Dynamische Temperaturmessung Teil 2

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1 Fachbereich Ingenieurwissenschaften II Labor Messtechnik Anleitung zur Laborübung Dynamische Temperaturmessung Teil 2 Zweipunktregler und deren Temperaturschwankungen Inhalt: 1 Ziel der Laborübung 2 Aufgaben zur Vorbereitung der Laborübung 3 Grundlagen 3.1 Unstetige Regler 3.2 Bimetallthermometer 3.3 Berechnung der Aufheizfunktion 3.4 Berechnung der Abkühlfunktion 4 Aufbau des Messplatzes 5 Messablauf 6 Auswertung der Messwertaufnahme Stand: März 2014

2 1 Ziel der Laborübung - Kennenlernen einer Zweipunktregelung einschl. deren großen Temperaturschwankungen - Erkennen der Auswirkungen einer räumlichen Trennung von Messort, schaltauslösendem Temperaturaufnehmer und dem Ort des Wärmeeintrags 2 Aufgaben zur Vorbereitung der Laborübung - Einarbeiten in die Laborübung nach dieser Anleitung - Mathematische Grundlagen : Auf- und Umstellen von Exponentialfunktionen

3 3 Grundlagen 3.1 Unstetige Regler Für viele Anwendungsfälle, bei denen an die Regelgüte keine hohen Anforderungen gestellt werden, können einfache unstetige Regler zur Erfüllung von Regelaufgaben eingesetzt werden. Sie haben ein bestimmtes Schaltverhalten, z.b. ein Zweipunktverhalten das Stellglied wird zu bestimmten Zeiten lediglich ein- bzw. ausgeschaltet. Deshalb pendelt der Istwert der Regelgröße ständig um den eingestellten Sollwert. Je näher Einschalt- und Ausschaltpunkt zusammen liegen, um so kleiner ist der Schwankungsbereich der zur regelnden Größe. Dabei steigt allerdings die Schalthäufigkeit. Diese unstetigen Regler können unter anderem durch ihre Schaltbereitschaft charakterisiert werden. Ständig schaltbereite Regler bestehen beispielsweise aus einer Messeinrichtung mit oder ohne Anzeige, an die eine Kontakteinrichtung angebaut ist. Derartige Regler werden z.b. in Bügeleisen und Heizplatten verwendet. Sobald beim Erwärmungsvorgang dieser Geräte der obere Schaltpunkt erreicht ist, wird die Heizung abgeschaltet und erst beim Erreichen des unteren Schaltpunktes wieder eingeschaltet. Dabei ergeben sich je nach Heizleistung unterschiedliche Aufheiz- und Abkühlzeiten. 3.2 Bimetallthermometer Der Temperaturfühler eines Bimetallthermometers besteht aus zwei zusammengewalzten Metallstreifen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Temperaturänderungen bewirken eine Krümmung des Streifens. Dabei krümmt sich der Bimetallstreifen zu der Komponente mit dem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten hin. Diese Krümmung führt über ein Hebelsystem direkt zur Kontaktbetätigung. Mit Hilfe eines stufenlos einstellbaren Gegenkontaktes lässt sich so der Grenzwert einer Temperatur im Bereich von -50C bis 400C erfassen. Bild 1 : Bimetallthermometer

4 3.3 Berechnung der Aufheizfunktion 3.4 Berechnung der Abkühlfunktion

5 4 Aufbau des Messplatzes Der Messplatz besteht aus einer Heizplatte mit Bimetallthermometer; darauf in Kontakt befindet sich ein Pt100-Oberflächenfühler der mit einem Temperatur-Datenlogger verbunden ist. Am zweiten Anschluss des Datenloggers ist ein Pt100-Luftfühler angeschlossen (Raumtemperatur). Das Bimetallthermometer schaltet die Heizplatte über ein Relais ein und aus. Der Pt100- Oberflächenfühler nimmt die Heiz- und Abkühltemperaturen der Heizplatte auf, die im Datenlogger gespeichert werden. Der Datenlogger ist mit einem PC verbunden, der nach der Messwertaufnahme und des Messdatenimports vom Datenlogger die Messdaten tabellarisch und grafisch über eine entsprechende Software darstellt. Bei eingeschalteter Heizplatte fließt bei einer Spannung von 230 V ein Strom von 2,6 A. Bei ausgeschaltetem Regler : t = 320C Bild 2 : Messaufbau

6 5 Messablauf Schalten Sie den Ventilator ein. Die folgenden Arbeitsschritte werden direkt am Messplatz erläutert! 6 Auswertung der Messwertaufnahme Folgende Größen sind entsprechend der Protokollvorlage zu bestimmen: die Zeitkonstante für die Zyklen der jeweiligen Aufheiz- und Abkühlvorgänge die zugeführte Energie W in kwh die Abkühlzeit t 1 bei einer vorgegebenen Temperatur (erfolgt in der Übung) Das Protokoll ist vollständig auszufüllen! Alle Parameter (t 1 und h 1 ) sind für die Aufheiz- und Abkühlzyklen entsprechend des Protokollumfangs in die Grafik einzutragen! (Unvollständige Protokolle werden nicht angenommen!)