ich baue gerade ein Experiment auf, in welchem ich eine Temperaturdifferenz in einem mit Luft durchströmten Rohr messen möchte. Eine Messstelle ist unmittelbar vor einem Heizblock und die andere hinter dem Heizblock. Aktuell messe ich sowohl vor, als auch hinter dem Heizkörper individuell die Temperatur mit jeweils einem Typ T Thermoelement und bestimme mir dadurch die Temperaturdifferenz. Da ich allerdings etwa eine Eintrittstemperatur von 30°C und eine Austrittstemperatur von 50°C habe führt das natürlich zu größeren Unsicherheiten. Habt ihr Vorschläge, wie ich die Messung der Temperaturdifferenz optimieren kann?
Da ich
allerdings etwa eine Eintrittstemperatur von 30°C und eine
Austrittstemperatur von 50°C habe führt das natürlich zu größeren
Unsicherheiten. Habt ihr Vorschläge, wie ich die Messung der
Temperaturdifferenz optimieren kann?
Verstehe noch nicht, was mit “führt das natürlich zu größeren
Unsicherheiten.“ gemeint ist.
Und was soll konkret optimiert werden? Gerätetechnik, Thermometeranordnung oder ....
Wieviel Stellen nach dem Komma soll gemessen werden?
.....
Da ich
allerdings etwa eine Eintrittstemperatur von 30°C und eine
Austrittstemperatur von 50°C habe
Wenn da nur die Temperaturdifferenz von Belang ist, beide Elemente in reihe gegeneinander schalten. ( "antiseriell" ? )
Das Spiel mit den wenigen µV bei Temperaturdifferenzen im 10°- Bereich würde ich aber umgehen.
Die Stärke von Thermoelementen zeigt sich eher bei extremen Temperaturen und bei extrem kleinen Messpunkten ( ein Schweißpunkt zwischen zwei hauchdünnen Drähten ändert die Temperatur des zu messenden Mediums wenig und hat wegen der geringen Masse auch schnelle Reaktion)
In diesem Falle hier würde ich eher an NTC- oder Pt-1000 Widerstände denken
Die haben deutliche Widerstandsänderungen, auch bei wenigen Graden.
Und in einer Brückenschaltung ist die Differenzmessung besonders gut machbar.
Ich würde auch über digitale Sensoren (One-Wire oder I2C) nachdenken. Hier hat jemand mit einem einfachen DS18B20 und etwas Kalibrierung eine Genauigkeit von deutlich unter 0.1 Grad erreicht:
Wenn es nur auf die relative Temperaturdifferenz ankommt dann kann man das Offset kompensieren indem man im stationären Zustand bei ausgeschalteter Heizung misst (mit der Annahme dass die Temperaturdifferenz dann Null ist), die Linearität der Sensoren ist wahrscheinlich gut genug dass man mit lediglich einer einfachen Offset-Korrektur schon recht weit kommt.
Gibt auch Temperatursensoren die bezüglich der Daten/spezifizierten Messgenauigkeit noch ein gutes Stück besser sind als der gute alte DS18B20.
Beim mechanischen Aufbau muss man natürlich etwas darauf achten dass der Sensor tatsächlich die Lufttemperatur misst und nicht zu stark durch die Wärmeleitung über Anschlüsse/mechanische Befestigung beeinflusst wird.
Okay vielen Dank schonmal an die ganze Tipp- und Hinweisgeber. Das hat mir schonmal einen guten Einstieg geliefert
Hier nochmal ein paar weitere Randbedingungen, nach welchen gefrag wurde:
Ich messe die Temperatur des Luftstroms (feuchte Luft ohne Zusatzstoffe) in der Mitte des Kanals. Aktuell mit einem Typ T bei einem Drahtdurchmesser von 0.1mm. Das Temperaturmessgerät sollt möglichst klein sein, da ich die Strömung möglichst wenig beeinflussen möchte. Die Abtastrate spielt gar nicht so eine große Rolle, da mich sowieso in erster Linie der Mittelwert über einen längeren Zeitraum interessiert.
Ich würde gerne eine Unsicherheit von +/-0.1K pro Messstelle erreichen oder eben 0.2K bei einer Differenzmessung.
Noch eine weitere kurze Frage: Ich habe die Thermoelemente mit Hilfe eines Kalibrators und einem Pt100 kalibriert. Die Spannungs zu Temperaturkurve wird dann bei unserer Messkarte hinterlegt. Die Unsicherheit des Thermoelements bleibt allerdings bei +/- 0.5K oder?
Das schwierigste wird sein, einen homogenen Luftstrahl zu erzeugen, ich hab mal eine Regelung für ein Fön ähnliches Gerät gemacht. an der Luftaustritttsöffnung hatte ich Temperaturunterschiede von über 20°C, je nachdem, wo der Sensor platziert war.
Da wurden dann Luftleitbleche zum Verwirbeln eingebaut.
Ich denke aber 0,1° K Genauigkeit mit nur einem Sensor zu erreichen ist unmöglich (Grund, die vorher angesprochenen Verwirbelungen.
Vergiss das mal mit Strahl moeglichst wenig zu beeinflussen. Je besser der Sensor an den Gasfluss angebunden ist, desto besser die Messwerte. Bedeutet eigentlich verwirbeln.
Zu den Temperaturaussagen ... es gibt Stabilitaet & Reproduzierbarkeit, es gibt absolute Genauigkeit. Das sind nicht dieselben Dinge, und speziell nicht zum selben Preis. Was machst du mit den Aussagen ?
Das erste ist relativ guenstig. Mit 2 NTCs. Irgend eine Verwirbelung. zB etwas Stahlwolle. Die Temperatur passt irgendwie, und ist reproduzierbar.
Waehrend die Temperaturbestimmung eines Gases eine andere Groessenordnung ist. Hast du linearen flow, stimmt die Temperatur sicher nicht. Wegen Grenzschichten uns so. Musst also einigen Aufwand treiben, bis die Temperaturangabe stimmt. 0.1K scheint mir ueberzogen. Ein fuehler misst erst mal sich selbst.
Ja, Thermoelemente sind nach Genauigkeitsklassen spezifiziert. PT1000 auch.
Nebenbei.. ich hatte mal Temperaturcontroller im Angebot mit einer Temperaturstabilitaet von besser wie 0.01 K, aber einer Genauigkeit von 2 K, mit eng tolerierten NTC, auch um Raumtemperatur rum. Die Temperatur wurde jeweils eingestellt und fertig. Welche Nummer effektiv da steht war weniger wichtig.
Jetzt bin ich unter Anderem damit beschaeftigt, wie kriege ich Hitze moeglichst gut ins stroemendes Gas. 600 Grad Celsius. Fuer die Regelung macht es einen Unterschied, ob man ein DeltaT von 20, 50 oder 100K hat, je nach Stroemung.
Habt ihr Vorschläge, wie ich die Messung der Temperaturdifferenz
optimieren kann?
Offenbar hast du strömende Luft, die im Rohr hängenden Sensoren werden also gut vom Medium umspült.
Deine Thermoelemente messen nur eine Differenztemperatur zu dem Klemmstellen. Wie gut/schlecht also die Klemmstellentemperatur mit gemeasen wird geht also als Fehler ein.
Es wäre gut, wenn das Messgerät beide Sensoren misst und nur eine Klemmstellenkompensation macht, oder wenn man beide Sensoren direkt in Reihe schaltet und ohne Kaltstellenkompensation sich direkt die Temperaturdifferenz anzeigen lässt.
Dann kann das Ergebnis recht genau werden.
Ansonsten ist es immer schlechter als die Kaltstellenmessung. Mit NTC oder Silizium oder Platinsensoren könntest du sonst statt der Klemmstelle auch direkt das Medium messen.
Typ T ist ja Kupfer / Kupfer-Nickel und Kupfer ist ein guter Wärmeleiter.
In Gasen wird also die Zuleitung viel Wärme abführen, d.h. einen großen Fehler bewirken.
Ich würde auch über digitale Sensoren (One-Wire oder I2C) nachdenken.
Z.B. der SMT172 hat eine hohe Auflösung und sehr geringe Drift. Er läßt sich bequem mit einem MC auslesen, die Temperatur entspricht dem Tastverhältnis.
Ich hab ihn z.B. mit einem AT89C2051 ausgelesen. Ein Timer ist durchlaufend, der andere im Gate-Mode zählt nur die High-Pulsbreite.
Verzugsweise sollte der MC einen Quarz als Takt benutzen. MEMS oder eine PLL haben einen erheblich größeren Jitter.
Ich würde auch über digitale Sensoren (One-Wire oder I2C) nachdenken
Programmierer. Können nur digital.
Die thermische Masse eines Thermoelements ist viel kleiner, analoge Sensoren bieten prinzipbedingt eine höhere Auslösung, und sie sind robuster gegenüber Umwelteinflüssen.
Die Unsicherheit des Thermoelements bleibt allerdings bei +/- 0.5K oder?
Dein Typ T "Die Wiederholbarkeit ist im Bereich von -200°C bis 200°C (±0,1°C) hervorragend" ist nicht so schlecht https://www.tcgmbh.de/thermoelemente/typ-t-thermoelemente.html die absolute Genauigkeit hast du ja versucht zu kompensieren. Aber warum hängst du deine Pt100 nicht direkt in das Rohr, warum den Umweg.
Dein Typ T "Die Wiederholbarkeit ist im Bereich von -200°C bis 200°C
(±0,1°C) hervorragend" ist nicht so schlecht
https://www.tcgmbh.de/thermoelemente/typ-t-thermoelemente.html die
absolute Genauigkeit hast du ja versucht zu kompensieren. Aber warum
hängst du deine Pt100 nicht direkt in das Rohr, warum den Umweg.
Wieso wird bei dem Link von einer Unsicherheit von ±0,1°C,
in der IEC 60584-1 ist die Grenzschichtabweichung mit 0.5°C angegeben?
Ich kann den Pt100 nicht direkt in die Strömung hängen, da er die Strömung zu stark beeinflusst. Deswegen habe ich auch extrem kleine Thermoelemente (0.1mm) genutzt. Aktuell sieht es allerdings so aus, dass ich die Thermolemente vorne und hinten in Reihe schalte.
Typ T ist ja Kupfer / Kupfer-Nickel und Kupfer ist ein guter
Wärmeleiter.
In Gasen wird also die Zuleitung viel Wärme abführen, d.h. einen großen
Fehler bewirken.
Ja das stimmt schon. Allerdings kürzt der Fehler sich annährend raus, da dieses Problem an jeder Temperaturstelle existiert.
