Vermessung des Wärmeprofils von Rohrströmungen

Zusammenfassung: Die Entwicklung eines Systems zur Wärmemengenmessung umfasst die Aufnahme von Volumenstrom, spezifische Wärmekapazität und Temperatur (Temperaturverteilung). Geht man davon aus, daß heißes Wasser laminar durch ein Heizungsrohr gepumpt wird, so muß im Rohr mit einem Temperaturgradienten über den Radius gerechnet werden. Dies ergibt sich daraus, daß das Rohr von der Umgebung abgekühlt wird und dadurch außen eine geringere Temperatur aufweist als in der Mitte. Zieht man zur Wärmemengenbestimmung die Temperatur in der Rohrmitte heran, so wird das Meßergebnis infolge des nach außen fallenden Temperaturgradienten größer sein als der wirkliche Wert. Umgekehrt bekommt man einen zu geringen Meßwert wenn man die Temperatur an der Rohrwand mißt. Aus diesem Problem heraus ergab sich die Aufgabenstellung, eine Meßanordnung zu konstruieren und aufzubauen, mit der man einen möglichst kleinen Temperatursensor innerhalb eines Rohres bewegen kann. Hierbei wurde darauf geachtet, die Strömung möglichst wenig zu beeinflussen. Die Messung erfolgt hierbei mit einem Thermoelement, das quer zur Strömungsrichtung im Rohr bewegt werden kann. Die Meßapparatur gliedert sich in einen elektronischen und einen mechanischen Teil. Ein Schrittmotor bewegt über ein Getriebe eine Achse. Diese ist durch eine Dichtung in das Rohrinnere geführt, wo rechtwinklig der Sensor angebracht ist. Die Differenzspannung zwischen diesem und einem weiteren an der Außenwand angebrachten Sensor wird im elektronischen Teil um den Faktor 50.000 verstärkt, gefiltert und von einem PC weiterverarbeitet. Die absolute Rohrtemperatur wird mittels eines dritten Thermoelements aufgenommen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden einige Messungen durchgeführt. Es zeigte sich deutlich, daß der Temperaturunterschied zwischen Vorlauf und Umgebung einen großen Einfluß auf den Kurvenverlauf hat. Sowohl die Differenztemperatur zwischen Rohrmitte und Rohrwand als auch der Gradient werden bei steigender Temperatur größer. Technische Daten: Allgemein: * maximale Differenztemperatur +5K * Auflösung Weg: 0,18mm * Auflösung Differenztemperatur: 0,01K * Auflösung Rohrtemperatur: 0,1K * Genauigkeit Weg: ±0,02mm * Genauigkeit Differenztemperatur: ±0,01K * Genauigkeit Rohrtemperatur: ±3