Android-App zur Nutzung von numerischen Verfahren in der Temperaturmesstechnik

Konferenz: AALE 2018 - 15. Fachkonferenz, Das Forum für Fachleute der Automatisierungstechnik aus Hochschulen und Wirtschaft
01.03.2018 - 02.03.2018 in Köln, Deutschland

Tagungsband: AALE 2018

Seiten: 10Sprache: DeutschTyp: PDF

Autoren:
Brethauer, Andreas; Krummeck, Stefan (JUMO GmbH & Co. KG, Fulda, Deutschland)
Fröhlich, Thomas (Technische Universität Ilmenau, Deutschland)
Engels, Elmar (Hochschule Fulda, Deutschland)

Inhalt:
Das präzise Messen von Temperaturen ist essentieller Bestandteil zahlreicher Prozesse. Die präzise Temperaturmesstechnik findet Anwendung in der Energietechnik, der Lebensmitteltechnologie oder der allgemeinen Prozesstechnik. Konkrete Beispiele sind die Kostenabrechnung im Segment der regenerativen Energien, wie der Solarthermie, die Pasteurisation von Milch oder die Temperaturregelung beim Extrudieren von Thermoplasten in 3D-Druckern. Die genaue Bestimmung von Temperaturen erfordert die Umrechnung von elektrischen Eigenschaften, wie z. B. Spannung U oder Widerstand R, der Sensorelemente in die zugehörige Temperatur unter Verwendung von Kennlinien. Kennlinien zur Umrechnung gemessener elektrischer Widerstände R bzw. elektrischer Spannungen U in Temperaturen T werden in der Regel mithilfe von Kennlinienpolynomen der Form R(T) = SigmaaiTi bzw. U(T) = SigmaaiTi angegeben. Eine Berechnung der Temperatur aus einer solchen Kennlinie erfordert für einfache Polynome ein Umstellen der Gleichung nach T. Für komplexere Polynome gibt es, z. B. im Fall von Thermoelementen, inverse Kennlinienpolynome. Diese sind jedoch mit einer Abweichung zu den Ursprungspolynomen behaftet und haben zum Teil einen kleineren Gültigkeitsbereich als diese. Eine Alternative bietet das Newton-Verfahren, welches die numerische Berechnung der Temperatur aus den Ursprungspolynomen ermöglicht. Dieses Verfahren benötigt spezifische numerische Startwerte. Hierfür ist für die verschiedenen Standard-Thermoelemente jeweils ein Satz Startwerte entstanden, um die Temperatur fehlerfrei über den gesamten Gültigkeitsbereich der Ursprungspolynome bestimmen zu können. Das Gauß-Newton-Verfahren hingegen, bietet eine effektive Möglichkeit eigene Kennlinienpolynome an Messdaten anzunähern. Eine weitere Möglichkeit bieten hier genetische Ansätze, wie der Differential-Evolution-Algorithmus, die weniger Vorwissen benötigen, dafür aber einen höheren Zeitbedarf haben. Diese Verfahren eignen sich zudem um eine Darstellung von Thermometer- Sprungantworten, wie sie zur Analyse des dynamischen Verhaltens von Thermometern eingesetzt werden, in Form eines RC-Modells 2. Ordnung zu ermitteln. Um die gewonnen Erkenntnisse nutzen zu können, ist die Android-App ThermoCalc entstanden, die die gezeigten Verfahren umsetzt und weitere nützliche Berechnungen für die Temperaturmesstechnik bereitstellt. Die App unterstützt dabei die gängigen in der Industrie eingesetzten Thermometertypen.