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Verifizierung der Niederfrequenz-Transferdifferenz von planaren Thermokonvertern mittels Abtastverfahren

25.11.2014

Bedingt durch die endliche thermische Zeitkonstante des Heizer-Thermoelement-Systems schwankt die Heizertemperatur in Thermokonvertern bei kleinen Frequenzen. Diese Schwankungen führen durch das nichtlineare Übertragungsverhalten der Thermoelemente mit zunehmender Heizleistung und abnehmender Frequenz zu einer ansteigenden Transferdifferenz. Ausgehend von der Annahme, dass die Transferdifferenz proportional zur Heizleistung ansteigt, wurde die Transferdifferenz bisher durch Messung bei unterschiedlichen Heizleistungen bestimmt.

Die Messunsicherheiten von Abtastverfahren hingegen werden mit abnehmender Signalfrequenz geringer, so dass damit die Transferdifferenzen von Thermokonvertern bei kleinen Frequenzen präzise bestimmt werden können. Um den im Fachbereich Gleichstrom und Niederfrequenz etablierten Messaufbau zur Kalibrierung von Thermokonvertern nutzen zu können, wurde mit asynchroner Abtastung gearbeitet. Dadurch beträgt die Abtastzeit kein exaktes Vielfaches der Periodendauer des Messsignals und eine Fouriertransformation zur Bestimmung des Effektivwertes ist nicht ohne weiteres möglich. An die Abtastwerte wurde daher mit Hilfe einer nichtlinearen Methode der kleinsten Quadrate eine Sinusfunktion mit den vier Parametern Gleichspannungsversatz, Amplitude, Frequenz und Phasenlage angepasst, aus deren Amplitude und Gleichspannungsversatz sich der Effektivwert unmittelbar errechnet. Die verbleibenden Residuen zeigten dabei, dass das verwendete Messsignal hinreichend geringe Harmonische aufwies, so dass die Annahme einer reinen Sinusfunktion gerechtfertigt war.

Ein Vergleich mit den nach der konventionellen Methode mit verschiedenen Heizleistungen gemessenen Transferdifferenzen zeigte eine hervorragende Übereinstimmung mit EN-Werten von 0,2 bis 0,7 bei Frequenzen zwischen 5 Hz und 45 Hz. Es darf daher weiter davon ausgegangen werden, dass die Transferdifferenz der verwendeten planaren Thermokonverter sich bei geringen Frequenzen proportional zur Heizleistung verhält.

 

 

 

Ansprechpartner: T. Funck
Fachbereich 2.1: Gleichstrom und Niederfrequenz