihre Eignung zur Temperaturmessung in Mikrostromungen untersucht. Durch fortschrittliche Bild-vorbearbeitung und eine Kalibrierung mit allen drei Farbwerten im HSI-Farbraum konnte die Messunsicherheit fur den gesamten Bereich auf unter 7% reduziert werden. Damit ist gezeigt, dass die Bestimmung der Temperatur einzelner Partikel zuverlassig moglich ist. In Kombination mit der 3D3C Astigmatismus PTV [3], kann mit diesem Ansatz simultan die Geschwindigkeit in alle drei Raumrichtungen und die Temperatur im Volumen bestimmt werden. Die Technik kann daher in der Zukunft fur die Bearbeitung vieler Stromungsprobleme im Bereich der Mikrofluidik nutzlich sein.