Konzeption und Realisierung eines Messsystems zur Erfassung der Temperatur einer Reparaturvorrichtung für Faserverbundmaterialien

Kurzfassung

Faserverstärkte Kunststoffe sind wichtige Leichtbaumaterialien für die Konstruktion wirtschaftlicher und nachhaltiger Strukturen. Die Reparatur dieser ist jedoch aufwendig und teuer, was sie in ihrer Anwendbarkeit einschränkt. Während des gesamten Reparaturvorgangs ist eine genaue Kenntnis der Temperatur notwendig. Die Entwicklung eines geeigneten Messgeräts ist Bestandteil dieser Arbeit. Die einzige Möglichkeit eine Temperatur bis 250 °C zu einem Digitalwert wandeln zu können, besteht in einer Digitalisierung, die nicht vor Ort geschieht, weshalb zunächst eine analoge Elektronik verwendet wird. Zur Wandlung der Temperatur in ein Spannungssignal werden Pt100-Widerstände (Widerstand aus Platin mit einem genormten Widerstand von 100 bei 0°C, sowie genormten Temperaturkoeffizient und Toleranzen) als Sensoren verwendet. Zur Einhaltung der geforderten Toleranzen (+/-5 %) wird die Vierdraht-Methode angewandt. Um die Kosten niedrig zu halten, wird eine einfache Operationsverstärkerschaltung genutzt, um die für das Verfahren benötigte Konstantstromquelle zu realisieren. Das schwache Spannungssignal des Widerstandes muss durch eine Intrumentierverstärkerschaltung aufbereitet werden. Zur Vereinfachung wird der Eingangsspannungsbereich mit 100 mV bis 200 mV (bei 1 mA Treiberstrom) festgelegt. Dieser Bereich wird auf 0 V bis 3 V gebracht und entspricht damit 0 °C bis 266,5 °C. Zur Eliminierung von Hochfrequenzstörungen werden verschiedene Techniken verwendet. Für die Übertragung von Temperaturdaten an den Regler (ein Computer) wird ein geeigneter Mikrocontroller benötigt. Zudem muss er ausreichend Anschlüsse und Schnittstellen besitzen und auch in nächster Zeit erhältlich sein, da eine spätere industrielle Anwendung angedacht ist. Zum Einlesen und übertragen der Information über USB wird ein Programm geschrieben. Ein externes Display erlaubt das Debuggen des Programms und die spätere Verwendung als autarkes System.