Temperaturmessung mittels Ultraschall unter Ausnutzung des temperaturabhängigen Reflexionsverhaltens an Grenzflächen in polymeren Isoliersystemen

Abstract:
Für einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb eines elektrischen Isoliersystems ist die Kenntnis der Temperatur im System von erheblicher Bedeutung. Im Folgenden wird ein Verfahren vorgestellt, welches es ermöglicht, die Temperatur innerhalb eines Isoliersystems verzögerungsfrei mittels Ultraschall zu messen. Kunststoffe zeigen in der Regel eine Abhängigkeit ihrer akustischen Eigenschaften von der Temperatur. Eine Betrachtung des Reflexionsverhaltens an einer Grenzfläche zwischen zwei Kunststoffen ermöglicht eine Zuordnung zwischen Temperatur an der Grenzfläche und der reflektierten Schalldruckamplitude. Die hier untersuchte Grenzfläche wird durch isolierendes und leitfähiges (mit Ruß gefüllt) Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM) gebildet, welches zur Herstellung von Hochspannungskabelmuffen eingesetzt wird. Die experimentelle Untersuchung der akustischen Eigenschaften der beiden EPDM-Typen (Schallkennimpedanz, Schalldämpfungskoeffizient) zeigt, dass die Schallkennimpedanzen eine deutliche Abhängigkeit von der Temperatur aufweisen. Für den Schalldämpfungskoeffizienten ergibt sich zusätzlich eine starke Abhängigkeit von der Frequenz. In der hier beschriebenen Untersuchung wird das Reflexionsverhalten an der Grenzfläche isolierendes/leitfähiges EPDM über der Temperatur gemessen. Um das Reflexionsverhalten aus den Messdaten zu isolieren, wird der Einfluss der Schalldämpfung spektral kompensiert. Anhand der kompensierten Messdaten zeigt sich ebenfalls eine Abhängigkeit des Reflexionsverhaltens der Grenzfläche von der Temperatur. Anhand der ermittelten Schallkennimpedanzen wird das Reflexionsverhalten an der Grenzfläche modelliert und mit der gemessenen, kompensierten Schalldruckamplitude verglichen.