Sensorlose Spulentemperaturmessung: Grundlage ist das ohmsche Gesetz

Die Messung der Temperatur im Innern einer Magnetspule mittels eines Temperatursensors ist mit erheblichem Aufwand verbunden: Das Ventilgehäuse muss geöffnet oder angebohrt, der Sensor eingebracht und das Ganze dann wieder dicht verschlossen werden. Schon, wenn nur ein einziges Ventil auf diese Weise instrumentiert werden soll, braucht das viel Zeit. Meist ist es aber mit der Instrumentierung nur eines Prüflings nicht getan, weil Messreihen geplant sind. Hinzu kommt, dass der Sensor – endlich in der Spule platziert – selbst Wärme ableitet und somit das Messergebnis verfälscht.

Angesichts dieser gravierenden Nachteile habe ich mich schon vor Jahren gefragt, ob es nicht auch möglich ist, die Spulentemperatur sensorlos zu messen. Ergebnis der Überlegungen war das Gerät L-Temp zur Temperaturmessung an stromgetakteten Spulen wie Magnetventilen, Hubmagneten und Relais während des Betriebs. Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Einrichtung der Messtechnik ist einfach, die Messung kann während des Betriebs erfolgen.

Grundlage ist das ohmsche Gesetz

Wie das funktioniert? Wir machen uns für die Messung das ohmsche Gesetz zunutze, das besagt, dass der Spannungsabfall über einen metallischen Leiter – in unserem Fall dem Draht der Spule – direkt proportional zur hindurchfließenden Stromstärke ist. Die Proportionalitätskonstante ist der Widerstand R. Nehmen wir an, nicht der Widerstand, sondern der Strom ist konstant. Dann wird sich in Abhängigkeit vom Widerstand auch die Spannung ändern. Der Widerstand wiederum ist abhängig von der Temperatur.

Tatsächlich steigt der ohmsche Widerstand einer Spule annähernd linear mit der Temperatur. Unser L-Temp misst daher den Spannungsabfall an der Spule bei einem konstant eingeprägten Gleichstrom. Ändert sich der Widerstand aufgrund einer Temperaturänderung, wirkt sich dies auch auf die Spannung aus. Das Gerät liefert also ein Ausgangssignal – nämlich die Spannung – das direkt proportional zur absoluten Spulentemperatur ist.

Um von der jeweils gemessenen Spannung auf die absoluten Temperaturwerte schließen zu können, muss das Gerät zu Beginn der Messungen bei bekannter Spulentemperatur justiert werden. Am einfachsten geht das, indem der Prüfling mehrere Stunden einer bekannten Umgebungstemperatur ausgesetzt wird, so dass sämtliche Teile die gleiche Temperatur haben. Auf diese Temperatur wird dann auch das L-Temp eingestellt und von da an kann aus der anliegenden Spannung auf die Spulentemperatur geschlossen werden.

Einfaches Prinzip – komplexe Umsetzung

So einfach das klingt, so kompliziert war die Umsetzung. So galt es auszuschließen, dass die Widerstände von Kabeln und Steckern das Messergebnis verfälschen. Zudem kann bei der Messung im Betrieb nur dann gemessen werden, wenn das jeweilige Ventil nicht angesteuert wird. Und auch dann muss gewartet werden, bis die Wirbelströme im Magnetventil abgeklungen sind. Die Wartezeit nach dem Messstart kann dabei vom Nutzer variabel eingestellt werden. Außerdem erkennt das L-Temp auch Mehrfachansteuerungen, bricht die Messung nicht ab, sondern wartet, bis ein ausreichend großes Zeitfenster zur Verfügung steht.

Mit seinen Fähigkeiten ist das L-Temp im Markt einzigartig. Das heißt jedoch nicht, dass es nicht noch besser werden kann. Daher haben wir das Gerät jetzt überarbeitet. Früher mussten sich unsere Kunden vor Lieferung für einen Messbereich entscheiden, jetzt können sie zwischen zwei Messbereichen für den ohmschen Widerstand an der Spule umschalten. Darüber hinaus sind natürlich auch weiterhin Individualanpassungen auf einen bestimmten Spulentyp möglich.

Technische Daten zum L-Temp finden Sie hier. Und wenn sie Fragen haben, zögern Sie nicht, auf mich zuzukommen. Sie erreichen mich per Email an wolfgang.neu@smart-ts.de.