Entwicklung einer Methode zur Temperaturbestimmung von Fluiden mithilfe von Berührungsthermometern bei niedrigen Eintauchtiefen

Brethauer, Andreas

Die exakte Bestimmung der Temperatur gewinnt u. a. in der Wärmeverbrauchsmessung eine immer höhere Bedeutung. Messabweichungen haben hier eine direkte Auswirkung auf die Kostenabrechnung. Die vorliegende Arbeit untersucht in diesem Zusammenhang die Messabweichung durch Wärmeableitung und das Ansprechverhalten von Widerstandsthermometern bei geringen Eintauchtiefen in ein zu messendes Medium. Zudem wurde eine Prüfeinrichtung zur Untersuchung von Widerstandsthermometern unter Einbaubedingungen entwickelt und validiert. Diese erlaubt die Untersuchung des statischen und dynamischen Verhaltens von Thermometern, sowie den direkten Vergleich unterschiedlicher Einbaustellen. Eine weitere dargestellte Neuentwicklung ist ein für niedrige Eintauchtiefen optimiertes Widerstandsthermometer. Dieses realisiert eine gute Ankopplung des Temperatursensors an das zu messende Medium, sowie eine Entkopplung von der anders temperierten Umgebung.

The exact determination of temperature becomes more and more important - particularly in the field of heat consumption measurement. Here, the temperature difference at the forward and return line in combination with the flow rate is used to determine the heat extracted. Measurement uncertainty have a direct effect on the cost accounting. Due to design of commonly used heat meters, there is only little space at the installation point of the thermometer at the return line. At this point the thermometer is often immersed tangentially, which causes a non-negligible measurement deviation. This thesis analyses in detail the measurement deviation caused by heat conduction and the response behavior of resistance thermometers at low immersion depth into a medium. The significance of a thermal connection of the sensor to the medium and the decoupling from the differently tempered environment becomes clear. The used medium is also important; for example: water-glycol mixtures are often used in heat-/cooling transfer applications. Their use has a high influence on the thermal measurement deviation and the response behavior of a resistance thermometer, especially at low flow rates. In addition, the possibility of using the Loop Current Step Response Test in the heat consumption measurement was validated. This test allows to measure the response times of resistance thermometers under installation conditions. Target of this thesis is the utilization of the obtained knowledge. A testing device for the examination of resistance thermometers under installation conditions was developed and validated. This device is designed as a flow channel and enables the examination of the static and dynamic behavior of thermometers, as well as the direct comparison of different installation points. The measuring sections can be easily exchanged via flange system. The implementation and evaluation of the different measuring programs runs automatically - due to a software which was especially developed for this application. A resistance thermometer - optimized for low immersion depths and combining heat conducting and insulating plastics - is another new development. Thus a good coupling of the temperature sensor to the medium as well as a decoupling from the different tempered environment was implemented.

Die exakte Bestimmung der Temperatur gewinnt u. a. in der Wärmeverbrauchsmessung eine immer höhere Bedeutung. Hier wird mithilfe der Temperaturdifferenz an einem Vor- und Rücklauf in Kombination mit der Durchflussmenge die entnommene Wärme bestimmt. Messabweichungen haben hier eine direkte Auswirkung auf die Kostenabrechnung. Konstruktionsbedingt ist bei den gängigen Wärmemengenzählern an der Thermometer-Einbaustelle des Rücklaufs nur wenig Platz. Hier wird häufig tangential in das Medium eingetaucht, was eine nicht vernachlässigbare Messabweichung verursacht. In der Arbeit wird die Messabweichung durch Wärmeableitung und das Ansprechverhalten von Widerstandsthermometern bei geringen Eintauchtiefen in ein zu messendes Medium näher untersucht. Dabei wird die Bedeutung einer thermischen Ankopplung des Sensors an das Medium, sowie die Entkopplung von der anders temperierten Umgebung deutlich. Einen Einfluss hat auch das verwendete Medium. In der Wärme-/Kälteübertragung werden häufig Wasser-Glykol-Gemische verwendet. Deren Verwendung hat gerade bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten einen hohen Einfluss auf die thermische Messabweichung und das Ansprechverhalten eines Widerstandsthermometers. Zudem wurde auch die Möglichkeit zur Nutzung des Loop Current Step Response Tests in der Wärmeverbrauchsmessung validiert. Dies erlaubt das Messen von Ansprechzeiten unter Einbaubedingungen. Ziel der Arbeit ist die Nutzbarmachung erzielter Erkenntnisse. So wurde eine Prüfeinrichtung zur Untersuchung von Widerstandsthermometern unter Einbaubedingungen entwickelt und validiert. Diese, als Strömungskanal konzipierte Prüfeinrichtung, erlaubt die Untersuchung des statischen und dynamischen Verhaltens von Thermometern, sowie den direkten Vergleich unterschiedlicher Einbaustellen. Die Messstrecken sind über ein Kleinflansch-Verbindungssystem austauschbar. Die Durchführung und Auswertung der unterschiedlichen Messprogramme läuft automatisch über eine eigens entwickelte Software ab. Eine weitere Neuentwicklung ist ein für niedrige Eintauchtiefen optimiertes Widerstandsthermometer. Hier wurden wärmeleitfähige und thermisch isolierende Kunststoffe kombiniert. So wurde eine gute Ankopplung des Temperatursensors an das zu messende Medium, sowie eine Entkopplung von der anders temperierten Umgebung realisiert.

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Brethauer, Andreas: Entwicklung einer Methode zur Temperaturbestimmung von Fluiden mithilfe von Berührungsthermometern bei niedrigen Eintauchtiefen. Ilmenau 2019.

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