sebastian marin | Universidad Nacional de Colombia (National University of Colombia) (original) (raw)
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Papers by sebastian marin
Tagungsband, 2016
Zur Reduzierung der Kalibrierunsicherheit bei Verwendung von Blockkalibratoren zur Kalibrierung v... more Zur Reduzierung der Kalibrierunsicherheit bei Verwendung von Blockkalibratoren zur Kalibrierung von Temperatursensoren wurde am Insitut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau ein Konzept mit einer Mehrzonenheizung, Wärmestromsensoren und einer Mehrfach-Fixpunktzelle entwickelt. Der Artikel erläutert das Konzept anhand eines Blockkalibrators im Temperaturbereich 70 • C bis 430 • C. Es konnte eine Stabilität der Referenztemperatur von ±4 mK und axiale Temperaturdifferenzen kleiner ±55 mK erreicht werden.
A coupling among measurements, finite element model simulations in ANSYS and system simulations i... more A coupling among measurements, finite element model simulations in ANSYS and system simulations in Matlab is shown in this paper for a calibration bench for heat flux sensors. A simulated step of its finite element model was calibrated using optiSLang with a measured temperature step. This allowed a characterization of the model by variation of the boundary conditions, the material properties and the thermal contacts between the components and gave the possibility to reduce the model that represented the bench best with the tool mor4ansys. With the reduced model a feedback control for the bench in a system simulation was designed.
The thermal design of a multiple fixed-point cell for use in a dry block calibrator was developed... more The thermal design of a multiple fixed-point cell for use in a dry block calibrator was developed at the Technische Universität Ilmenau. The design was made using thermal Finite Element simulations with ANSYS Workbench and parametrical studies with optiSLang. The multiple fixed-point cell contains three pure materials, with melting and freezing temperatures within the block calibrator`s working range from room temperature to 600 °C. They enable an in-situ calibration of the block reference temperature sensor at the phase transition temperatures of the materials. This paper shows different geometries of the fixed-point cell, their optimization, melting curves and temperature field calculations for the estimation of the best design. Index Terms – dry block calibrator, in-situ calibration, multiple fixed-point cell, thermal finite element simulation, parametrical study
Zusammenfassung Sehr präzise Lufttemperaturmessung in der Meteorologie oder in klimatisierten Inn... more Zusammenfassung Sehr präzise Lufttemperaturmessung in der Meteorologie oder in klimatisierten Innenräumen sind herausfordernd, weil Strahlungseinflüsse und die Eigenerwärmung der Widerstandsthermometer teilweise erhebliche Störeinflüsse sind. In unserem Artikel betrachten wir eine spezielle Stromspeisung und weisen nach, dass diese die Eigenerwärmung auf unter ein Millikelvin reduzieren kann. Für einen typischen, für den Außeneinsatz in meteorologischen Wetterstationen geeigneten und üblichen Fühleraufbau erfolgen Simulationen der durch den gepulsten elektrischen Messstrom auftretenden statischen und dynamischen Eigenerwärmung. Der transiente Verlauf der Eigenerwärmung hängt stärker vom inneren Aufbau des Fühlers als vom Wärmeübergangskoeffizienten zur umgebenden ruhenden Luft ab. Die mittlere statische Eigenerwärmung aus einem stark vereinfachten Modell passt gut zum simulierten transienten Verlauf. Die Methode der Impulsstromspeisung hat sich durch die beschriebenen Simulationen a...
Tagungsband, 2012
Am Institut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau wurden in Kooperation mit der Firma ... more Am Institut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau wurden in Kooperation mit der Firma electrotherm Geraberg GmbH seit mehreren Jahren selbstkalibrierende Thermometer für den Einsatz in konventionellen Kraftwerken entwickelt und erfolgreich erprobt. Einige Sensoren haben dabei mehr als 1000 Kalibrierzyklen durchlaufen, ohne dass signifikante Veränderungen der Fixpunkt-Temperaturen nachweisbar sind. Rekalibrierungen ausgesuchter Sensoren im Kalibrierlabor nach vierjähriger Einsatzzeit zeigten, dass der tatsächliche Wert der Fixpunkt-Temperatur nur um max. 0,15 K gegenüber dem Neuzustand verändert war. Die Zuverlässigkeit und Präzision der Messmethode wurde für den Langzeiteinsatz nachgewiesen. Heißdampf-Rohrleitungen in den Kraftwerksanlagen haben zumeist Nenndurchmesser von 200-600 mm. Bei dezentraler Energieerzeugung sind zumeist kleinere Rohrquerschnitte (40…100 mm) für den jeweiligen Wärmeträgertransport üblich (solarthermische Anlagen, Blockheizkraftwerke, …). Aber auch hier sind höchstmögliche Prozesstemperaturen wünschenswert, um entsprechende Wirkungsgrade zu erzielen. Will man in diesen Rohrleitungen Fixpunkt-Thermometer (mit ihren Miniaturfixpunkttiegeln von wenigstens 25 mm Länge) zum Einsatz bringen, besteht das Dilemma entweder darin, inakzeptabel große Strömungsverluste oder andernfalls bei zu geringer Einbautiefe eine Verfälschung der Thermoelement-Temperatur durch Umgebungstemperatureinflüsse zu erzeugen. Das hier vorliegende Anwendungsbeispiel bezieht sich auf den Einsatz eines selbstkalibrierenden Thermoelements in einem Wärmeträgerkreislauf im Temperaturbereich mit einer Maximaltemperatur von 400 °C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,2…1,8 m/s. Im vorliegenden Beitrag wird aufgezeigt, wie mit Hilfe numerischer Berechnungen und experimenteller Untersuchungen die Miniatur-Fixpunkt-Thermometer für diese Einsatzfälle optimiert werden. Einleitung Am Institut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau wurden in Kooperation mit der Firma electrotherm Geraberg GmbH selbstkalibrierende Thermoelemente (SKTE) u.a. für den Einsatz in Kraftwerken entwickelt [1, 2]. Die mit einem geeigneten Fixpunktmaterial gefüllte Keramikzelle wird von einem Heizelement umschlossen, mit dem die Innentemperatur der Zelle ϑ U (t) über die Temperatur des Messmediums angehoben werden kann (Abbildung 1).
tm - Technisches Messen, 2018
Zusammenfassung Die Definition und Variation von Eingangsparametern eines Modells erlaubt nach ei... more Zusammenfassung Die Definition und Variation von Eingangsparametern eines Modells erlaubt nach einer Stichprobenberechnung die Auswertung von verteilten Ausgangsparametern. Sie werden als Reproduzierbarkeit dieser Berechnung angesehen. Für ein thermisches FEM-Modell einer kleinen Mehrfachfixpunktzelle für die Kalibrierung von Berührungsthermometern wird nach dieser Prozedur und nach einem Vergleich (Validierung) mit der Reproduzierbarkeit experimentell ermittelter Ergebnisse mittels einer Validierungsmetrik ein Vertrauensintervall berechnet, in dem Prognosen mit dem Modell an einer nicht validierten Stelle durchgeführt werden könnten. Dieser Ansatz wird in diesem Beitrag vorgestellt.
International Journal of Thermophysics, 2016
A small multiple fixed-point cell (SMFPC) was designed to be used as in situ calibration referenc... more A small multiple fixed-point cell (SMFPC) was designed to be used as in situ calibration reference of the internal temperature sensor of a dry block calibrator, which would allow its traceable calibration to the International Temperature Scale of 1990 (ITS-90) in the operating range of the block calibrator from 70 • C to 430 • C. The ITS-90 knows in this temperature range, three fixed-point materials (FPM) indium, tin and zinc, with their respective fixed-point temperatures (ϑ FP), In (ϑ FP = 156.5985 • C), Sn (ϑ FP = 231.928 • C) and Zn (ϑ FP = 419.527 • C). All of these FPM are contained in the SMFPC in a separate chamber, respectively. This paper shows the result of temperature measurements carried out in the cell within a period of 16 months. The test setup used here has thermal properties similar to the dry block calibrator. The aim was to verify the metrological properties and functionality of the SMFPC for the proposed application.
International Journal of Thermophysics, 2016
To reduce uncertainty of calibrations of contact thermometers using dry block calibrators, a conc... more To reduce uncertainty of calibrations of contact thermometers using dry block calibrators, a concept was developed at Institute for Process Measurement and Sensor Technology of Technische Universität Ilmenau. This concept uses a multi-zone heating, heat flux sensors and a multiple fixed-point cell. The paper shows the concept and its validation on the basis of a dry block calibrator with a working temperature range of 70 • C to 430 • C. The experimental results show a stability of ±4 mK for the reference temperature and axial temperature differences in the normalization block less than ±55 mK.
International Journal of Thermophysics, 2015
The main problems of conventional dry block calibrators are axial temperature gradients and calib... more The main problems of conventional dry block calibrators are axial temperature gradients and calibration results which are strongly influenced by the geometry and the thermal properties of the thermometers under test. To overcome these disadvantages, a new dry block calibrator with improved homogeneity of the inner temperature field was developed for temperatures in the range from room temperature up to 600\,^{\circ }\hbox {C}$$600∘C. The inner part of the dry block calibrator is a cylindrical normalization block which is divided into three parts in the axial direction. Between these parts, heat flux sensors are placed to measure the heat flux in the axial direction inside the normalization block. Each part is attached to a separate tube-shaped heating zone of which the heating power can be controlled in a way that the axial heat flux measured by means of the heat flux sensors is zero. Additionally, an internal reference thermometer is used to control the absolute value of the temperature inside the normalization block. To minimize the radial heat flux, an adiabatic shield is constructed which is composed of a secondary heating zone that encloses the whole assembly. For rapid changes of the set point from high to low temperatures, the design contains an additional ventilation system to cool the normalization block. The present paper shows the operating principle as well as the results of the design process, in which numerical simulations based on the finite element method were used to evaluate and optimize the design of the dry block calibrator. The final optimized design can be used to build a prototype of the dry block calibrator.
tm - Technisches Messen, 2015
ZusammenfassungEine Mehrfachfixpunktzelle zur Verwendung in einem Temperatur Blockkalibrator wurd... more ZusammenfassungEine Mehrfachfixpunktzelle zur Verwendung in einem Temperatur Blockkalibrator wurde mittels Finite-Elemente Simulationen mit ANSYS Workbench und parametrischen Variationen in optiSLang entworfen. Die Zelle enthält drei reine Materialien, sogenannte Fixpunktmaterialien, die ihre Fixpunkttemperaturen (Schmelz- und Erstarrungstemperatur) innerhalb des Arbeitsbereiches des Blockkalibrratores, 20 ℃ bis 600 ℃ haben. Sie ermöglichen eine in-situ Kalibrierung des unteren Referenzsensors des Blockkalibrators bei den Phasenumwandlungstemperaturen der Fixpunktmaterialien. Dieser Artikel zeigt unterschiedliche mögliche Geometrien der Mehrfachfixpunktzelle, ihre Optimierung, simulierte Temperaturverläufe während der Phasenumwandlung und Temperaturfelder, sowie die Bewertung der Konstruktionsvarianten.
tm - Technisches Messen, 2012
Am Institut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau wurden in Kooperation mit der Firma ... more Am Institut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau wurden in Kooperation mit der Firma electrotherm Geraberg GmbH seit mehreren Jahren selbstkalibrierende Thermometer für den Einsatz in konventionellen Kraftwerken entwickelt und erfolgreich erprobt. Einige Sensoren haben dabei mehr als 1000 Kalibrierzyklen durchlaufen, ohne dass signifikante Veränderungen der Fixpunkt-Temperaturen nachweisbar sind. Rekalibrierungen ausgesuchter Sensoren im Kalibrierlabor nach vierjähriger Einsatzzeit zeigten, dass der tatsächliche Wert der Fixpunkt-Temperatur nur um max. 0,15 K gegenüber dem Neuzustand verändert war. Die Zuverlässigkeit und Präzision der Messmethode wurde für den Langzeiteinsatz nachgewiesen. Heißdampf-Rohrleitungen in den Kraftwerksanlagen haben zumeist Nenndurchmesser von 200-600 mm. Bei dezentraler Energieerzeugung sind zumeist kleinere Rohrquerschnitte (40…100 mm) für den jeweiligen Wärmeträgertransport üblich (solarthermische Anlagen, Blockheizkraftwerke, …). Aber auch hier sind höchstmögliche Prozesstemperaturen wünschenswert, um entsprechende Wirkungsgrade zu erzielen. Will man in diesen Rohrleitungen Fixpunkt-Thermometer (mit ihren Miniaturfixpunkttiegeln von wenigstens 25 mm Länge) zum Einsatz bringen, besteht das Dilemma entweder darin, inakzeptabel große Strömungsverluste oder andernfalls bei zu geringer Einbautiefe eine Verfälschung der Thermoelement-Temperatur durch Umgebungstemperatureinflüsse zu erzeugen. Das hier vorliegende Anwendungsbeispiel bezieht sich auf den Einsatz eines selbstkalibrierenden Thermoelements in einem Wärmeträgerkreislauf im Temperaturbereich mit einer Maximaltemperatur von 400 °C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,2…1,8 m/s. Im vorliegenden Beitrag wird aufgezeigt, wie mit Hilfe numerischer Berechnungen und experimenteller Untersuchungen die Miniatur-Fixpunkt-Thermometer für diese Einsatzfälle optimiert werden. Einleitung Am Institut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau wurden in Kooperation mit der Firma electrotherm Geraberg GmbH selbstkalibrierende Thermoelemente (SKTE) u.a. für den Einsatz in Kraftwerken entwickelt [1, 2]. Die mit einem geeigneten Fixpunktmaterial gefüllte Keramikzelle wird von einem Heizelement umschlossen, mit dem die Innentemperatur der Zelle ϑ U (t) über die Temperatur des Messmediums angehoben werden kann (Abbildung 1).
Tagungsband, 2016
Zur Reduzierung der Kalibrierunsicherheit bei Verwendung von Blockkalibratoren zur Kalibrierung v... more Zur Reduzierung der Kalibrierunsicherheit bei Verwendung von Blockkalibratoren zur Kalibrierung von Temperatursensoren wurde am Insitut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau ein Konzept mit einer Mehrzonenheizung, Wärmestromsensoren und einer Mehrfach-Fixpunktzelle entwickelt. Der Artikel erläutert das Konzept anhand eines Blockkalibrators im Temperaturbereich 70 • C bis 430 • C. Es konnte eine Stabilität der Referenztemperatur von ±4 mK und axiale Temperaturdifferenzen kleiner ±55 mK erreicht werden.
A coupling among measurements, finite element model simulations in ANSYS and system simulations i... more A coupling among measurements, finite element model simulations in ANSYS and system simulations in Matlab is shown in this paper for a calibration bench for heat flux sensors. A simulated step of its finite element model was calibrated using optiSLang with a measured temperature step. This allowed a characterization of the model by variation of the boundary conditions, the material properties and the thermal contacts between the components and gave the possibility to reduce the model that represented the bench best with the tool mor4ansys. With the reduced model a feedback control for the bench in a system simulation was designed.
The thermal design of a multiple fixed-point cell for use in a dry block calibrator was developed... more The thermal design of a multiple fixed-point cell for use in a dry block calibrator was developed at the Technische Universität Ilmenau. The design was made using thermal Finite Element simulations with ANSYS Workbench and parametrical studies with optiSLang. The multiple fixed-point cell contains three pure materials, with melting and freezing temperatures within the block calibrator`s working range from room temperature to 600 °C. They enable an in-situ calibration of the block reference temperature sensor at the phase transition temperatures of the materials. This paper shows different geometries of the fixed-point cell, their optimization, melting curves and temperature field calculations for the estimation of the best design. Index Terms – dry block calibrator, in-situ calibration, multiple fixed-point cell, thermal finite element simulation, parametrical study
Zusammenfassung Sehr präzise Lufttemperaturmessung in der Meteorologie oder in klimatisierten Inn... more Zusammenfassung Sehr präzise Lufttemperaturmessung in der Meteorologie oder in klimatisierten Innenräumen sind herausfordernd, weil Strahlungseinflüsse und die Eigenerwärmung der Widerstandsthermometer teilweise erhebliche Störeinflüsse sind. In unserem Artikel betrachten wir eine spezielle Stromspeisung und weisen nach, dass diese die Eigenerwärmung auf unter ein Millikelvin reduzieren kann. Für einen typischen, für den Außeneinsatz in meteorologischen Wetterstationen geeigneten und üblichen Fühleraufbau erfolgen Simulationen der durch den gepulsten elektrischen Messstrom auftretenden statischen und dynamischen Eigenerwärmung. Der transiente Verlauf der Eigenerwärmung hängt stärker vom inneren Aufbau des Fühlers als vom Wärmeübergangskoeffizienten zur umgebenden ruhenden Luft ab. Die mittlere statische Eigenerwärmung aus einem stark vereinfachten Modell passt gut zum simulierten transienten Verlauf. Die Methode der Impulsstromspeisung hat sich durch die beschriebenen Simulationen a...
Tagungsband, 2012
Am Institut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau wurden in Kooperation mit der Firma ... more Am Institut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau wurden in Kooperation mit der Firma electrotherm Geraberg GmbH seit mehreren Jahren selbstkalibrierende Thermometer für den Einsatz in konventionellen Kraftwerken entwickelt und erfolgreich erprobt. Einige Sensoren haben dabei mehr als 1000 Kalibrierzyklen durchlaufen, ohne dass signifikante Veränderungen der Fixpunkt-Temperaturen nachweisbar sind. Rekalibrierungen ausgesuchter Sensoren im Kalibrierlabor nach vierjähriger Einsatzzeit zeigten, dass der tatsächliche Wert der Fixpunkt-Temperatur nur um max. 0,15 K gegenüber dem Neuzustand verändert war. Die Zuverlässigkeit und Präzision der Messmethode wurde für den Langzeiteinsatz nachgewiesen. Heißdampf-Rohrleitungen in den Kraftwerksanlagen haben zumeist Nenndurchmesser von 200-600 mm. Bei dezentraler Energieerzeugung sind zumeist kleinere Rohrquerschnitte (40…100 mm) für den jeweiligen Wärmeträgertransport üblich (solarthermische Anlagen, Blockheizkraftwerke, …). Aber auch hier sind höchstmögliche Prozesstemperaturen wünschenswert, um entsprechende Wirkungsgrade zu erzielen. Will man in diesen Rohrleitungen Fixpunkt-Thermometer (mit ihren Miniaturfixpunkttiegeln von wenigstens 25 mm Länge) zum Einsatz bringen, besteht das Dilemma entweder darin, inakzeptabel große Strömungsverluste oder andernfalls bei zu geringer Einbautiefe eine Verfälschung der Thermoelement-Temperatur durch Umgebungstemperatureinflüsse zu erzeugen. Das hier vorliegende Anwendungsbeispiel bezieht sich auf den Einsatz eines selbstkalibrierenden Thermoelements in einem Wärmeträgerkreislauf im Temperaturbereich mit einer Maximaltemperatur von 400 °C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,2…1,8 m/s. Im vorliegenden Beitrag wird aufgezeigt, wie mit Hilfe numerischer Berechnungen und experimenteller Untersuchungen die Miniatur-Fixpunkt-Thermometer für diese Einsatzfälle optimiert werden. Einleitung Am Institut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau wurden in Kooperation mit der Firma electrotherm Geraberg GmbH selbstkalibrierende Thermoelemente (SKTE) u.a. für den Einsatz in Kraftwerken entwickelt [1, 2]. Die mit einem geeigneten Fixpunktmaterial gefüllte Keramikzelle wird von einem Heizelement umschlossen, mit dem die Innentemperatur der Zelle ϑ U (t) über die Temperatur des Messmediums angehoben werden kann (Abbildung 1).
tm - Technisches Messen, 2018
Zusammenfassung Die Definition und Variation von Eingangsparametern eines Modells erlaubt nach ei... more Zusammenfassung Die Definition und Variation von Eingangsparametern eines Modells erlaubt nach einer Stichprobenberechnung die Auswertung von verteilten Ausgangsparametern. Sie werden als Reproduzierbarkeit dieser Berechnung angesehen. Für ein thermisches FEM-Modell einer kleinen Mehrfachfixpunktzelle für die Kalibrierung von Berührungsthermometern wird nach dieser Prozedur und nach einem Vergleich (Validierung) mit der Reproduzierbarkeit experimentell ermittelter Ergebnisse mittels einer Validierungsmetrik ein Vertrauensintervall berechnet, in dem Prognosen mit dem Modell an einer nicht validierten Stelle durchgeführt werden könnten. Dieser Ansatz wird in diesem Beitrag vorgestellt.
International Journal of Thermophysics, 2016
A small multiple fixed-point cell (SMFPC) was designed to be used as in situ calibration referenc... more A small multiple fixed-point cell (SMFPC) was designed to be used as in situ calibration reference of the internal temperature sensor of a dry block calibrator, which would allow its traceable calibration to the International Temperature Scale of 1990 (ITS-90) in the operating range of the block calibrator from 70 • C to 430 • C. The ITS-90 knows in this temperature range, three fixed-point materials (FPM) indium, tin and zinc, with their respective fixed-point temperatures (ϑ FP), In (ϑ FP = 156.5985 • C), Sn (ϑ FP = 231.928 • C) and Zn (ϑ FP = 419.527 • C). All of these FPM are contained in the SMFPC in a separate chamber, respectively. This paper shows the result of temperature measurements carried out in the cell within a period of 16 months. The test setup used here has thermal properties similar to the dry block calibrator. The aim was to verify the metrological properties and functionality of the SMFPC for the proposed application.
International Journal of Thermophysics, 2016
To reduce uncertainty of calibrations of contact thermometers using dry block calibrators, a conc... more To reduce uncertainty of calibrations of contact thermometers using dry block calibrators, a concept was developed at Institute for Process Measurement and Sensor Technology of Technische Universität Ilmenau. This concept uses a multi-zone heating, heat flux sensors and a multiple fixed-point cell. The paper shows the concept and its validation on the basis of a dry block calibrator with a working temperature range of 70 • C to 430 • C. The experimental results show a stability of ±4 mK for the reference temperature and axial temperature differences in the normalization block less than ±55 mK.
International Journal of Thermophysics, 2015
The main problems of conventional dry block calibrators are axial temperature gradients and calib... more The main problems of conventional dry block calibrators are axial temperature gradients and calibration results which are strongly influenced by the geometry and the thermal properties of the thermometers under test. To overcome these disadvantages, a new dry block calibrator with improved homogeneity of the inner temperature field was developed for temperatures in the range from room temperature up to 600\,^{\circ }\hbox {C}$$600∘C. The inner part of the dry block calibrator is a cylindrical normalization block which is divided into three parts in the axial direction. Between these parts, heat flux sensors are placed to measure the heat flux in the axial direction inside the normalization block. Each part is attached to a separate tube-shaped heating zone of which the heating power can be controlled in a way that the axial heat flux measured by means of the heat flux sensors is zero. Additionally, an internal reference thermometer is used to control the absolute value of the temperature inside the normalization block. To minimize the radial heat flux, an adiabatic shield is constructed which is composed of a secondary heating zone that encloses the whole assembly. For rapid changes of the set point from high to low temperatures, the design contains an additional ventilation system to cool the normalization block. The present paper shows the operating principle as well as the results of the design process, in which numerical simulations based on the finite element method were used to evaluate and optimize the design of the dry block calibrator. The final optimized design can be used to build a prototype of the dry block calibrator.
tm - Technisches Messen, 2015
ZusammenfassungEine Mehrfachfixpunktzelle zur Verwendung in einem Temperatur Blockkalibrator wurd... more ZusammenfassungEine Mehrfachfixpunktzelle zur Verwendung in einem Temperatur Blockkalibrator wurde mittels Finite-Elemente Simulationen mit ANSYS Workbench und parametrischen Variationen in optiSLang entworfen. Die Zelle enthält drei reine Materialien, sogenannte Fixpunktmaterialien, die ihre Fixpunkttemperaturen (Schmelz- und Erstarrungstemperatur) innerhalb des Arbeitsbereiches des Blockkalibrratores, 20 ℃ bis 600 ℃ haben. Sie ermöglichen eine in-situ Kalibrierung des unteren Referenzsensors des Blockkalibrators bei den Phasenumwandlungstemperaturen der Fixpunktmaterialien. Dieser Artikel zeigt unterschiedliche mögliche Geometrien der Mehrfachfixpunktzelle, ihre Optimierung, simulierte Temperaturverläufe während der Phasenumwandlung und Temperaturfelder, sowie die Bewertung der Konstruktionsvarianten.
tm - Technisches Messen, 2012
Am Institut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau wurden in Kooperation mit der Firma ... more Am Institut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau wurden in Kooperation mit der Firma electrotherm Geraberg GmbH seit mehreren Jahren selbstkalibrierende Thermometer für den Einsatz in konventionellen Kraftwerken entwickelt und erfolgreich erprobt. Einige Sensoren haben dabei mehr als 1000 Kalibrierzyklen durchlaufen, ohne dass signifikante Veränderungen der Fixpunkt-Temperaturen nachweisbar sind. Rekalibrierungen ausgesuchter Sensoren im Kalibrierlabor nach vierjähriger Einsatzzeit zeigten, dass der tatsächliche Wert der Fixpunkt-Temperatur nur um max. 0,15 K gegenüber dem Neuzustand verändert war. Die Zuverlässigkeit und Präzision der Messmethode wurde für den Langzeiteinsatz nachgewiesen. Heißdampf-Rohrleitungen in den Kraftwerksanlagen haben zumeist Nenndurchmesser von 200-600 mm. Bei dezentraler Energieerzeugung sind zumeist kleinere Rohrquerschnitte (40…100 mm) für den jeweiligen Wärmeträgertransport üblich (solarthermische Anlagen, Blockheizkraftwerke, …). Aber auch hier sind höchstmögliche Prozesstemperaturen wünschenswert, um entsprechende Wirkungsgrade zu erzielen. Will man in diesen Rohrleitungen Fixpunkt-Thermometer (mit ihren Miniaturfixpunkttiegeln von wenigstens 25 mm Länge) zum Einsatz bringen, besteht das Dilemma entweder darin, inakzeptabel große Strömungsverluste oder andernfalls bei zu geringer Einbautiefe eine Verfälschung der Thermoelement-Temperatur durch Umgebungstemperatureinflüsse zu erzeugen. Das hier vorliegende Anwendungsbeispiel bezieht sich auf den Einsatz eines selbstkalibrierenden Thermoelements in einem Wärmeträgerkreislauf im Temperaturbereich mit einer Maximaltemperatur von 400 °C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,2…1,8 m/s. Im vorliegenden Beitrag wird aufgezeigt, wie mit Hilfe numerischer Berechnungen und experimenteller Untersuchungen die Miniatur-Fixpunkt-Thermometer für diese Einsatzfälle optimiert werden. Einleitung Am Institut für Prozessmess-und Sensortechnik der TU Ilmenau wurden in Kooperation mit der Firma electrotherm Geraberg GmbH selbstkalibrierende Thermoelemente (SKTE) u.a. für den Einsatz in Kraftwerken entwickelt [1, 2]. Die mit einem geeigneten Fixpunktmaterial gefüllte Keramikzelle wird von einem Heizelement umschlossen, mit dem die Innentemperatur der Zelle ϑ U (t) über die Temperatur des Messmediums angehoben werden kann (Abbildung 1).