Hochgeschwindigkeits-Temperaturmessung - Schnelle Reaktionszeit
Schnelle Reaktionszeit ermöglicht die Temperaturmessung mittels Ultraschalltechnologie und liefert präzise Messwerte innerhalb von Millisekunden. Die nicht-invasive Methode eliminiert Kontakt mit dem Messmedium. Sie ist geeignet für raue Umgebungen einschließlich extremer Temperaturen, korrosiver Substanzen und Hochdrucksysteme.
Temperaturmessung mit Ultraschall
In der Sensorik ist die Messung der Temperatur des Arbeitsmediums (Flüssigkeit oder Gas) essenziell für das Verständnis und die Steuerung jedes Prozesses. Auf dem Markt sind viele Arten von Temperatursensoren erhältlich und im Einsatz.
Die gebräuchlichsten Typen sind NTC-Temperatursensoren und PT-Temperatursensoren. Neben der direkten Temperaturmessung mit einer Temperatursonde gibt es jedoch auch andere Methoden zur Bestimmung der Temperatur von Flüssigkeiten oder Gasen.
In der Ultraschall-Durchflussmessung ist die Schallgeschwindigkeit ein gemessener Nebenparameter der Messung. Die Schallgeschwindigkeit eines Fluids ändert sich mit der Temperatur.
Wie kann die Temperatur direkt aus der Schallgeschwindigkeit bestimmt werden?
Basierend auf der spezifischen Schallgeschwindigkeit, die vom Ultraschall-Durchflusssensor gemessen wird, sowie den Eigenschaften der durch den Sensor strömenden Flüssigkeit, kann eine Korrelations-Look-up-Tabelle erstellt werden.
Beispielsweise weisen Wasser oder wasserbasierte Flüssigkeiten eine spezifische Anomalie auf, die mit dem Volumenmodul zusammenhängt. Dieser nimmt bei niedrigen Temperaturen zu (das Medium wird weniger kompressibel), beginnt jedoch oberhalb von 60 °C wieder abzunehmen (das Medium wird stärker kompressibel).
Praktisch bedeutet dies, dass die Schallgeschwindigkeit bei etwa 70 °C ihr Maximum erreicht und anschließend trotz steigender oder fallender Temperatur wieder abnimmt. Dies erschwert die eindeutige Bestimmung der Temperatur erheblich, insbesondere bei Anwendungen mit einem großen Betriebstemperaturbereich (z. B. 0–100 °C).
Um die Herausforderungen des speziellen Verhaltens von Wasser zu überwinden, wird ein zusätzlicher Temperatursensor, wie beispielsweise ein PT1000, eingesetzt, um Mehrdeutigkeiten in der Messung zu korrigieren.
Für die meisten anderen gängigen Flüssigkeiten (Frostschutzmittel, Kraftstoffe, Öle) ist die Beziehung zwischen Temperatur und Schallgeschwindigkeit weitgehend linear. Dadurch funktioniert die Korrelation über einen deutlich größeren Temperaturbereich und ermöglicht es in einigen Fällen, das physische Temperaturmesselement vollständig aus dem Durchflussmesser zu entfernen.
Da sich die Schallgeschwindigkeit unmittelbar mit der Messfrequenz des Durchflussmessers ändert, zählt diese Methode zu den schnellsten Temperaturmessverfahren auf dem Markt. Es handelt sich hierbei um Reaktionszeiten im Mikrosekundenbereich. Dieser Vorteil ist ein entscheidendes Merkmal für ultraschnelle Prozesse, bei denen schnelle Temperaturreaktionen und -regelungen essenziell sind.
