Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Druckmessung Langa Leitung


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von Fischer (Gast)


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Hallo,
Ich habe folgendes Problem und hoffe ihr könnt mir weiterhelfen. Ich 
habe den Aufbau, wie er in der Zeichnung zu sehen ist. Ein Rohr, dass 
durchströmt wird, und mittendrin ein weiteres Rohr, jedoch ist am Ende 
dieser Abzweigung ein Sensor. Anfangs würde die Flüssigkeit strömen, mit 
einer Temperatur von 25°C. Wenn mein Gedankengang richtig ist, würde 
sich das Rohr mit dem Sensor (Wenn ein Ablassventil vorhanden ist) mit 
der Flüssigkeit füllen und danach ruhen, also keine Strömung mehr 
vorhanden sein, da es ja nirgendwo hin strömen kann.
Jetzt wird die Flüssigkeit langsam erwärmt (Heizung auf etwa 350°C) und 
fließt genauso weiter. Wie würde sich die Temperatur in der Abzweigung 
verändern? Diese müsste ja am Sensor noch relativ kalt sein, da kein 
Austausch der Flüssigkeit stattfindet, da ja in der Abzweigung keine 
Strömung vorhanden ist, oder habe ich da einen Fehler in meinem 
Gedankengang?
Wie würde man den Wärmeaustausch zwischen dem fließenden und stehenden 
Medium berechnen? Weil es findet ja nur dort ein Wärmeaustausch statt, 
der dann über die gesamte Wassersäule "hoch" müsste. Kann man das 
vereinfacht als erzwungene Konvektion an einer ebenen Wand berechnen und 
den Flüssigkeitsanteil in der Abzweigung als ebene Wand annehmen?

Ich hoffe das Problem ist ersichtlich, denn ich müsste die Länge der 
Abzweigung berechnen, damit eine bestimmte Temperatur am Sensor nicht 
überschritten wird.
Vielen Dank!

Beitrag #7064694 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Clemens S. (zoggl)


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Starkröte schrieb im Beitrag #7064694:
> Nimm einen Sensor, der die Temperaturen auch verträgt und überwache den
> interessierenden Bereic

Vergiss den Quatsch post von Kröte.

Ja deine Überlegungen sind richtig.

Es gibt dafür eigene Kapillaren, um Drucksensoren von Wärme zu 
entkoppeln.

https://instrumentationtools.com/capillary-tubing/

Der Hauptweg der Wärme geht aber durch die Wand der Kapillare und nicht 
durch die Flüssigkeit.

Montiere den Sensor nicht auf einer anderen Höhe. Du weißt nicht wo 
Flüssigkeit und wo vielleicht eine Gasblase in der Kapillare ist.

Sg

von Fischer (Gast)


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Vielen Dank für deine Antwort und den Link!
Jetzt hätte ich noch eine Frage: Wenn ich die Kapillare direkt an das 
350°C warme Medium anschließe, dann geht die Wärme ja über die Rohrwand 
ab.
Was ist, wenn, wie im Text beschrieben, das Öl nur langsam erwärmt wird? 
Wie wirkt sich das auch die Wärme in der Kapillare aus? Das verstehe ich 
noch nicht richtig. Wirkt das Öl das vorher drin war als "Grenze" 
zwischen Sensor und erwärmten Öl oder erhitzt sich das Öl in der 
Kapillare dann genauso schenll wie in der normalen Leitung?

von Wolfgang (Gast)


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Clemens S. schrieb:
> Montiere den Sensor nicht auf einer anderen Höhe. Du weißt nicht wo
> Flüssigkeit und wo vielleicht eine Gasblase in der Kapillare ist.

Unsinn. Mit Gasblasen gibt es überhaupt kein Problem, solange der Sensor 
sich UNTERHALB, d.h. auf einer geringeren Höhe als das durchflossene 
Rohr befindet und die Kapillare nicht in Schleifen geführt ist, in denen 
sich Gas ansammeln kann.
Allerdings kommt der statische Druck durch die Flüssigkeitssäule dazu.

von Clemens S. (zoggl)


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Das Öl in der Kapillare bleibt stehen. Es wird praktisch nicht 
ausgetauscht. Daher ist es auch so wichtig, dass der Sensor die selbe 
höhe wie der Messpunkt hat, da in diesem Rohr eben auch eine Luftblase 
gefangen sein kann.

Das wird in der Praxis aber meist gar nicht berechnet. Die Hersteller 
dieser Sensoren kennen sich damit aus. Die wissen was du brauchst, wenn 
du ihnen sagst hab 350° heißes Öl 30° Umgebungstemperatur und sie nach 
einer Empfehlung für eine Kapillare fragst.

Wenn du es selbst schätzen willst nimm den Außendurchmesser der 
Kapillare, die Materialkonstante für Wärmeleitfähigkeit davon und 
berechne den Wärmefluss Richtung Sensor. Dieser muss weggekühlt werden. 
Als sehr konservativen Richtwert für Ableitung gegen Luft kannst du 
3-10W/m²K nehmen. Achtung, nur auf Heizungsseite hast du das volle 
Temperaturgefälle 350/30°. Beim Sensor hast du nur noch zb 50/30°

Mal dir das Gefälle auf und überlege, welch Mittentemperatur du 
verwenden kannst (Tipp: Multiplikationen sind Flächen)

Sg

von Clemens S. (zoggl)


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Wolfgang schrieb:
> Mit Gasblasen gibt es überhaupt kein Problem, solange der Sensor sich
> UNTERHALB, d.h. auf einer geringeren Höhe als das durchflossene Rohr
> befindet und die Kapillare nicht in Schleifen geführt ist

Auch diesen Post kannst du ignorieren.

Flüssigkeiten lösen bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiede 
Gasmengen. Wenn du eine dünne Leitung ( Leitung so dünn dass eine 
Luftblase darin nicht mehr aufsteigen kann. Bei Wasser ca 6mm und bei Öl 
deutlich mehr) mit einem Temperaturgefälle hast, "pumpt" dir deser 
Temperaturgradient förmlich Luftblasen in die Kapillare. Am Kalten 
Sensor kann sich daher auch im Betrieb eine Gasblase bilden.

Daher wie schon oben geschrieben:

Clemens S. schrieb:
> Montiere den Sensor nicht auf einer anderen Höhe. Du weißt nicht wo
> Flüssigkeit und wo vielleicht eine Gasblase in der Kapillare ist.

Sg

von Fischer (Gast)


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Wow, vielen Dank für die ausführliche Antwort, das hat mir sehr geholfen 
das Problem zu verstehen!

Meinst du ich müsste denn die Kapillare seitlich an das Rohr 
anschließen? Oder wie meinst du das mit der selben Höhe?

Ist es für die Berechnung auch möglich das Rohr als Stab abzuschätzen 
und folgende Berechnungen durchzuführen?

https://www.ingenieurkurse.de/waermeuebertragung-waermeleitung/waermeleitung-in-einem-feststoff/stationaere-waermeleitung/waermeuebergang-an-der-oberflaeche/endlich-langer-stab.html

T am Anfang hätte ich und T am ende auch, somit müsste ich alles nach h 
umformen und hätte die Länge des Stabs (bzw. Rohres)

von Clemens S. (zoggl)


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Das ist die pipifeine Premium- Lösung...

..aber im Faktor für die Wärmeübertragung Stab/Luft ist schon eine 
Unsicherheit von 3. Bei leichter Luftströmung auch gerne 3-50W/m²K.

Du machst hier sicher keinen Fehler, wenn du den Verlauf als Linear 
annimmst. Damit fällt das Integral raus und du hast einfache Dreiecke.

Fischer schrieb:
> Meinst du ich müsste denn die Kapillare seitlich an das Rohr
> anschließen? Oder wie meinst du das mit der selben Höhe?

Nein. Die Wasser- oder in deinem Fall Ölsäule erzeugen einen statischen 
Druck.

Dieser verfälscht das Messergebnis um roh*g*h. Wobei du h eben nicht 
genau kennst, weil da ja im Rohr nicht nur Öl sondern auch Luftblasen 
sein können.

Wird der Sensor also einen Meter über der Messstelle angebracht zeigt 
der Sensor beispielsweise zwischen 0bar ( die gesamte Kapillare ist mit 
Luft gefüllt) und 0.08bar (alles voll mit Öl) zuviel an.

von Fischer (Gast)


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Wie müsste der Sensor denn dann angebracht sein? Auf selber Höhe wie die 
Messstelle, heisst das die kapillare muss gebogen werden, um wieder die 
Höhe des Rohres zu erreichen?

von Clemens S. (zoggl)


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Fischer schrieb:
> heisst das die kapillare muss gebogen werden, um wieder die Höhe des
> Rohres zu erreichen?

So ist es seit über 100 Jahren üblich.

https://www.stocksy.com/544524/copper-pipe-and-pressure-gauge-on-an-old-steam-engine

Sg

von Fischer (Gast)


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Werde das ganze, aufgrund der Komplexität nicht berehcnen sondern in 
ANSYS simulieren. Vielen Dank für Eure hilfreichen Beiträge!

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