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Temperaturmessung von Stahl

Ausarbeitung 2001 10 Seiten

Werkstoffkunde

Leseprobe

Temperaturmessung

Datum: 26.04.2001

Zusammenfassung

Ziel dieses Versuchs war es, die Temperatur verschiedener Flüssigkeiten und Gegenständen mit unterschiedlichen Messmethoden zu ermitteln und diese anschschließend graphisch, mittels PC, darzustellen. Der Sensor wurde mittels Eiswasser kalibriert und somit eine größere Genauigkeit erreicht. Zum Kalibrieren wurden Fixpunkte wie Schmelzpunkte und Gefrierpunkte verwendet. Störende Einflüsse auf Messstellen sollten durch Maßnahmen wie Schutzrohre ausgeschalten werden. Am Ende wurde der Emissionsfaktor E errechnet.

Die Temperatur Bestimmung kann man in bei der Firma Hydro Aluminium

Nentzing gut beobachten. Dort misst ein Infrarotsensor die Temperatur des AlBlocks. Der Block muss hinten kälter sein als Vorne.

Theoretischer Hintergrund

Schwarze Strahler bzw. optische Temperaturmessverfahren

Ein Grossteil der gesamten Temperaturmessung beruht auf dem besonderen Verhalten des Schwarzen Strahlers. Ohne dieses Phänomen würde es keine kontaktlosen bzw. optischen Temperaturmessverfahren geben. Schwarze Strahler können dabei unabhängig von der Wellenlänge sämtliche Strahlen absorbieren bzw. emmitieren, im Gegensatz zum Weißen Strahler, der ein gegenteiliges Verhalten aufweist.

Auf diesen Errungenschaften beruht das Stefan-Bolzmann’sche Gesetz, welches besagt, dass die Fläche unter der Kurve eines Strahlers mit zunehmender Temperatur T^4 steigt.

Widerstandsthermometer

Dieser Thermometertyp verändert in Abhängigkeit von der Temperatur die elektrische Leitfähigkeit. Im Vergleich Metall/Halbleiter, erkennt man, dass sich beim Halbleiter der Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt und somit als Heißleiter bezeichnet wird. Beim Metall ändert sich der Widerstand genau umgekehrt, er steigt bei steigender Temperatur. Bei Metallen lässt sich eine gewisse Temperaturabhängigkeit erkennen, die sich durch diese Formel beschreiben lässt:

R = R0 [1+A(T-T0)+B(T-T0)[2]]

R…Widerstand des Leiters bei der Messtemperatur R T...Messtemperatur

R0...Widerstand des Leiters bei der Temperatur T0 A,B...Materialkonstanten

Dieses Thermoelement hat bei einer Temperatur von 0°C einen Widerstand von 100 W.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3-Leiter

Dieses Widerstandsthermometer hat die Sonderheit, dass es den Widerstand des Leiters abzieht und somit die Genauigkeit der Messung entscheidend erhöht. Die Widerstände der Anschlusskabel überhaupt nicht einzubeziehen, lässt sich technisch nicht bewältigen. Die 3x5W Widerstände simulieren eine lange Leitung.

Thermoelemente

Zwei unterschiedliche Metalle werden miteinander verbunden. Es baut sich an der Kontaktstelle eine Thermospannung auf. Dieser Effekt ist Grundlage für Messungen mit Thermoelementen:

Uth. = SABDT

Uth. …Thermospannung

SAB…Seebeckkoeffizient für die Metallkombination DT...Temperaturdifferenz

SAB kann um bis zu 100% variieren, daher werden die Thermospannungskurven linerarisiert.

a) Eisen und Nickeldrähte

b) Ni-Cr-Ni - Thermoelement

NiCr / NiAl = Typ K- Thermoelement mit Referenzstelle

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4:Beispiel Thermoelement

Analog-Digital-Wandler

Die Eingänge A/D des Interface sind Analogeingänge für Gleich-und

Wechselspannung. Die Eingänge A und D stellen die Steckplätze für die Messund Sensorboxen dar. Die Boxen werden durch die Steckverbindungen mit elektrischer Spannung versorgt. Außerdem erfolgt über diese Eingänge die Steuerung und Erkennung der Boxen durch die Software.

Die Temperatur wurde einerseits von einem Multimeter abgelesen, andererseits von dem PC graphisch dargestellt. Mittels sekundären Messverfahren wird der Messwert über einen Analog- Digital- Wandler dem Computer übermittelt. Der AD-Wandler wandelt den Messwert der in Form einer Stromstärke eintrifft[in mA] in einen Binärcode um.

Dadurch wird eine Verfälschung der Daten verhindert. Der AD-Wandler sendet die Daten nun über Interface an den Computer weiter. Auf dem PC sind Treiber installiert, die den Binärcode richtig entschlüsseln und die Messwerte an ein Programm weitergeben können, z.B. LOG100.

Die Software wandelt [mA] in [°C] um. Das Programm führt nun in bestimmten Intervallen Messungen durch und stellt diese in einem Diagramm dar.

Positive Aspekte:

Wahl eines beliebigen Messtaktes (Programm: Messen und Auswerten / Multimeter) Wahl von Messbereich und Aufnahmezeit (Programm: Leitfähigkeit / Kinetik) Wahl von Messbereich und Messtakt (Programm: Temperatur) Präsentation der Messwerttabelle Skizze:

Infrarot-Sensor

Diese Messmethode gehört zur Gruppe der optischen bzw. der Kontaktlosen Temperaturmessmethoden. Die Anspruchszeit des sogenannten IR-Sensors ist relativ kurz. Der Infrarot-Sensor misst die Emittierte Strahlung und schließt daraus auf die Temperatur.

Versuchsbeschreibung

Versuch 1:

Ausgangsstoffe:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Mit Hilfe eines Infrarot-Sensors, wurde die Temperatur an der Oberfläche und in den Löchern bestimmt. Die gewonnene Daten wurden über Modem dem Computer übermittelt und ausgewertet.

Problem:

- Das Streulicht aus der Umgebung beeinflusst den IR-Sensor sehr

stark. Die Folge ist eine große Ungenauigkeit.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Jetzt registriert der Messingblock keine Strahlungswärme von der Umgebung.

Versuch 2:

Als Ausgangsstoffe finden wir jeweils einen Behälter mit Eiswasser und mit

Zinn vor. Das noch harte Zinn wird in den vorgewärmten Ofen gegeben, in dem es geschmolzen wird. Ist das Zinn flüssig, wird der Behälter mit einer Zangeaus dem Ofen herausgenommen und abgestellt. Die Messstelle des 2 bzw. 3-Leiters wird in das Zinn getaucht. Beim 3-Leiter muss vorher noch der Widerstand des Leiters bestimmt werden, um eine genaue Messung zu garantieren.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Versuch 3:

Thermoelement Ni/Fe

Vor der Kalibrierung des Thermoelements durch Eiswasser, wurde aus den Ausgangsstoffen Eisen und Nickel und Kupfer ein Thermoelement gebaut. Jedes Team bestand aus circa 4 Personen. Ziel war es herauszufinden, wie sich dieses Thermoelement bei Erhitzen der Referenzstellen durch eine Feuerzeug verhält. Dieses Thermoelement(Unten) hat an den Verbindungsdrähten ein Multimeter angeschlossen, das die gewünschten Messwerte liefert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Nach der Bearbeitung durch das Feuerzeug ist folgendes festzustellen:

An den Ausgleichsstellen, an denen Ni und Ni aufeinandertreffen, ist keine Änderung festzustellen. An der Referenzstelle Ni/Fe ist jedoch ein hoher Ausschlag auf dem Multimeter zu lesen. Die Stellen Cu/Fe bzw. Fe/Cu heben sich gegenseitig auf.

Versuch 3:

Thermoelement mit Referenzstelle

Ausgangsstoffe waren NiCr und NiAl.

In diesem Versuch war das Ziel, ein spezielles Thermoelement mit den

jeweiligen Referenzstellen, den Typ K zu erzeugen. Teile des Thermoelements wurden in ein Schutzrohr gesteckt um Fehler zu vermeiden. Die Anprechszeit ist kurz.

Eiswasser

Schutzrohr Messstelle

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ergebnisse:

Referenzstelle bei Raumtemperatur: 0,64 mV

Siedepunkt Wasser: -3,84 mV

In der Sn Schmelze: 9,28 mV

Versuch 4:

Schmelzpunkt von Blei:

Der Versuhsaufbau ist der Selbe wie bei Versuch 3 nur dass die Messstelle von einem Schutzrohr umgeben ist. Die Folge ist eine lange Anprechszeit.

Messung in einem Intervall < 8 sec. Mittels Pt100

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Schmelzüunkt von Blei(Pb):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Diskussion der Ergebnisse

Nach diesen Versuchen kommt man zum Schluss, dass man sich immer vorher überlegen bzw. es vorher ausprobieren sollte, welche Messmethode man verwenden soll.

Details

Seiten
10
Jahr
2001
Dateigröße
651 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v104438
Note
1-2
Schlagworte
Temperaturmessung Stahl

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Titel: Temperaturmessung von Stahl