Projektnummer 247

Selbstkalibrierende Miniaturfixpunkt-Thermometer für den Kraftwerkseinsatz

Eine Erhöhung des Wirkungsgrades von Wärmekraftwerken durch höhere Drücke und Temperaturen des Heißdampfes ermöglicht eine bessere Ausnutzung der eingesetzten fossilen Brennstoffe und eine Verringerung der CO₂-Emissionen. Überschreitungen der materialtechnisch zulässigen maximalen Dampftemperaturen verringern aber signifikant die Lebensdauer der Kraftwerksanlagen.

Hauptziel des Forschungsthemas ist es, Grundlagen für industrietaugliche Temperaturmesssysteme in Kraftwerken mit Messunsicherheiten < 1 K zu schaffen. Das soll über ein in-situ-Kalibrierverfahren für eingebaute Thermoelemente und die nachfolgende Mess- und Verarbeitungskette unter Betriebsbedingungen erreicht werden.

Basis dafür ist die Verwendung von Miniatur-Fixpunktzellen, die direkt in ein Thermoelement integriert werden. Durchläuft dessen Temperatur die Schmelz- bzw. Erstarrungstemperatur des Fixpunktmaterials, entsteht ein charakteristischer Temperatur- bzw. Thermospannungs-Zeit-Verlauf. Dieser kann zur automatischen Rekalibrierung des Thermoelementes und der gesamten nachfolgenden Messkette benutzt werden.

Entsprechend den genannten Zielstellungen sind folgende Arbeitsaufgaben und -schritte vorgesehen:

1. Neukonstruktion einer optimierten Miniaturfixpunktzelle,
2. Entwicklung eines neuen Sensorprinzips zur gleichzeitigen kontinuierlichen Messung der Dampftemperatur,
3. Temperatur-Zeit-lineare Steuerung der Miniaturfixpunkt-Heizung,
4. Langzeituntersuchungen der Kalibrierunsicherheit und des Materialverhaltens über zwei Jahre,
5. Entwicklung von Überwachungs- und Selbstdiagnoseverfahren sowie zur Optimierung der Auswerte-, Rekalibrier- und Steueralgorithmen.
6. Entwicklung der Grundbausteine und der Grundlagenalgorithmen für einen komplexen Messumformer,
7. Aufbau und Erprobung mehrerer komplexer Messumformer (Funktionsmuster) für Miniaturfixpunkt-Thermometer.

Das Projekt wurde von Juni 2003 bis Juli 2005 vom Institut für Prozessmess- und Sensortechnik der TU Ilmenau unter der Leitung von Dr. Frank Bernhard durchgeführt und aus Mitteln des BMWA über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) finanziert. Eine Arbeitsgruppe des Arbeitskreises "Leit- und Informationstechnik" begleitete die Untersuchungen fachlich.