Die Temperaturüberwachung an beweglichen Maschinenteilen und anderen mechanischen Systemen ist eine Herausforderung, wenn die Datenübertragung in Echtzeit erfolgen soll. Traditionelle Temperaturmessmethoden wie Thermo- elemente, RTDs und Quarz-Thermometer benötigen zur Informationsübertragung stets eine Leitungsverbindung, Schleifringe, rotierende Verbindungen oder batteriegespeiste Sender. Problematisch ist auch die Temperaturmessung in Hochspannungsanlagen, denn hier verbietet sich die Anbringung jeglicher Metall oder Glasfaser-Verbindungen. Die Infrarot- Temperaturmessung erfordert freie Sicht auf die Messstelle, die zudem möglichst sauber sein sollte. Zudem ist diese Technik teuer und erlaubt meist keine kontinuierliche Überwachung. Systeme mit batteriebetriebenen Sendern benötigen viel Platz. Die Batterien muss man regelmäßig wechseln, und sie eignen sich kaum für hohe Umgebungstemperaturen, speziell wenn diese über 150 °C liegen. Die SAW(Sufrace Acoustic Wave)-basierte Temperaturerfassung beruht auf der elektrischen Induzierung von akustischen Wellen in ein piezoelektrisches Material und der anschließenden Rückumwandlung der Energie dieser Welle in ein elektrisches Signal. Da dieser Vorgang durch die Temperatur, der das Sensorelement ausgesetzt ist, beeinflusst wird, lässt sich auf diesem Weg die Temperatur messen. Vorteil der SAW-Sensoren ist ihre passive Arbeitsweise, die ein drahtloses Abfragen ermöglicht und damit beste Voraussetzungen für den Einsatz unter widrigen Umgebungsbedingungen bietet. Temperatursensoren auf SAW-Basis benötigen weder eine Batterie noch eine externe Stromversorgung. Da keine Leitungen für die Stromversorgung oder das Auslesen nötig sind, eignet sich ein SAW-basiertes Temperaturmesskonzept für Starkstromanlagen, für rotierende Flächen und schwer zugängliche Orte.
Temperaturen bei Schaltanlagen überwachen
Die auf einem drahtlosen SAW-Resonator (SAWR) basierende Temperaturerfassungs-Lösung von SenGenuity verwendet ein Lesegerät, das per Hochfrequenz oder kapazitiv mit einem oder mehreren SAWR-Sensorelementen verbunden ist (Abbildung 1). Das System arbeitet im Frequenzbereich von 428 bis 439 MHz. Drahtlose Sensoren, deren Funktionsweise auf Änderungen der Resonanzfrequenz beruht, erfordern eine passende Leseeinheit. Von den zwei gängigen Bauarten von Lesegeräten arbeitet die häufigste Variante nach der Frequenzbereichs-Methode. Als Alternative wird die Resonanzfrequenz im Zeitbereich bestimmt. Hier ist die Sättigung erwünscht, da sie das Abschwingen des Resonators länger und gleichförmiger erscheinen lässt, was eine bessere scheinbare Genauigkeit zur Folge hat.Der Resonator benötigt - mit einer unbelasteten Güte von nahezu 12.000 - für eine ausreichende Empfangssignalstärke eine belastete Güte von mindestens 6.000. Bei einem Resonator mit niedrigerer unbelasteter Güte von ca. 7.500 lässt die geringere Impulsbreite die empfangene Leistung um 3 dB einbrechen. Mit SAW-Resonatoren lassen sich solche Güten problemlos erreichen. Wünschenswert speziell bei hohen Temperaturen ist eine niedrige Alterungsrate, die große Zeitabstände zwischen den Kalibrierungen zulässt. Das Temperaturprofil von Starkstrom-Schaltanlagen kann wertvolle Informationen über deren Betriebszustand liefern. Früher wurde nur sporadisch mit Wärmebildkameras gemessen. Für die Zuverlässigkeit und die zentrale Überwachung großer Bereiche empfiehlt es sich jedoch, kontinuierlich und in Echtzeit über den thermischen Zustand elektrischer Anlagen informiert zu sein. Mit der SAW-Technik lassen sich passive, drahtlos abfragbare Temperaturmess-Lösungen realisieren, die sich ideal für Starkstrom-Schaltanlagen eignen (Abbildung 2). Eine solche Lösung besteht aus den SAW-Temperatursensoren (links) und dem außerhalb der Anlage angebrachten Lesegerät (rechts im Bild). Die Sensoren werden an verschiedenen Stellen der Schaltanlage befestigt. Auch in Mittelspannungs-Schaltanlagen (10 kV) kommen die Messsysteme zum Einsatz (Abbildung 3). Wie in Abbildung 4 zu sehen ist, melden sechs SAWR-Temperatursensoren die Temperatur sowie die Sende und Empfangsleistung und die Frequenz des SAW-Resonators. Drahtlose Sensoren reduzieren das Lichtbogen und Kurzschlussrisiko erheblich. Für Lasttrennschalter oder Freileitungen lassen sich ähnliche Lösungen entwickeln.
Damit der Braten stets richtig temperiert ist
Nahrungsmittel können pathogene Keime enthalten, wenn sie nicht für eine vorgegebene Zeitspanne mit einer bestimmten Temperatur gekocht werden. Um dies gewährleisten zu können, werden Öfen zunehmend mit Speisenthermometern ausgestattet. Die Zuleitung eines herkömmlichen Speisenthermometers wird leicht beschädigt, und auch Pflege und Reinigung können problematisch sein. Praktikabler sind drahtlose SAWR-basierte Speisenthermometer. Das Auslesen des Sensors erfolgt mittels einer Abfrage-Antenne, die an einer günstigen Stelle im Garraum montiert und mit der Ofenelektronik verbunden ist. Die Sonde lässt sich wie jedes Küchengerät in der Spülmaschine reinigen. Für die Temperaturmessung an rotierenden Flächen war man bisher auf Wärmebildkameras oder Schleifringe angewiesen. Schleifringe bieten jedoch nur eingeschränkte Zuverlässigkeit, und Wärmebildkameras können Temperaturunterschiede umso weniger erkennen, je schneller sich die betreffende Fläche bewegt. Auch Schmutz kann die Temperaturmessung erschweren. Passive drahtlose Temperatursensoren auf SAW-Basis werden dagegen einfach am Umfang der rotierenden Fläche angebracht und kommunizieren drahtlos mit dem Lesegerät.☐
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