Temperaturmessung in Verbrennung (TM)

Messgrößen

  • Temperatur

Prinzip

Thermoelektrischer Effekt
Der für die Wirkungsweise von Thermoelementen wesentliche Effekt ist der Seebeck-Effekt. Liegt entlang eines Drahtes eine Temperaturdifferenz an, so stellt sich eineLadungsverschiebung ein. Die Größe der Ladungsverschiebung hängt dabei von denelektrischen Eigenschaften des gewählten Werkstoffes ab. Werden zwei Drähte ausunterschiedlichen Werkstoffen an einer Seite verbunden und einer Temperaturdifferenz ausgesetzt, liegt an den beiden offenen Enden eine Spannung an. Diese Spannung ist abhängig von der Temperaturdifferenz entlang der beiden Drähte. Um die Temperatur an der Verbindungsstelle zu messen, muss die Temperatur am offenen Ende bekannt sein. Befindet sich das Ende des Thermoelementes auf unbekannter Temperatur, muss es mit einer Ausgleichsleitung bis in die Zone bekannter Temperatur (Vergleichsstelle) verlängert werden. Die Temperatur der Vergleichsstelle muss bekannt und konstant sein. Ist keine konstante Vergleichsstellentemperatur vorhanden, so wird die Vergleichsstelle als Thermostat ausgeführt oder deren Temperatur mit einem zweiten Sensor erfasst.Unter der Vielzahl möglicher Metallkombinationen wurden bestimmte ausgewählt und die Spannungsreihen sowie zulässigen Grenzabweichungen genormt (DIN 60584). Folgende Metallkombinationen sind dabei genormt : Fe-CuNi, Cu-CuNi, NiCr-Ni, NiCr-CuNi, NiCrSi-NiSi, Pt10Rh-Pt, Pt13Rh-Pt,Pt30Rh-Pt6Rh

Häufig eingesetzt werden die Elemente NiCr-Ni bei Temperaturen bis 1200°C und Pt13Rh-Pt bei Temperaturen bis 1600°C.

Bei der Temperaturmessung in Flammen ist zur Vermeidung von Messfehlern bei hohen Temperaturen eine Strahlungskorrektur der Messwerte notwendig.

Temperaturabhängiger Widerstand
Für elektrische Temperaturmessungen wird sehr häufig die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes von Metallen ausgenutzt. Da der elektrische Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt, spricht man z. B. bei Platin-Temperatursensoren von einem positiven Temperaturkoeffizienten oder PTC (Positiv Temperature Coefficient). Um diesen Effekt bei Temperaturmessungen verwenden zu können, muss das Metall seinen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur auf reproduzierbare Weise ändern. Als Widerstandsmaterial hat sich in der industriellen Messtechnik Platin durchgesetzt. Zu seinen Vorteilen zählen die hohe chemische Beständigkeit, die hochreine Darstellung und die gute Reproduzierbarkeit der elektrischen Eigenschaften. Für die Gewährleistung eines universellen Austausches werden diese Eigenschaften in der DIN EN 60751 definiert. In dieser Norm sind der elektrische Widerstand und die zulässige Abweichung in Abhängigkeit von der Temperatur festgelegt.

Anwendung

- Messung von Fluidtemperaturen
- Ermittlung von Wand- bzw. Materialtemperaturen

Literatur / Referenzen

  • DIN 60584
  • DIN EN 60751
  • Diers et al.: Theme1: Large Engine Combustor Demonstrator Task1: Technology Demonstration Subtask 1.5.6: Investigation of Second Advanced Cooling Mixing Concept, DLR-IB-325-03-00, 2000
  • Griebel, P. : Untersuchung zur schadstoffarmen, atmosphärischen Verbrennung in einem Fett-Mager-Brennkammersektor für Flugtriebwerke, DLR Forschungsbericht 97-48, 1997

Institut / Einrichtung

DLR-Institut für Antriebstechnik

Kontakt

Olaf Diers
DLR-Institut für Antriebstechnik

Jochen Krampe
Technologiemarketing

Dr.-Ing. Alexander Born
Technologiemarketing

Dr. Frank Holtmann
Technologiemarketing

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