Accessible Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag September 11, 2015

Selbstüberwachung von Thermoelementen durch Messung des Wärmewiderstandes

Self-monitoring of thermocouples by measuring the thermal resistance
Dieter Felkl, Michael Horn and Christian Kargel
From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

Ein von Sensoren zunehmend gefordertes Merkmal ist deren Fähigkeit zur Selbstüberwachung. Die besonderen Herausforderungen bei der Realisierung dieser Forderung sind die Identifikation geeigneter Parameter zur Charakterisierung des Sensorzustands während des Betriebes sowie die wertmäßige Bestimmung dieser Parameter. Dementsprechend gering ist heute immer noch die Anzahl der mit Selbstüberwachungsfunktionen ausgestatteten Sensoren.

In diesem Beitrag werden Möglichkeiten zur Selbstüberwachung von Thermoelement-Sensoren im eingebauten (Betriebs-)Zustand untersucht. Ausgehend von der Modellierung des Sensorelementes und dessen Ankopplung an den Messprozess mit Methoden der Thermodynamik irreversibler Prozesse wird exemplarisch anhand eines geeignet ausgewählten Modellparameters ein neuartiges Verfahren zur Selbstüberwachung von Thermoelementen vorgestellt. Die Anwendung der Selbstüberwachung von Thermoelementen wird hier mit Hinblick auf deren Verschmutzung im Betrieb im Detail dargestellt. Danach werden auch andere mögliche Ursachen für die Beeinflussung des Wertes des für die Selbstüberwachung ausgewählten Modellparameters sowie dadurch vergrößerte Messabweichungen diskutiert.

Abstract

An increasingly requested feature of sensors is the ability of self-monitoring. However, the identification of parameters suitable to characterize the sensor's status and the determination of the values of those parameters during operation is challenging and hence the number of sensors equipped with self-monitoring functions is still low.

In this paper, possibilities for self-monitoring of thermocouple sensors during operation are investigated. Based on a model of the sensor element and its coupling to the measuring process and using methods of thermodynamics of irreversible processes, a novel method for self-monitoring of thermocouples utilizing an appropriately selected model parameter is presented. The effect of self-monitoring of thermocouples to detect contamination (with dust etc.) during operation is demonstrated and additional sources of influence on the value of that model parameter providing to larger measurement errors are discussed.

Erhalten: 2015-6-10
Revidiert: 2015-7-29
Angenommen: 2015-8-3
Online erschienen: 2015-9-11
Erschienen im Druck: 2015-9-28

©2015 Walter de Gruyter Berlin/Boston