Temperaturmesstechnik
Die Temperaturmesstechnik am Institut PMS hat eine lange Tradition. In enger Kooperation mit der Industrie werden neue Sensoren und Kalibrierverfahren auf dem Gebiet der Temperaturmesstechnik entwickelt. Weiterhin werden Forschungen zum Temperatureinfluss auf Präzisionsmessgeräte und zu den Möglichkeiten der Fehlerkompensation durchgeführt. Schwerpunkte sind:
- Dynamisches und statisches Verhalten von Temperatursensoren
- Dynamische Testanlagen
- Selbstkalibrierende Temperatursensoren
- Einsatz von Temperaturfühlern unter extremen Bedingungen, z.B. in Kraftwerken
- Temperatur- und Feuchtekompensation in Präzisionsgeräten
- Kalibriertechnik
- FEM für Temperaturfelder.
Kalibriereinrichtung für Oberflächentemperaturfühler
Durch die Einführung von genormten Qualitätssicherungssystemen entwickelt sich ein steigender Bedarf an Kalibrierungen und Zertifizierungen für Oberflächentemperaturfühler. Bisher beschränken sich diese Prüfungen meist auf die Bestimmung von Kennlinienfehlern der Temperatursensoren und der angeschlossenen Messwertverarbeitung ähnlich denen für Tauchtemperaturfühler. Dabei werden aber u.a. folgende Faktoren nicht berücksichtigt:
- die Rückwirkung des Fühlers auf das Messobjekt,
- das Material und die Oberflächenbeschaffenheit des Messobjektes,
- der Kontaktwiderstand zwischen Fühler und Messobjekt,
- die Aufsetzkraft und der Aufsetzwinkel des Fühlers auf das Messobjekt.
Diese Faktoren beeinflussen den Gesamtfehler bei der Messung mit Tasttemperaturfühlern erheblich. Am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik wurde unter Berücksichtigung der oben genannten Fakten in Zusammenarbeit mit den unten aufgeführten Kooperationspartnern eine Kalibriereinrichtung für Tasttemperatur- fühler entwickelt, die eine Kalibrierung möglichst nahe an den Einsatzbedingungen ermöglicht.
Mit der Prüfeinrichtung können unterschiedliche Bauformen von Tasttemperaturfühlern an einer gut wärmeleitenden, temperaturgeregelten Bezugsplatte und an drei auswechselbaren passiven
Prüfkörpern reproduzierbar kalibriert werden (Ergebnisse eines Ringvergleichs mit allen Kooperationspartnern). Aufgrund der durchgeführten Messungen sowie durch begleitende Finite-Elemente-Berechnungen erhält der Anwender umfangreiche Informationen über den Fühler sowie zu möglichen konstruktiven Verbesserungen.
Selbstkalibrierende Miniaturfixpunkt-Thermometer
Eine Temperaturmessung mit gebräuchlichen elektrischen Berührungsthermometern (Thermoelemente, Widerstandsthermometer) kann mit relativ großen Unsicherheiten behaftet sein. Die Charakteristik des verwendeten Temperatursensors ist häufig nur ungenau bekannt und kann sich zudem durch Alterungseffekte in unvorhersehbarer Weise ändern. Die Messung der elektrischen Ausgangsgrösse Thermospannung bzw. Widerstand wird durch parasitäre Thermospannungen an Kontaktstellen, nicht idealen Isolationswiderständen aber auch zeit- und temperaturabhängigen Kennlinienveränderungen des Volt- bzw. Ohmmeters verfälscht. Bei Verwendung von Thermoelementen unterliegt deren Vergleichstellentemperatur oft unbekannten zeitlichen Änderungen. Eine Reihe dieser Fehlereinflüsse lassen sich zwar durch periodische Kontrollen und Überprüfungsmessungen erkennen und korrigieren. Diese sind jedoch kosten- und zeitaufwendig und meist auch mit einem Ausbau des Thermometers verbunden.
Mit der Entwicklung selbstkalibrierender Miniaturfixpunkt-Thermometer besteht die Möglichkeit, eine gesamte Temperaturmesseinrichtung (Temperaturmesskette) fast beliebig oft, automatisch und in situ, also im eingebauten Zustand, zu rekalibrieren.