VDI VDE 3522 Blatt 2-2014 Dynamic behaviour of contact thermometers - Experimental determination of time percentage values.pdf

1、ICS 17.200.20 VDI/VDE-RICHTLINIEN Dezember 2014 December 2014 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Zeitverhalten von Berhrungsthermometern Experimentelle Bestimmung von Zeitprozentkennwerten Dynamic behaviour of contact thermometers Experimental deter

2、mination of time percentage values VDI/VDE 3522 Blatt 2 / Part 2 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation

3、. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Fachbereich Prozessmesstechnik und Strukturanalyse VDI/VDE-Handbuch Prozessmesstechnik und Strukturanalyse VDI/VDE-Handbuch Automatisierungstechnik Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for intern

4、alusenotpermittedFrhereAusgabe:03.13Entwurf, deutschFormeredition:03/13Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/ AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/ All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2014Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwend

5、ungsbereich . 2 2 Normative Verweise 2 3 Begriffe 2 4 Formelzeichen . 3 5 Empfohlene Messeinrichtungen 3 5.1 Messeinrichtungen fr die Bestimmung dynamischer Kennwerte in Wasser 4 5.2 Messeinrichtungen zur Bestimmung dynamischer Kennwerte in Gasen 5 5.3 Messverfahren fr Temperaturfhler im eingebauten

6、 Zustand . 10 5.4 Messeinrichtung fr Oberflchen-Tasttemperaturfhler 12 Schrifttum 14 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative references . 2 3 Terms and definitions 2 4 Symbols . 3 5 Recommended measuring devices . 3 5.1 Measuring devices for determining dynamic parameters in wate

7、r . 4 5.2 Measuring devices for determining dynamic parameters in gases . 5 5.3 Measurement method for built-in temperature sensors . 10 5.4 Measuring device for surface sampling temperature sensors 12 Bibliography 14 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01 2 VDI/VDE 352

8、2 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen

9、Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich

10、 an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3522. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and re

11、c-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is perm

12、itted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3522. Einleit

13、ung Die Kenntnis dynamischer Kennwerte von Tempe-raturfhlern ist fr Anwendungen in geschlossenen Regelkreisen von sehr groer Wichtigkeit. Ihre Messung aber ist je nach Anforderungen nicht immer einfach. In der vorliegenden Richtlinie sind einige Messverfahren und Messeinrichtungen zu-sammengestellt,

14、 die fr die Bestimmung von Zeit-kennwerten von Berhrungsthermometern geeignet sind. Diese Richtlinie wurde erarbeitet vom Fachaus-schuss Berhrungsthermometrie“ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik. Introduction Knowledge of the dynamic characteristics of tem-perature sensors is

15、 of crucial importance for appli-cations in closed control loops. Depending on the requirements, however, their measurement may not always be straightforward. This standard lists sev-eral measurement methods and measuring devices that are suitable for determining the time character-istics of contact

16、 thermometers. This standard was prepared by the “Contact Ther-mometry” technical committee of VDI/VDE Socie-ty for Measurement and Automatic Control. 1 Anwendungsbereich Die vorliegende Richtlinie gilt fr die Tempera-turmessung mit Berhrungsthermometern. 1 Scope This standard applies to temperature

17、 measurement using contact thermometers. 2 Normative Verweise Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: VDI/VDE 3511 Technische Temperaturmessungen VDI/VDE 3512 Temperaturmessung fr die Ge-budeautomation VDI/VDE 3522 Blatt 1:2014-09 Zeitverhalten von Ber

18、hrungsthermometern; Grundlagen und Kenn-werte 2 Normative references The following referenced documents are indispen-sable for the application of this standard: VDI/VDE 3511 Temperature measurement in in-dustry VDI/VDE 3512 Temperature measurement for building automation VDI/VDE 3522 Part 1:2014-09

19、Dynamic behav-iour of contact thermometers; Principles and characteristic values 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die Begriffe nach VDI/VDE 3522 Blatt 1. 3 Terms and definitions For the purposes of this standard, the terms and definitions as per VDI/VDE 3522 Part 1 apply. B55EB1B

20、3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 VDI/VDE 3522 Blatt 2 / Part 2 3 4 Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Bezeichnung Einheit TMMed

21、iumstemperatur C TrefReferenztemperatur C TSSensortemperatur C TS0Ausgangstemperatur des Sensors C T Hhe des Temperatursprungs K t50Zeitprozentkennwert 50 (fr die Messung von Temperaturen in allen Medien) s t90Zeitprozentkennwert 90 (fr die Messung von Temperaturen in allen Medien) s v Strmungsgesch

22、windigkeit m/s vMStrmungsgeschwindigkeit des Mediums m/s vrefReferenzstrmungsgeschwindig-keit m/s 4 Symbols The following symbols are used throughout this standard: Symbol Designation Unit TMtemperature of the medium C Trefreference temperature C TStemperature of sensing element C TS0initial tempera

23、ture of sensing element C T magnitude of the step tempera-ture changes K t50time percentage value 50 (for the measurement of temperatures in all media) s t90time percentage value 90 (for the measurement of temperatures in all media) s v flow velocity m/s vMflow velocity of the medium m/s vrefreferen

24、ce flow velocity m/s 5 Empfohlene Messeinrichtungen Die hier vorgestellten Messeinrichtungen erweitern die bisherige Richtlinie sowohl bezglich des Temperaturbereichs als auch der auftretenden Str-mungsgeschwindigkeiten. Die Notwendigkeit die-ser Erweiterung ergibt sich aus neuen Anwen-dungsfeldern

25、(Messung in Abgaseinrichtungen von Verbrennungsmotoren, in Schmelzen u. .), aus den Festlegungen zur Prfung von Oberflchen-Tasttemperaturfhlern sowie aus neuen techni-schen Mglichkeiten. Bei allen Messungen ist die Hhe und Richtung der Temperatursprnge wegen mglicher Tempe-raturabhngigkeit der Kennl

26、inien (besonders Nichtlinearitt der Kennlinie von Thermoelemen-ten) und der Temperaturabhngigkeit der Zeitkon-stanten (besonders hervorgerufen durch Tempera-turabhngigkeit der Materialdaten) zu bercksich-tigen. Die am hufigsten eingesetzte Methode zur Be-stimmung der dynamischen Kennwerte von (meist

27、 trgen) Temperaturfhlern ist die Erzeugung eines Temperatursprungs durch die im Folgenden be-schriebenen Verfahren. Auf die Erfllung folgen-der Forderungen sollte bei der Erzeugung von Sprungfunktionen und bei der Aufnahme von Sprungantworten bzw. bergangsfunktionen be-sonders geachtet werden: 5 Rec

28、ommended measuring devices The measuring devices described here extend the previous standard both in terms of the temperature range and in terms of the encountered flow veloci-ties. The need for this extension is due to new types of applications (measurements in waste gas sys-tems of internal combus

29、tion engines, in smelting, etc.), to the guidelines for testing surface sampling temperature sensors and to new technical possibili-ties. In all measurements, the magnitude and the direc-tion of the step temperature changes have to be taken into account, due to possible temperature dependence of the

30、 characteristic curves (especially non-linearity of the characteristic curve of thermo-couples) and the temperature dependence of the time constants (caused in particular by temperature dependence of the material properties). The most commonly used method for determining the dynamic characteristics

31、of (mostly inertial) temperature sensors is the generation of a step temperature change in the ways described below. Special attention should be paid to meeting the following requirements when generating step func-tions and when recording step responses or transfer functions: B55EB1B3E14C22109E918E8

32、EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01 4 VDI/VDE 3522 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 ausreichend homogenes Ausgangstemperatur-feld im zu untersuchenden Temperaturfhler ( )S S00T x,y,z,t T= genaue Bestimmung des Sprungzeitpunkts t = 0

33、am Ort des Temperaturfhlers kurze bzw. reproduzierbare Sprungzeit Konstanz der Mediumstemperatur TMber eine ausreichend lange Zeit, um den quasistationren Zustand TS TMmesstechnisch gut erfassen zu knnen rtliche Homogenitt des Temperatur- und Strmungsprofils des Mediums ber einen aus-reichend groen

34、Lngenbereich des Fhlers vernachlssigbare Rckwirkung des zu prfen-den Fhlers auf Strmungsgeschwindigkeit und -zustand des Mediums Sicherung konstanter, reproduzierbarer und be-kannter Wrmebergangsbedingungen auch in der Anfangsphase der Sprungantwort Es ist wichtig, die Messung von Sprungfunktionen v

35、or dem bzw. genau zum Zeitpunkt der Sprungaus-lsung zu beginnen und mindestens bis zum Errei-chen des quasistationren Zustands durchzufhren. sufficiently homogeneous initial temperature field in the temperature sensor being investigat-ed ( )S S00T x,y,z,t T= accurate determination of the step time t

36、 = 0 at the sensors location short and reproducible step time constant medium temperature TMover a suffi-ciently long period of time, in order to be able to measure the quasi-stationary state TS TMaccurately local homogeneity of the mediums temperature and flow profile over a sufficiently wide range

37、 of sensor lengths negligible feedback by the investigated sensor on the mediums flow velocity and condition ensuring constant, reproducible and known heat transfer conditions, including during the start phase of the step response It is important to start the measurement of step functions before or

38、exactly at the time of triggering the step, and continue it at least until the quasi-stationary state is reached. 5.1 Messeinrichtungen fr die Bestimmung dynamischer Kennwerte in Wasser 5.1 Measuring devices for determining dy-namic parameters in water 5.1.1 Einfache Sprungvorrichtung mit sich drehe

39、ndem Flssigkeitsgef Zur Messung des dynamischen Verhaltens von Thermometern in Flssigkeiten wird eine sehr einfach aufgebaute Sprungvorrichtung vorgeschla-gen, die in Bild 1 schematisch dargestellt ist. Das temperierte Messmedium mit der Temperatur TMwird in einem runden Gef in eine Drehbewegung ver

40、setzt. Zum Zeitpunkt t = 0 wird der zu untersu-chende Temperaturfhler aus einer Ausgangsposi-tion in der umgebenden Luft mit der Temperatur TS0in die rotierende Strmung eingetaucht. Die wirksame Anstrmungsgeschwindigkeit hngt dabei von der Drehzahl des Gefes und dem Ab-stand des Eintauchorts von der

41、 Gefachse ab. In der nicht eingetauchten Position sollte der Fhler mit Luft angeblasen werden, um eine konstante Ausgangstemperatur TS0zu erreichen. Fr Thermometer werden zur Bestimmung der Zeitprozentkennwerte t50bzw. t90folgende Parame-ter empfohlen: Strmungsgeschwindigkeit fr das Wasser: v 0,2 m/

42、s, TM= 50 C Hhe des Temperatursprungs: T = (1030) K 5.1.1 Simple step device with a rotating liquid container A very simply constructed step device is proposed for measuring the dynamic behaviour of ther-mometers in liquids, as shown schematically in Figure 1. The temperature-controlled medium, at t

43、emperature TM, is set in rotating motion in a round container. At time t = 0, the investigated tempera-ture sensor, starting from its position in the sur-rounding air at temperature TS0, is immersed in the rotating flow. The effective incident flow velocity depends on the containers rpm and on the d

44、istance between the immersion point and the containers axis. In the non-immersed position, the sensor should have air blown at it in order to reach a con-stant initial temperature TS0. The following parameters are recommended for determining the time percentage values t50and t90for thermometers: wat

45、er flow velocity: v 0,2 m/s, TM= 50 C magnitude of the step temperature change: T = (1030) K B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 VDI/VDE 3522 Blatt 2 / Part 2 5 Dieses Prinzip ist auch anwendbar, wen

46、n die Fls-sigkeit im Gef z. B. mithilfe eines Flgelrads in Bewegung versetzt wird. Bild 1. Einfache Sprungvorrichtung mit sich dre-hendem Flssigkeitsgef This principle can also be utilised where the liquid is set in motion in the container by means of (e.g.) an impeller wheel. Figure 1. Simple step

47、device with a rotating liquid container 5.1.2 Messanordnung zur Verschiebung eines Temperaturfhlers zwischen zwei Flssigkeitsstrecken In der hier empfohlenen Messeinrichtung ist die Rea-lisierung einer gerichteten, gleichmigen Strmung mglich. Es ist zu garantieren, dass durch die ent-sprechende Gest

48、altung der Einbaustelle keine (unter-schiedliche) Wrmeableitung zur Umgebung erfolgt. Die Vorzugsparameter lauten: Strmungsgeschwindigkeit in beiden Kanlen: v 0,2 m/s Hhe des Temperatursprungs: T = (1030) K Bei einem Eintauchen aus der Umgebungsluft kn-nen Strungen der Wrmebergangsbedingungen im Anf

49、angsbereich der Sprungantwort auftreten. Diese entstehen durch anhaftende Gasblschen oder andere Benetzungsprobleme. Durch eine Verschie-beeinrichtung zwischen zwei Kanlen mit entspre-chenden Flssigkeiten unterschiedlicher Temperatur (Bild 2) mit einem verschliebaren Spalt knnen die Strungen vermieden werden, da das Thermo-meter stndig voll eingetaucht bleibt. 5.1.2