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Untersuchungen und Erprobung eines integrierten Strömungssensors der Serie "HiSAS" für die Anwendung innerhalb eines neuartigen Messverfahrens zur Windgeschwindigkeits- und Windrichtungsmessung auf Windkraftanlagen.
Projektbearbeiter:
R. Mikuta
Finanzierung:
Industrie;
Die Windsensoren der Serie "HiSAS" wurden primär für den Einsatz auf Windkraftanlagen konzipiert und entwickelt. Sie können aber auch zur Messung von Strömungen und Strömungsprofilen gasförmiger Medien eingesetzt werden. Es handelt sich hier um ein Messmittel der Strömungsmesstechnik, mit dem die Strömungsrichtung und die Strömungsgeschwindigkeit mit nur einem spezifisch strukturierten Messaufnehmer erfasst wird und der aufgrund seines Konzepts und der Komplexität der Messwerterfassung als Windsensor bezeichnet werden soll. Das grundlegende Sensorprinzip des HiSAS basiert auf dem Wärmetransport eines Gases (Luft), das über einen Heizer erhitzt wird, der im Zentrum der Membran angeordnet ist und die um den Heizer angeordnete Thermoelementeketten richtungsempfindlich erwärmt. Das damit verbundene Messprinzip ist das eines Masseflussmessers und er zeigt dementsprechend auch diese Eigenschaften. Somit müssen die Änderungen der Eigenschaften zu messende Gases berichtigt werden.

Den Windsensor prinzipiell als Masse- und Volumenflussmesser auszulegen ermöglicht ein breites Einsatzspektrum des Windsensors HiSAS.
Zur Sicherstellung eines Ankopplung des planaren Messaufnehmers an die zu messende Windströmung wurde das Gehäuse schließlich als Ellipsoid ausgeführt, in dem die Messwertverarbeitung der Messsignale (Platine 1), die Pegelanpassung der Versorgungsspannungen und die Heizerregelung (Platine 2) untergebracht sind. Die beiden Platinen sind steckbar ausgeführt, so dass die Messwertverarbeitung und die Heizungsregelung an unterschiedliche Messaufgaben und Messbedingungen angepasst werden kann. Konzeptionell ist die Platine 2 zum Betrieb des Heizers in 3 Ausführungsformen verfügbar:
·         Konstantstromregelung - CCC (erprobt)
·         Konstanttemperaturregelung - CTC (erprobt)
·         Konstanttemperaturdifferenzregelung - CTDC (in Erprobung)
Während die Windrichtung aus dem Amplitudenverhältnis der einzelnen um den Heizer positionierten Thermoelemente bestimmt wird, bestehen bei Ausschluss der Konstantstromregelung für die Erfassung der Windgeschwindigkeit zwei Möglichkeiten. Die eine basiert auf der zugeführten strömungsabhängigen Heizleistung, die am Regelungssignal als Betrag für die Windgeschwindigkeit gemessen wird und die andere basiert auf der Auswertung der Signalamplitude der Thermoelemente der Windrichtungsmessung. Die letzte genannte Möglichkeit zur Windgeschwindigkeitsmessung ist auch für eine Konstantstromregelung geeignet. Hier ist nur zu beachten, dass sich mit zunehmender Windgeschwindigkeit die Amplitude verringert.

Schlagworte

Sensor, Strömung, Strömungsmessung, Windenergie, Windenergieanlagen, Windkraft
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