Messtechnische Untersuchung von Rohranlegethermometern

Pufke, Michael GND

Die vorliegende Arbeit widmet sich der messtechnischen Untersuchung von Rohranlegethermometern, welche eine spezielle Bauform der an Oberflächen messenden Berührungsthermometer darstellen. Ihre Befestigung an ein Rohrstück erfolgt dabei i. d. R. durch lösbare Montage. Ziel der Messung mittels Rohranlegethermometern ist i. A. die Bestimmung der Mediumstemperatur im Inneren eines durchströmten Rohres. Bislang existieren nur wenige Veröffentlichungen, Normen und Richtlinien, die Herangehensweisen zur messtechnischen Charakterisierung und Vergleich von Rohranlegethermometern beschreiben. An Hand theoretischer Betrachtungen von verschiedenen Einflussgrößen, wie Strömungsgeschwindigkeit, Rohrgeometrie, Umgebungsbedingungen etc. wird deutlich, dass diese häufig in Wechselwirkung treten und nur zusammen betrachtet werden sollten. Um die Einflussgrößen auf die Messung mittels Rohranlegethermometern besser ergründen zu können, wurde ein neuer Prüfstand auf Basis von Sattdampf konzipiert, aufgebaut und erfolgreich verifiziert. Es wurde zudem nachgewiesen, dass mit einem auf Wasser basierenden Prüfstand reproduzierbare Messungen über einen weiten Mediumstemperaturbereich durchgeführt werden können. Mit Hilfe von kommerziell erhältlichen Rohranlegethermometern erfolgten experimentelle Untersuchungen praxisrelevanter Einflussgrößen. Wesentliche Einflussgrößen konnten neben der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums u. a. in der Reproduzierbarkeit durch die Montage, dem thermischen Kontaktwiderstand zwischen Rohr und Thermometer sowie einer erzwungenen Konvektion in der Umgebung gefunden werden. Mittels Isolierung von Rohr und Thermometer konnte z. T. eine Reduzierung von Einflussgrößen auf die Messung erreicht werden. Insgesamt zeigt sich, dass bei der Messung von Rohranlegethermometern eine genaue Kenntnis der Eigenschaften des Gesamtsystems, bestehend aus Medium, Rohr, Thermometer mit Kontaktwiderstand und Umgebung, erforderlich ist. Aus den durchgeführten experimentellen Untersuchungen heraus folgen Empfehlungen zur Ermittlung wichtiger charakterisierender Kenngrößen von Rohranlegethermometern unter reproduzierbaren Bedingungen. Zusammenfassend wird dem Leser somit die Möglichkeit gegeben, Rohranlegethermometer besser verstehen, bewerten, auswählen und anwenden zu können. Des Weiteren wurde der Grundstein für zukünftige Normen und Richtlinien gelegt.

The present work is dedicated to the metrological investigation of pipe clamp thermometers, which represent a special design of contact thermometers measuring on surfaces. They are usually attached to a pipe section by detachable mounting. The aim of measurement using pipe clamp thermometers is generally to determine the temperature of the medium inside a pipe through which fluid flows. So far, there are only a few publications, standards and guidelines that describe approaches for the metrological characterization and comparison of pipe clamp thermometers. By means of theoretical considerations of different influencing quantities, such as flow velocity, pipe geometry, environmental conditions and so forth, it becomes clear that they often interact and should only be considered together. In order of creating a better understanding of the influencing quantities on the measurement using pipe clamp thermometers, a new measurement setup based on saturated vapor was designed, built and successfully verified. It had also been proven that a water based setup can be used for reproducible measurements over a wide medium temperature range. With the help of commercially available pipe clamp thermometers, experimental investigations of practice-relevant influencing quantities were carried out. Beside to the medium flow velocity, important influencing factors could be found in reproducibility through mounting, thermal contact resistance between pipe and thermometer as well as forced convection in the environment. By insulating of pipe and thermometer, it was possible to achieve a partial reduction of influencing quantities. As an important result it can be stated that an accurate knowledge of the properties of the overall system, consisting of medium, pipe, thermometer with contact resistance and environment, is required for measuring pipe clamp thermometers. Based on the experimental investigations, recommendations are given for determining important characteristic variables of pipe clamp thermometers under reproducible conditions. In summary, the reader is given the opportunity for a better understanding, evaluation, selection and application of pipe clamp thermometers. In addition, the foundation stone was laid for future work on standards and guidelines.

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Pufke, Michael: Messtechnische Untersuchung von Rohranlegethermometern. Ilmenau 2019.

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