Selbstkalibrierende Miniaturfixpunkt-Thermometer für den Kraftwerkseinsatz

Projektnummer 247

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.