Temperaturmessung

Temperaturmessung
1
Einführung
Die Temperatur kennzeichnet unterschiedliche
Zustände von Prozessen. Sie bestimmt die Geschwindigkeit von Reaktionen und ist maßgebend
für viele Eigenschaften von Werkstoffen. Größen
wie Konzentration, Dichte und pH-Wert, auch
Druck oder Durchfluß und Geschwindigkeit sind
eng mit der Temperatur korreliert, die eine wichtige Zustandsgröße ist und daher einen hohen Stellenwert in der Meßtechnik einnimmt.
2
Versuchsziele
Die durchzuführenden Versuche zielen darauf ab,
im Umgang mit einigen Temperatursensoren Erfahrungen zu sammeln:
• Thermoelement
(NiCr-NiAl, Typ K)
• Widerstandsthermometer (PT 100)
• Heißleiterfühler
(NTG-Sensor)
Dazu gehört auch das Studium des Ofenmodells,
das die zu messenden Temperaturen bereitstellt.
Um Übersichtlichkeit für die Meßdaten zu gewinnen, müssen sie - an der Aufgabenstellung orientiert - dargestellt werden. Das geschieht durch
Kurven, Berechnungen und Auswertungen
(Schlußfolgerungen).
Der Interpretation der Ergebnisse kommt hohe
Bedeutung im Zusammenhang mit den technischen Gegebenheiten im Umfeld eines Prozesses
zu, ebenso den Anwendungsgrenzen der verschiedenen Sensoren in Bezug auf die Höhe der zu
messenden Temperatur und bezüglich der angestrebten Meßgenauigkeit. Der Einsatz einer
Meßmethode wird wesentlich von ihrer
Wirtschaftlichkeit mitbestimmt. Für diesen
Gesichtspunkt werden Beurteilungskriterien erst
dann verfügbar, wenn auch andere Methoden mit
ihren Möglichkeiten bekannt sind, die in diesem
Versuch nicht meßtechnisch untersucht werden.
Die nachfolgend beschriebenen theoretischen
Grundlagen gehen daher auch auf andere Temperatursensoren ein. Die Grundlagen werden besonders zur Vorbereitung auf den Versuch benötigt.
3 Grundlagen
Temperaturmessungen haben ein weites Feld der
Anwendungen. Für den industriellen Einsatz von
Temperatursensoren sind besonders solche von
Interesse, die auf einem thermoelektrischen
Wandlungsprinzip beruhen. Das sind Sensoren,
die aus der Meßgröße der Temperatur ein elektrisches Ausgangssignal erzeugen, das einer direkten
elektrischen Weiterverarbeitung zugänglich ist.
Thermoelemente, lineare Widerstandsthermometer und Heißleiterfuhler genügen dieser Forderung. Diese Sensoren kommen hier zum praktischen Einsatz. - Andere Sensoren neuerer Konzeption, wie hochdotierte Silizium-Thermometer
(deren Ausbreitungswiderstand stark temperaturabhängig ist) und Sperrschichtthermometer (deren
Spannung an einem p/n-Übergang linear mit der
Temperatur zusammenhängt), werden zusätzlich
behandelt. Auch dafür werden quantitative Angaben gemacht, die zum selbständigen Einsatz dieser
Sensoren befähigen, d. h. Dimensionierungsgrundlagen für den Aufbau neuartiger Temperaturmeßgeräte liefern.
All diese, technisch bedeutsamen Sensoren haben
unterschiedliche Eigenschaften, mit denen sich
eine Vielzahl von Temperaturmeßproblemen lösen läßt.
(Messtechnik, TPS 8.3.1.)