Hohe Abgastemperaturen präzise zu messen, ist eine technische Herausforderung: Die Sensor­spitze muss Temperaturen von über 1000°C genau erfassen. Doch es genügt häufig nicht, eine einzelne Messung durchzuführen, sondern gerade der Temperaturverlauf ist oftmals wichtig. Und zudem muss häufig gleichzeitig an verschiedenen Stellen gemessen werden. All das, und noch einiges mehr, kann die Multichannelbox MCT 8.0. Doch wozu braucht man(n) das?


Man denke nur an Abgastemperatursensoren in Partikelfiltersystemen von Dieselfahrzeugen und die Steuerung der NOx-Trap bei direkteinspritzenden Benzinmotoren mit Schichtladung. Die Anforderungen an diese Sensoren sind immens: So muss die Sensor­spitze Temperaturen von über 1000°C präzise detektieren und die Temperatur über ein pa­ckaging-freundliches Gehäuse auf moderate 200°C am Kabelabgang abgebaut werden. Ferner hat die Ansprechzeit möglichst kurz zu sein und Alterungserscheinungen sind weitestgehend zu eliminieren. Dabei sind selbstverständlich alle automobilen Randbedingungen wie Resis­tenz gegen Vergiftung, höchste Vibrationsbeständigkeit, etc. zu erfüllen. Die Sensorindustrie hat solche Sensoren auf Basis von Thermopaaren, NTC und Pt 200-Elementen entwickelt und hat diese im Serieneinsatz. In der jüngsten Vergangenheit setzen sich immer stärker Pt 200-Elemente durch, die in vielen Fahrzeugreihen in Serie verbaut werden. Hier sind bei­spielsweise zu nennen: Volkswagen 1,4 l FSI und 1,6 l FSI, Audi 2,0 l FSI, DaimlerChrysler 1,8 l CGI Benzindirekteinspritzer, u.a…


Aufgrund der Robustheit und der einfachen Montage eignen sich diese Sensoren auch für An­wendungen in der Messtechnik. Aus diesem Grunde bietet das Haus Delta-R nun ein Mess­system auf Basis von serienmäßigen Pt 200 Abgastemperatursensoren an, das in der Lage ist, die Signale von bis zu acht Sensoren gleichzeitig zu verarbeiten.


Die Multichannelbox MCT 8.0


Das System MCT 8.0 (Multichannelbox, 8 Eingänge) arbeitet mit einer Eingangsspannung von 12 V und kann daher leicht an die fahrzeugseitige Stromversorgung angeschlossen wer­den. Die Temperatursensoren sind an geeigneter Stelle im Abgassystem unterzubringen. Da ein Pt 200 Sensor auf Basis einer temperaturabhängigen Widerstandsänderung arbeitet, geht von jedem Sensor eine 2-adrige Leitung aus, die zum MCT-Gehäuse geführt werden muss. Sobald das Gerät eingeschaltet wurde, wird die aktuelle Temperatur auf allen aktivierten Ka­nälen auf einer LCD-Anzeige dargestellt. Die Mess­werte können über einen serienmäßig vorhandenen RS 232 Eingang an einen PC o.ä. weiter­geleitet und dort verarbeitet werden.


Neben der Anzeige der Sensortemperaturen werden sowohl die größte Temperaturdifferenz als auch die Höchsttemperatur bis zum manuellen Löschen dargestellt. Ferner werden die Ka­näle ermittelt, die höchste Temperaturdifferenz aufweisen.


Alarmfunktion


Das Gerät kann mit frei wählbaren Temperaturhöchstwerten programmiert werden. Sobald eine Messstelle diesen Schwellwert erreicht, leuchten die Warnlampen der Box und ein Digitalausgang wird aktiviert. Dieser Ausgang kann beispielsweise Relais anzusteuern. Er sollte mit nicht mehr als 2,5 W und 30V belastet werden. Damit kann beispielsweise eine Volllastanreiche­rung zum Bauteileschutz aktiviert werden.


Datenlogger


Für dieses System sind eine WindowsÒ basierte Datenerfassungssoftware sowie Kabel für den Anschluss der Digitalausgänge an ein Laptop erhältlich. Zum Aufzeichnen der Daten kann jeder handelsübliche PC oder Laptop genutzt werden, der über ein Microsoft Betriebssystem ab Windows 3.1Ò (aber auch NT, ME,…)sowie eine RS 232-Buchse und einen freien COM-Anschluss verfügt. Nach Installation der Software können die aktuellen Werte im PC-Bild­schirm angezeigt werden sowie die Datenerfassung starten. Über Pull-Down Menüs kann für die Datenerfassung eine Abtastrate von 0,1 bis zu 60 sec für jeden Datensatz ausgewählt wer­den. Dies bedeutet, dass für bis zu 8 Messstellen alle 0,1 s je ein Datensatz erzeugt werden kann. Somit können auch hochdynamische Vorgänge präzise dargestellt werden. Die einzel­nen Datensätze werden im ASCII-Code erstellt und mit CRLF abgeschlossen. Daher ist es problemlos möglich, die gewonnenen Daten mittels einer Tabellenverarbeitungssoftware z.B. ExcelÒ weiter zu verarbeiten und die Daten grafisch darzustellen.


Signalenhancement


Die Dynamik eines solchen Meßsystems hängt in erster Linie von der Güte der verwendeten Sensoren ab. Die Ansprechzeiten der verwendeten Sensoren übertreffen die von 3 mm Ther­moelementen. In den meisten Fällen ist dies völlig ausreichend. Nur in der Abbildung hochtransienter Vorgänge besteht der Wunsch nach noch schnelleren Ansprechzeiten. Hier hilft nun die Software der MCT 8.0 weiter. Per Tastendruck oder Softwaresteuerung lässt sich eine „Signalverstärkung“ (Enhancement) aktivieren. Große Temperatursprünge werden durch eine sehr steile Flanke des Temperaturgradienten gekennzeichnet. Durch das Bestimmen des Gradienten bei zwei aufeinander folgenden Messabtastungen kann die zu erreichende Endtemperatur mathematisch abgeleitet werden. Erkennt dieses System bei­spielsweise einen Temperatursprung von 400°C auf 850°C kann die Endtemperatur von 850°C gegenüber der herkömmlichen Messmethode fünf Mal schneller angezeigt werden.


Einbau der Sensoren


Beim Verbau der Sensoren ist zu beachten, dass diese nur dann ihre Leistungsfähigkeit voll ausspielen können, wenn Sie optimal angeströmt werden. Dazu sollte der Einbau in „Totwas­serzonen“ nach größeren Winkeln oder starken Bögen weitestgehend vermieden werden. Die Eintauchtiefe wurde mit 50 mm so gewählt, dass auch Rohre mit größerem Durchmesser be­stückt werden können. Um eine optimale Vibrationsbeständigkeit zu erzielen, empfiehlt es sich , die ebenfalls angebotenen Einschweißmuffen zu verwenden. Die Sensoren werden mit­tels Überwurfmuttern an den Muffen befestigt. Ferner ist eine Regel zum Einbau von Lambdasonden auch für Temperatursensoren zu beher­zigen. Um Kondenswasser abzutropfen lassen zu können, sollte die Messspitze stets leicht (15° empfohlen) aus der Horizontalen nach unten geneigt eingebaut werden. Überkopfeinbau ist weitestgehend zu vermeiden. Ferner ist darauf zu achten, dass die Spitze im rechten Winkel zum Abgasstrom steht und mit hoher Geschwindigkeit umströmt wird.


Applikationen


Ursprünglich wurde die MCT 8.0 für den amerikanischen Automobilrennsport entwickelt. Auf Rund­strecken werden Fliehkräfte erzielt, die eine homogene Zylinderfüllung über den gesamten Triebwerksblock verhindern. Mittels Temperaturaufzeichnung werden hier Abstimmungsar­beiten erleichtert. In einigen Rennsportapplikationen können keine Lambdasonden eingesetzt werden. Hier ist es möglich über die Abgastemperatur auf den Lambdawert zu schließen. Faustregel: Je magerer das Gemisch wird, desto höher die Abgastemperatur. Ferner kann das Gerät zur Turboladerüberwachung eingesetzt werden. Dies ist insbesondere bei nachgerüsteten Ladern von Bedeutung, um Überhitzungsschäden zu vermeiden. Als ein weiteres Anwendungsfeld ist der Einsatz in Versuchsfahrzeugen zu nennen, da hier auch die Datenloggerfunktion stark in den Vordergrund tritt. Vereinzelt sind diese Systeme an Prüfständen anzutreffen. Generell sind viele Applikationen im Bereich Tuning und Rennsport zur Optimierung von Gemischbildung und Drehmoment zu finden. Auch im Bereich der Prozesstechnik und bei der Aufzeichnung von Temperaturrampen in Trockenschränken schenkt man dem System große Beachtung.