Accelerating Rate Calorimeter 254 (ARC®)

Accelerating Rate Calorimeter 254 (ARC®)

  • Verlässlichere Daten und erweiterter Applikationsbereich aufgrund schnellster Trackingrate von bis zu 200 K/min
  • Mit der patentierten VariPhi®-Technologie lassen sich Messungen mit kleinem(Φ)-Faktor realisieren, selbst mit kleiner und ungefährlicherer Probengröße. Durch die vielseitigen Betriebsmodi des ARC® 254 lassen sich endotherme und exotherme Übergänge detektieren.
  • Steuerung durch die leistungsfähige Proteus®-Software, mit der auch allen anderen NETZSCH-Thermoanalyse-Apparaturen im Labor betrieben werden können. 

Das Accelerating Rate Calorimeter 254 (ARC® 254) liefert adiabatische Daten in einer sicheren, kontrollierbaren Laborumgebung. Diese Informationen tragen zu einem fundierten Verständnis der beteiligten grundlegenden Prozesse bei. Darauf aufbauend können verschiedene sichere Betriebsweisen und -verfahren entwickelt werden, um die Risiken, die von einem reaktiven System ausgehen, zu mindern.

Das Accelerating Rate Calorimeter 254 (ARC® 254) misst gleichzeitig Temperatur und Druck. Das geschlossene System ermöglicht dem Anwender, den Einfluss verschiedener Gasatmosphären auf die thermische Stabilität der Probe auszuwerten.

Gasförmige Reaktionsprodukte können am Ende eines Tests analysiert werden, um die Reaktionsmechanismen besser zu verstehen.

Das Accelerating Rate Calorimeter 254 (ARC® 254) ist dafür ausgelegt, den Verlauf einer großtechnisch geführten Reaktion im kleinen Maßstab nachzustellen. Das Probenmaterial wird in einem festen Volumen erhitzt, bis die exotherme Reaktion einsetzt. Während man die Probe unter adiabatischen Bedingungen, d.h. ohne Energieverlust an die Umgebung, hält, misst das Kalorimeter die Probentemperatur sowie den Druck und zeichnet beide Größen auf.

Ein einziger Test liefert Daten, die genutzt werden können für:

  • Evaluierung des thermischen Gefahrenpotentials
  • Evaluierung des druckbedingten Gefahrenpotentials
  • Thermokinetische Analyse

Die Sicherheit für das Bedienungspersonal steht beim ARC® 254 im Vordergrund. Der Anwender ist durch eine Reihe von Sicherheitssystemen geschützt, die vollkommen unabhängig von der Gerätesteuerung sind. Diese Sicherheitssysteme stellen den Schutz des Bedieners  selbst bei Ausfall der Primärsteuerung sicher. Das rechnergesteuerte Accelerating Rate Calorimeter 254 (ARC® 254) zeichnet sich durch eine leicht verständliche und einfach anzuwendende grafische Benutzeroberfläche aus.
 
Das Kalorimeter besticht durch ein klares, modernes Design. Alle regelmäßig genutzten Anlagenteile sind leicht zugänglich.

Accelerating Rate Calorimeter ARC® 254Accelerating Rate Calorimeter ARC® 254

Key Features

Temperature Range:

  • RT to 500°C

Operation modes:

  • Heat-Wait-Search (primary mode of operation)
  • Iso-Fixed technique
  • Iso-Track technique
  • Ramp mode for fast screening of unknown samples
  • High tracking rate

With VariPhi®:

  • Heat-Wait-Search,
    with Phi = 1
  • Constant power
  • Constant heating rate
  • Fire exposure mode
  • True isothermal mode
Technische Daten

Technische Daten

(Änderungen vorbehalten)

  • Minimal nachweisbarer Anstieg der Heizrate:
    < 0,01 K/min
  • Temperaturbereich:
    RT bis 500 °C
  • Druckbereich der Messzelle:
    0 bis 200 bar
  • Druckgenauigkeit:
    0,35 % des gesamten Messbereichs
  • Probenbehältervolumen:
    0,5 ml - 8,5 ml
  • Trackingrate bei adiabatischem Betrieb
    bis zu 200 K/min
  • Probenbehälter-Materialien:
    • Edelstahl
    • Inconel
    • Hastelloy
    • Glas
  • Rühren, Einspritzen und Entlüften/Druckentlastung (optional)
  • ASTM-Norm:
    E1981

VariPhi®

VariPhi®

  • Das VariPhi® ist ein geregelter, variabler Gleichstromheizer, der in den ARC®-, APTAC- und MMC Kalorimetern eingesetzt wird, um eine möglichst genaue Simulation der in der Praxis vorkommenden thermischen Umgebung zu schaffen.
  • Die ausgeklügelte Kalibriersoftware des VariPhi® regelt die Wärmemenge, die von einem internen Heizer geliefert wird und zeichnet sie auf.
  • Das VariPhi® ermöglicht die genaue Messung von Wärme, Druck und Aktivität einer Probe ohne komplizierte mathematische Korrekturen.
  • VariPhi®-Patentnummer US 7,021,820 B2.
Diagram of the VariPhi®

VariPhi® im Accelerating Rate Calorimeter-Modus (ARC®)

Die Heizer der Accelerating Rate Calorimeter sorgen für eine geregelte, nahezu adiabatische Umgebung für das VariPhi®, das Reaktionsgefäß und das Probensystem. Dies erlaubt die Untersuchung der Proben in den Standard Accelerating Rate Calorimeter-Betriebsmodi, wie z.B. Heat-Wait-Search, Iso-Fixed, oder Iso-Track.

Hauptmerkmale des VariPhi® im Accelerating Rate Calorimeter-Modus:

  • Der interne Heizer kompensiert die Wärmeabgabe an den Probenbehälter während einer exothermen Reaktion.
  • Der Anwender kann für den jeweiligen Test die thermische Trägheit oder, anders ausgedrückt, den PHI (Φ)-Faktor definieren. Der Heizer kompensiert dabei einen Teil oder den gesamte Wärmeverlust an den Probenbehälter.
  • Laboruntersuchungen können somit  unter den gleichen Bedingungen wie bei der Produktion oder der Lagerung von Materialien durchgeführt werden.
  • Die Wärmekapazität der Probe wird in Abhängigkeit der Temperatur gemessen.
  • Kinetische Vorgänge, die von dem Φ-Faktor abhängig sind – wie z.B. konkurrierende Reaktionen, die nicht mathematisch kompensiert werden können – stellen kein Problem mehr dar.
  • Der Φ-Faktor kann ohne Extrapolation korrigiert werden, womit der Messaufwand reduziert wird.

VariPhi® im Scanning-Modus

Mit dem VariPhi® als zusätzlichen Heizer ist es dem Anwender möglich, mit dem Accelerating Rate Calorimeter (ARC®) sogar dynamische Tests mit einer Heizrate durchzuführen, die weitergehende Informationen über die Probenreaktionen liefern.

So kann das VariPhi® bei Einstellung einer festen Heizleistung exotherme und endotherme Reaktionen, Wärmekapazitäten und Druckänderungen im Probenbehälter in einer Probe schneller und kostengünstiger messen als ein Standard-DSC-System.
 
Hauptmerkmale des VariPhi® im Scanning-Modus:

  • Schnellere Datenerfassung für exotherme Prozesse als im Heat-Wait-Search-Modus
  • Die Wärmekapazität wird direkt in Abhängigkeit von der Temperatur gemessen.
  • Erweiterte Messmöglichkeiten (Flexibilität) im Vergleich zur konventionellen DSC-Analyse
  • Endotherme Reaktionen erfassbar
  • Druckdatenerfassung
  • Probeninjektion möglich
  • Rühren der Probe möglich
  • Vorgabe eines definierten Φ-Faktors für den praxisrelevanten Vergleich

VariPhi® im Isotherm-Modus


Dank der VariPhi®-Technologie ist die Untersuchung chemischer Substanzen und von Akkus mit dem ARC® 254 im isothermen Modus möglich.


In diesem Modus bietet das VariPhi® folgende Möglichkeiten:

  • Isothermer Betrieb
  • Detektion endothermer und exothermer Vorgänge
  • Isotherme Lade- und Entladezyklen von Akkus

VariPhi® im Brandsimulationsmodus


Dank der VariPhi®-Technologie kann der Φ-Faktor durch die zusätzlich Heizleistung einen Wert von 1,0 annehmen (Brandsimulationen sollten immer mit  Φ = 1 durchgeführt werden) und der berechnete Energieeintrag durch den Brand kann bei einer konstanten Rate direkt zu der Probe addiert werden.


In diesem Modus bietet das VariPhi® folgende Möglichkeiten:

  • Genauere Brandsimulationstests
  • Bestimmung der Reaktionswärme
  • Kinetische Auswertung

Software

Software

NETZSCH Proteus® Mess-Software: Etablierter Technologieführer

  • Automatische individuelle Anpassung der Software an Gerät und Applikation
  • Intuitive Windows-Konfiguration der Testmethoden mit automatischer Eingabüberprüfung zur Reduzierung von Rechtschreibfehlern
  • Speichern und Wiederaufrufen der Methoden für spätere Anwendungen
  • Umfassende und leicht verständliche Online-Hilfe
  • Automatische Speicherung der Daten auf der Festplatte während der Messung
  • Intelligente Firmware zeichnet Status und Zustand der Hauptsensoren und aktiven Komponenten auf
  • Integriertes Sicherheitskonzept mit Kontrolle durch Hardware und Firmware
  • Nahtlose Integration der Dateien in Proteus®, NETZSCH Advanced Software Tools oder Software-Produkte Dritter

Anwendungen

Anwendungen

Accelerating Rate Calorimeter dienen zur thermischen Analyse fester oder flüssiger Chemikalien oder Gas/Flüssig-, Flüssig/Flüssig-, Gas/Fest- und Flüssig/Fest-Mischungen. Desweiteren finden sie Einsatz in Prozesssimulationen von Batch- und Semi-Batch-Reaktionen, Brandeinwirkungen, Druckentlastung, für Batterietests und zur Messung physikalischer Eigenschaften.


Zubehör

Zubehör

  • Verschiedene Probenbehälter
  • Spezielles Batterizubehör: Heat-Wait-Search
  • VariPh®-Sensor:  Isotherm-Modus für 18650, D-Zelle, Pouch-Zellen
  • Nageltest
Accelerating Rate Calorimeter ARC® 254 ZubehörAccelerating Rate Calorimeter ARC® 254 Zubehör

Literatur

Literatur

Poster

White Paper

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Bei der Verwendung von Lithium-Ionenakkumulatoren zur Speicherung von elektrischer Energie werden in allen Bereichen, angefangen bei der Entwicklung, über die Verwendung, das Laden und Entladen bis hin zur Lagerung der Energiespeicher, Sicherheitsfragen aufgeworfen. In diesem White Paper wird gezeigt, dass mit Hilfe der adiabatischen Kalorimetrie nicht nur die einzelnen Komponenten, sondern komplette Lithium-Ionenakkumulatoren getestet und hinsichtlich ihres Sicherheitsrisikos bewertet werden können.

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