Entwicklung eines innovativen selbstkalibrierenden Messgeräts zur präzisen Flussdichtemessung

Abstract

Das Institut für Future Fuels am Standort Jülich des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) betreibt den Sonnensimulator Synlight, mit einer maximalen thermischen Leistung von 300 kW. Dies nutzt das DLR überwiegend für Untersuchungen solarthermischer Komponenten, wie Receiver für Solartürme oder solarchemische Reaktoren. Für die experimentelle Vorbereitung wird die präzise Messung der Flussdichte durch ein Gardon-Radiometer ermöglicht. Vor jedem Versuch sollte das Messgerät kalibriert werden, da sich die Sensoroberfläche mit der Zeit durch thermische Belastung oder mechanische Beschädigung verändern kann. Derzeit erfordert dieser Prozess eine Kalibrierung mit einem Kendall-Radiometer. Dies ist aktuell nur am Standort Köln-Porz möglich und ist dementsprechend zeitintensiv. Zudem ist die Anschaffung eines eigenen Kendall-Radiometers kostenintensiv und bei einer Bestellung ist mit einer langen Wartezeit zu rechnen. Somit ist das Ziel dieser Masterarbeit, die Entwicklung eines selbstkalibrierenden Systems angelehnt an das Prinzip des Kendall-Radiometers. In diesem Kontext wird in einer Vergleichskavität vor dem eigentlichen Messversuch, eine Leistung in das System mithilfe eines Heizstabs gegeben, um diese mit der abgeführten Leistung durch wassergeführten Messkanäle abzugleichen. Daraufhin wird der ermittelte Kalibrierungsfaktor mit der abgeführten Leistung in der identisch aufgebauten Rezeptorkavität verrechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass im Vergleich zu den Vorgängermodellen SunCatch I und SunCatch II, die Messgenauigkeit verbessert wird und der Messfehler sinkt. Somit verliert das System weniger Energie und die Verluste im Verhältnis zur Gesamtleistung fallen im Vergleich zum Vorgängermodell, um 46 % geringer aus.