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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und/oder Überwachung der Temperatur an einer durch ein äußeres polymeres Material und ein inneres Material gebildeten Grenzfläche eines Kabels oder einer Kabelgarnitur der elektrischen Energietechnik.
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Die Temperaturmessung an Kabeln oder Garnituren, wie beispielsweise einer Kabelmuffe, eines Kabelendverschlusses oder einer Durchführung, mit einer polymeren Isolierstoffschicht ist als solche bekannt.
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Eine Temperaturbestimmung wird u. a. deshalb durchgeführt, weil in solchen Isoliersystemen die Temperatur eine kritische Größe darstellt, da sie sich unmittelbar auf die Lebensdauer der Isolation und damit auf Versorgungssicherheit des beteiligten elektrischen Netzes auswirken kann. Bei genauer Kenntnis der aktuellen Temperaturen von Isolationssystemen kann zudem die Leistungsfähigkeit von Netzen gesteigert werden, indem durch Ausnutzen von Belastungsreserven wie beim sogenannten „dynamic rating” gezielte Überlasten in Kauf genommen werden, die über die Wärmekapazität der Systeme abgepuffert werden. Deshalb ist es vorteilhaft, die aktuellen Temperaturen innerhalb von Isolationssystemen zu kennen, um bei kontrollierbarem Risiko maximale Effizienz zu erzielen.
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Es existieren im Stand der Technik mehrere Verfahren zur Temperaturbestimmung. So können beispielsweise Temperaturfühler außen auf das Kabel oder die Kabelgarnitur aufgebracht werden. Dies ist zwar kostengünstig, hat aber den Nachteil, dass die Temperatur weit entfernt vom Kabelleiter durch eine polymere Isolationsschicht hindurch gemessen werden muss. Hierbei treten enorme Verzögerungen auf, da die Isolationsschicht eine sehr geringe thermische Leitfähigkeit und hohe Wärmekapazität aufweist, so dass ein Temperaturanstieg innerhalb des Kabels erst nach einer längeren Zeit messbar ist und somit transiente Temperaturänderungen zu spät gemessen werden. Ein Einbringen des Temperaturfühlers in ein Isoliersystem ist i. d. R. nicht möglich, da dies zu einer unzulässigen Beeinträchtigung des Isoliersystems führen würde.
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Den gleichen Nachteil der zeitlichen Verzögerung weisen Infrarotstrahlungsmessungen z. B. mittels eines Pyrometers auf, die aus diesem Grund vor allem in gasisolierten Anlagen eingesetzt werden.
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Bei Kabelisolationssystemen können auch faseroptische Temperaturmessungen eingesetzt werden. Ein solches Energiekabel mit einem integrierten Lichtwellenleiterelement zur Temperaturbestimmung wird beispielsweise in der
DE 4027538 A1 offenbart. Ein derartiges Kabel ist jedoch aufwändig in der Herstellung und in der Handhabung. Zudem können bestehende Kabelanlagen ohne Lichtwellenleiter nicht mit zumutbarem Aufwand nachgerüstet werden.
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Die
JP 59 084 129 A beschreibt ein Ultraschall-Messverfahren, bei dem die Temperatur eines inneren Leiters eines Kabels ermittelt werden soll. Hierzu wird die Laufzeit der Ultraschallsignale durch den äußeren Mantel gemessen. Das Messverfahren bietet eine Auskunft über die Temperatur im äußeren Mantel, aus der auf die Temperatur an der Grenzfläche geschlossen werden kann. Temperaturänderungen an der inneren Grenzfläche können somit nur zeitverzögert erfasst werden, da erst eine Temperaturänderung im äußeren Material abgewartet werden muss.
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Die
DE 33 19 068 C2 zeigt gleichfalls ein Temperaturmessverfahren mittels Ultraschall, bei dem die Laufzeit der Ultraschallsignale erfasst und ausgewertet wird.
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Die
JP 01233337 A zeigt ein Ultraschall-Messverfahren, welches auf einer Frequenzanalyse basiert.
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Die
GB 2429778 A beschreibt ein Ultraschall-Messverfahren, bei dem die Temperatur eines Materials ermittelt wird, durch das die Schallwellen verlaufen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Temperaturermittlung zu ermöglichen, bei der die Temperatur im Innern des Kabels oder der Kabelgarnitur gemessen werden kann, ohne dass ein Messelement in das Kabel oder die Kabelgarnitur eingebracht werden muss.
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Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil der abhängigen Ansprüche.
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Es ist ein Grundgedanke der Erfindung, die Temperaturbestimmung mittels eines Ultraschallsystems durchzuführen. Das Ultraschallsystem, welches vorzugsweise im Impulsechoverfahren arbeitet, weist hierzu einen Ultraschallsender auf, der akustische Signale im Ultraschallbereich aussendet, sowie einen Ultraschallempfänger, der vorzugsweise mit dem Ultraschallsender in einer Einheit zusammengefasst ist. Die vom Ultraschallsender ausgesendeten akustischen Signale transmittieren durch das äußere polymere Material und werden an der Grenzfläche zumindest teilweise reflektiert. Anschließend transmittieren die reflektierten Signale durch das äußere polymere Material zurück und werden vom Ultraschallempfänger empfangen. Aus dem gemessenen Schalldruck des reflektierten Signals wird die Temperatur unmittelbar an der Grenzfläche ermittelt oder überwacht. Bei einer Temperaturüberwachung wird nicht der absolute Temperaturwert ermittelt, sondern es wird insbesondere die Änderung der Temperatur vorzugsweise bezüglich eines oder mehrerer Soll- und Grenzwerte überwacht.
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Die Temperaturbestimmung kann beispielsweise derart erfolgen, dass in einer in einem Rechner hinterlegten Tabelle oder Datenbank, die Echolaufzeit und der Schalldruck einer Temperatur zugeordnet ist. Diese Zuordnung kann in Voruntersuchungen vorzugsweise experimentell ermittelt werden, indem der Verlauf des Schalldrucks bei steigender und mittels Temperaturfühlern unmittelbar an der Grenzfläche gemessener Temperatur aufgezeichnet wird.
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Bei einer anderen Ausgestaltung der Temperaturbestimmung wird aus dem gemessenen Schalldruck der temperaturabhängige Reflexionsfaktor R der Grenzfläche ermittelt, wobei mittels einer in einem Rechner hinterlegten Tabelle oder Datenbank, in welcher der Reflexionsfaktor einer Temperatur zugeordnet ist, die Temperatur an der Grenzfläche ermittelt wird.
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Zur Ermittlung der zu berücksichtigenden Temperaturabhängigkeit des Reflexionsfaktors der Grenzfläche kann die Temperaturabhängigkeit der Schallkennimpedanzen des äußeren polymeren Materials und des inneren Materials verwendet werden, wobei die Temperaturabhängigkeiten der Schallkennimpedanzen des äußeren polymeren Materials und des inneren Materials durch Messung der Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeiten und der Dichten des äußeren und inneren polymeren Material ermittelt werden können.
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Das Verfahren nutzt somit den Effekt aus, dass nahezu alle verwendeten Werkstoffe eine mehr oder weniger starke thermische Abhängigkeit der akustischen Eigenschaften aufweisen. So ist die Schallkennimpedanz Z durch Z = c·ρ abhängig von der Schaltgeschwindigkeit c und der Dichte ρ des Mediums, wobei sowohl c als auch ρ eines Materials im Allgemeinen temperaturabhängig sind und damit auch die Schallkennimpedanz Z = Z(T); (T = Temperatur).
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Bei einer von zwei Materialien mit unterschiedlichen Schallkennimpedanzen Z1(T) und Z2(T) gebildeten Grenzfläche wird ein eintreffendes Ultraschallsignal mit dem zeitlichen Schalldruckverlauf ρein(t) teilweise reflektiert und teilweise transmittiert werden. Amplitude und Vorzeichen des reflektierten Schalldrucks ρref(t) ergeben sich durch den Reflexionsfaktor R12 zwischen Material 1 und Material 2 zu ρref = ρein·R12 mit R12 = (Z2 – Z1)/(Z1 + Z2).
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Da Z1 und Z2 temperaturabhängige Großen sind, ist auch R12 temperaturabhängig. Ist die Grenzflächentemperatur TGF unbekannt, lässt diese sich im Umkehrschluss aus dem durch ρref ermittelbaren R12 bestimmen.
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Somit ist unter Kenntnis des temperaturabhängigen Reflexionsfaktors R12 und insbesondere der thermisch abhängigen Schallkennimpedanzen der beteiligten Materialien durch Auswertung des zeitlichen Echosignals ρref(t) der Grenzfläche eine Bestimmung der lokalen Temperatur an der Grenzfläche möglich.
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Zur Bestimmung des Reflexionsfaktors R12 aus einem Ultraschall-Echosignal sollten zudem folgende Zusammenhänge berücksichtigt werden, um eine exaktere Bestimmung zu erreichen:
Der Schalldruck an der Grenzfläche ist auf Grund der vorherigen Ausbreitung durch das erste Medium beeinflusst und damit im Allgemeinen unbekannt, da Ultraschallsignale bei ihrer Ausbreitung in Medien einer materialspezifischen Dämpfung D unterworfen sind, die ihrerseits ebenfalls temperatur- als auch frequenzabhängig ist. Der Zusammenhang zwischen dem ausgesendeten Schalldruck ρ0(t) und dem empfangenden Schalldruck ρmess(t) kann wie folgt beschrieben werden: ρmess(t) = ρ0(t)·D1·R12
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Dabei durchläuft der gesendete Schalldruck ρ0(t) im Material 1 den Weg s = 2·d und erfährt dabei eine unbekannte Dämpfung D1.
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An der Grenzfläche zum Material 2 (s = d) wird er während der Ausbreitung mit einem unbekannten Reflexionsfaktor R12 reflektiert und als ρmess(t) wieder am Prüfkopf empfangen.
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Um den Reflexionsfaktor R12 zur Bestimmung der Temperatur TGF aus dem Messsignal isolieren zu können, ist es notwendig, den Einfluss der Dämpfung D, zu berücksichtigen. Dazu muss die materialspezifische, temperatur- und frequenzabhängige Dämpfung D(T, f) des ersten Materials, die Länge der Strecke d, die das Signal bis zur Grenzfläche zurücklegen muss und die Temperatur innerhalb des Materials 1 zum Zeitpunkt der Ausbreitung bekannt sein. Letztere ist zunächst unbekannt, kann jedoch durch eine Messung der effektiven Schallgeschwindigkeit ceff näherungsweise bestimmt werden, da der Zusammenhang zwischen Temperatur T und Schallgeschwindigkeit c(T) für das erste Medium a priori bekannt ist. Die Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit von der Temperatur kann beispielsweise durch Voruntersuchungen ermittelt werden.
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Die effektive Schallgeschwindigkeit ist dabei die Geschwindigkeit die sich bei identischer Laufzeit ergibt, wenn statt einer unbekannten inhomogenen Schallgeschwindigkeitsverteilung auf einer bekannten Strecke eine konstante Geschwindigkeit angenommen wird. Eine inhomogene Schallgeschwindigkeit kann im ersten Medium beispielsweise durch eine inhomogenen Temperaturverteilung hervorgerufen werden.
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Die effektive Schallgeschwindigkeit ceff kann nach ceff = 2·d/t1 aus dem Echosignal selber bestimmt werden, wobei t1 der Laufzeit entspricht, die das Signal für das zweimalige passieren der Distanz d benötigt. Aus der effektiven Schallgeschwindigkeit ceff folgt somit die Kenntnis der gemittelten Temperatur Tmittel für das Medium 1. Wenn die materialspezifische Temperaturabhängigkeit der frequenzabhängigen Dämpfung D(Tmittel) des ersten Mediums bekannt ist (sie kann beispielsweise wiederum in Voruntersuchungen ermittelt werden), folgt daraus die genäherte Kenntnis der vorliegenden Dämpfung D1 = D(Tmittel), die das Signal auf der Strecke s = 2·d erfahren hat. Nach einer Entdämpfung des Messsignals ρmess(t) im Frequenzbereich mit D1(f) kann der Reflexionsfaktor R12 angegeben werden, der direkt einer Temperatur TGF an der Grenzfläche zugeordnet ist, welche deutlich von der mittleren Temperatur Tmittel im ersten Material abweichen kann.
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Das Verfahren erzielt die höchste Auflösung, wenn die Schallkennimpedanzen der beteiligten Materialien in derselben Größenordnung sind und mindestens eines der beiden Materialien eine stark temperaturabhängige Schallgeschwindigkeit aufweist. Idealerweise sollte sich der Betrag des Reflexionsfaktors |R12| im Bereich um 0,5 befinden, da bei Werten um 0 keine Reflexion erfolgt, und bei Werten im Bereich von 1 i. d. R. keine Temperaturabhängigkeit auftritt, da der Unterschied der Schallkennimpedanzen zu ausgeprägt ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, mit der Messung eines reflektierten Schalldruckverlaufs ρmess(t) die Temperatur TGF lokal an der Grenzfläche zu bestimmen, unter der Voraussetzung, dass das akustische Verhalten der beteiligten Materialien bekannt sind.
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Die Voraussetzungen sind sehr gut für Kunststoffe erfüllt, bei denen zudem auf Grund der schlechten thermischen Leitfähigkeit die verzögerungsfreie Temperaturmessung sinnvoll ist. Polymere Isoliersysteme in energietechnischen Anwendungen bieten sich für das Verfahren an, zumal in diesem Bereich, z. B. in Hochspannungsisoliersystemen, häufig zwei oder mehrschichtige Kunststoffverbundsysteme verwendet werden. So werden beispielsweise in Energiekabeln und Garnituren schwach elektrisch leitfähige Kunststoffe zur Feldsteuerung in Verbindung mit hoch isolierendem Kunststoffen eingesetzt. Es kann somit die Temperatur an einer inneren Leitschicht oder einem Feldsteuerelement gemessen werden, die jeweils aus einem schwach leitfähigen polymeren Material bestehen können. Diese Grenzfläche zwischen Isoliermaterial und Feldsteuermaterial kann somit erfindungsgemäß zur Temperaturmessung herangezogen werden, ohne dass das Isoliersystem durch einen Temperaturfühler beeinflusst wird. Dadurch, dass die Feldsteuerelemente in der Regel dünn hinsichtlich der Isolierschicht ausgeführt sind und auf Grund ihrer schwachen Leitfähigkeit eine gegenüber dem Isoliermaterial erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweisen, kann in guter Näherung ein Rückschluss auf die Temperatur am Leiter gezogen werden.
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Das Verfahren kann somit dazu eingesetzt werden, dass eine unzulässige Erwärmung des Kabels oder der Kabelgarnitur verhindert wird. Hierzu kann bei Überschreiten einer vorgegebenen ersten Grenztemperatur ein Warnsignal abgegeben werden. Zudem kann bei Überschreiten einer vorgegebenen zweiten Grenztemperatur der die Temperaturerhöhung verursachende elektrische Strom, insbesondere automatisch, verringert bzw. abgeschaltet werden. Es ist somit eine „dynamic rating” Betriebsart möglich, so dass die Belastungsreserven optimal ausgenutzt werden können.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit in Bauteilen (z. B. auch bei thermischen Isolationen) gezielt thermisch abhängige akustische Reflektoren mit einzubringen, die dann als passive Sensorelemente dienen und mit Ultraschall unter Verwendung des vorgestellten Verfahrens zur lokalen Temperaturmessung verwendet werden können. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Bauteil keine Grenzfläche aufweist, so dass durch das zusätzliche Einfügen des Reflektors eine für die Temperaturbestimmung notwendige Grenzfläche erzeugt wird. Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass das Material des Reflektors akustisch optimal an das Material des Bauteils hinsichtlich der Schallkennimpedanz angepasst ausgewählt werden kann. Insbesondere kann ein Material mit hoher Temperaturabhängigkeit der Schallkennimpedanz verwendet werden, so dass der Reflexionsfaktor eine hohe Temperaturdynamik aufweist.
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Das Verfahren der Temperaturbestimmung ist demnach auch außerhalb der Anwendung an einer durch ein äußeres polymeres Material und ein inneres Material gebildeten Grenzfläche eines Kabels oder einer Kabelgarnitur der elektrischen Energietechnik einsetzbar.
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Mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 bis 9 erläutert. Es zeigen:
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1 einen Messaufbau mit einer durch ein Material 1 und ein Material 2 gebildeten Grenzfläche in einer schematischen Darstellung;
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2 einen typischen Signalverlauf eines verwendbaren akustischen Messsignals;
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3 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit im Material 1 von der Temperatur;
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4 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit des Reflexionsfaktors R12 an der Grenzfläche von der Temperatur;
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5 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit des frequenzabhängigen Dämpfungskoeffizienten des Materials 1 von der Temperatur;
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6 ein Diagramm zur Erläuterung der Bestimmung des Reflexionsfaktors R12 aus einem Messsignal durch eine temperatur- und frequenzabhängige Entdämpfung im Frequenzbereich;
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7 eine Temperaturbestimmung an einer Grenzfläche in einer Kabelmuffe in einer schematischen Darstellung;
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8 eine Temperaturbestimmung an einem passivem Sensorelement im Isolierstoffvolumen; und
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9 eine Temperaturbestimmung, an einem passivem Sensorelement eingebettet in Metall.
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in 1 ist zur Erläuterung des Verfahrens eine mögliche Anordnung dargestellt, bei welcher die Temperatur T an der Grenzfläche 3 ermittelt werden soll. Die Grenzfläche 3 innerhalb des Prüfkörpers wird durch ein äußeres Material 1 mit einer Schallgeschwindigkeit c1 und einer Schallkennimpedanz Z1 und ein inneres Material 2 mit einer Schallgeschwindigkeit c2 und einer Schallkennimpedanz Z2 gebildet. Ein nicht vollständig dargestelltes Ultraschallsystem mit einem Rechner wird im Impulsechoverfahren betrieben. An den Rechner ist ein Ultrasthallwandler 4 angeschlossen, der gleichzeitig die Funktion des Ultraschallsenders und Ultraschallempfängers übernimmt. Der Prüfkörper weist auf Grund eines transienten Wärmestroms Q eine inhomogene Temperaturverteilung auf. Das eingeprägte Ultraschallsignal ρ0(t) transmittiert entlang der Strecke d durch das Material 1 und ist dabei einer exponentiellen Dämpfung mit einer frequenz- und temperaturabhängigen Dämpfungskonstanten α(T, f) ausgesetzt. An der Grenzfläche 3 zum Material 2 tritt abhängig vom Reflexionsfaktor R12 (T) eine partielle Reflexion auf. Das reflektierte Signal durchläuft erneut die Strecke d, wobei es den gleichen Dämpfungsbedingungen wie zuvor ausgesetzt ist, und wird am Ultraschallwandler 4 als ρmess(t) empfangen.
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In 2 ist exemplarisch der zeitliche Verlauf eines empfangenen Ultraschallsignals ρmess(t) als Impulsechodiagramm („A-Scan”) dargestellt. Zum Zeitpunkt t1 nach dem Eintreten des Signals in das Material (t = 0) hat das Signal p0(t) die Strecke d zweifach durchlaufen und die Signalform hat sich auf Grund der Ausbreitungsbedingungen entlang der zurücklegen Strecke s = 2·d und der Reflexion an der Grenzfläche 3 verändert.
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Vom äußeren Material 1 sind durch Voruntersuchungen die temperaturabhängige Schallgeschwindigkeit (vgl. 3), die temperatur- und frequenzabhängige Dämpfung (vgl. 5) sowie die temperaturabhängige Schallkennimpedanz Z1(T) bekannt.
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In 3 ist ein exemplarischer Zusammenhang zwischen der materialspezifischen Schallgeschwindigkeit c und der Temperatur T des ersten polymeren Materials 1 dargestellt. Dieser Zusammenhang kann beispielsweise in Voruntersuchungen bestimmt werden. Bei polymeren Materialien fällt im Allgemeinen die Schallgeschwindigkeit mit steigender Temperatur.
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In 5 ist der Dämpfungskoeffizient α(T, f) von Material 1 in Abhängigkeit der Frequenz f mit der Temperatur T als Parameter dargestellt. Dieser Zusammenhang kann beispielsweise in Voruntersuchungen bestimmt werden. Eine sich ausbreitende Schallwelle zeigt im Frequenzbereich einen vom Weg s und dem Dämpfungskoeffizienten abhängigen Schalldruck, der mit ρ(f, s) = ρ0(f)·exp(–α(T, f)·s) an gegeben werden kann, wobei ρ0(f) den Schalldruck an der Stelle s = 0 darstellt.
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Vom inneren Material 2 (gerußtes EPDM) ist ebenfalls die temperaturabhängige Schallkennimpedanz Z2(T) bekannt, wodurch sich mit R12 = (Z2 – Z1)/(Z1 +Z2) eine in 4 dargestellte Zuordnung zwischen dem Reflexionsfaktor R12 und der Grenzflächentemperatur TGF angeben lässt. In 4 ist der Reflexionsfaktor R12(T) graphisch über die Temperatur dargestellt, der sich an einer Grenzfläche zwischen zweien polymeren Materialien 1 und 2 mit unterschiedlichen, thermisch abhängigen Schallkennimpedanzen Z1(T) und Z2(T) durch R12 = (Z2 – Z1)/(Z1 + Z2) ergibt. Z1(T) und Z2(T) können beispielsweise in Vorversuchen durch Messung der thermisch abhängigen Dichten und thermisch abhängigen Schallgeschwindigkeiten bestimmt werden.
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Die Zuordnung zwischen dem Reflexionsfaktor R12 und der Grenzflächentemperatur TGF kann wie folgt zur Temperaturbestimmung verwendet werden:
Es werden akustische Signale vom Ultraschallsender 4 ausgesendet, die an der Grenzfläche 3 reflektiert werden und vom Ultraschallempfänger 4 empfangen werden. Beispielsweise wird zum Zeitpunkt t1 ein Echosignal der Amplitude ρmess(t) empfangen (vgl. 2).
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Aus ceff = 2·d/t1 folgt die effektive Schallgeschwindigkeit ceff, mit deren Hilfe aus 3 eine mittlere Temperatur Tmittel angegeben werden kann. Aus 5 ergibt sich für diese Temperatur der frequenzabhängige Dämpfungskoeffizient α(f, Tmittel), mit dem das Signal im Frequenzbereich entdämpft wird: ρentdämpft(f) = ρmess(f)·exp(α(f, Tmittel)·2d)
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Ist p0(f) für die jeweilige Anordnung bekannt, ergibt sich der Reflexionsfaktor R12 direkt zu: R12(f) = ρentdämpft(f)/ρ0(f)
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Auf Grund des höchsten Signal-Rauschabstands bietet sich zur Auswertung von R12 die Mittenfrequenz von ρmess an. In 6 ist zur Veranschaulichung schematisch das Spektrum von ρmess(f), das des korrespondierenden entdämpften Signals ρentdämpft(f) und das von ρ0(f) dargestellt. Idealerweise weist das entdämpfte Signal ρentdämpft(f) dieselbe Mittenfrequenz wie ρ0(f) auf. Weichen diese beiden Mittenfrequenzen stark von einander ab, ist die Temperaturverteilung im Medium 1 zu inhomogen und die Näherung zur Bestimmung der mittleren Temperatur über die effektive Schallgeschwindigkeit zu ungenau. Zur Verbesserung der Messgenauigkeit bietet sich ein iteratives Verfahren an, bei dem die Temperatur Titer bestimmt wird, durch die nach Entdämpfung mit α(f, Titer) das Messsignal ρmess(f) dieselbe Mittenfrequenz wie ρ0(f) aufweist.
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Ist ρ0(f) unbekannt, kann das Verfahren auch mittels einer Referenzmessung bei homogener Temperaturverteilung (z. B. T1 = TGF = TUmgebung) kalibriert werden. Dazu wird das empfangene und transformierte Echo ρmess(f) der Grenzschicht mit dem bekannten Dämpfungskoeffizienten α(Tmess, f) entdämpft und wie oben beschrieben in ρentdämpft(f) überführt. |R12| ist für die Temperatur TUmgebung nach 4 bekannt, so dass daraus unmittelbar ρ0(f) folgt.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens konnte durch Referenzmessungen mittels konventioneller Temperaturmessungen mit Temperaturfühler bestätigt werden.
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In 7 ist schematisch eine Hochspannungskabelmuffe aus EPDM im Schnitt dargestellt, bei der die momentane Temperatur bestimmt werden soll. Das äußere polymere äußere Material 10 ist EPDM. Innerhalb der Muffe befindet sich eine Hochspannungsfeldsteuerelektrode aus gerußtem und somit schwach leitfähigem EPDM als inneres Material 20. An der Grenzfläche 30 zwischen dem äußeren polymeren Material 10 und dem inneren Material 20 wird die Temperatur wie bereits beschrieben ermittelt.
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In 8 ist ein passives, nicht leitfähiges Sensorelement 6 in einem polymeren Isoliermaterialvolumen 1 in der Tiefe d dargestellt, dessen Schallkennimpedanz optimal an die des Isoliermaterials angepasst ist. Mit diesem ist die Messung der momentanen Temperatur an der Grenzfläche 3 möglich die durch den transienten Wärmestrom Q hervorgerufen wird. Die Grenzfläche 3 wird mit einem Ultraschallprüfkopf 4 beschallt. Die Form des passiven Sensorelements 6 kann beliebig gewählt werden, eine ebene Oberfläche, die zur Schallreflexion dient, bietet sich jedoch an.
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In 9 ist ein passives (schwach) leitfähiges Sensorelement 6 eingebettet in eine Metallelektrode 5, die sich in der Tiefe d in einem polymeren Isoliermaterialvolumen 1 befindet dargestellt. Durch diesen Aufbau ist es möglich die Temperatur, die durch den Wärmestrom Q hervorgerufen wird, an der Grenzfläche 3 zu bestimmen, die in guter Näherung der der Metallelektrode entspricht. Die Grenzfläche 3 wird mit einem Ultraschallprüfkopf 4 beschallt. Die Form des passiven Sensorelements 6 kann beliebig gewählt werden, eine ebene Oberfläche die zur Schallreflexion dient, bietet sich jedoch an.
