View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

56 3 Messaufbauten und Messmethoden
Die in einem Messsensor enthaltenen drei Sensorelemente zur Messung der magnetischen
Flussdichte in allen drei Raumrichtungen stehen nicht ideal orthogonal zueinander. Des Weiteren
sind die Sensorelemente nicht exakt in Richtung der Koordinatenachsen ausgerichtet und
aufgrund ihrer räumlichen Ausdehnung zueinander versetzt angeordnet. Um den Datenfehler
bei der Messwerterfassung zu verringern, wird zu Beginn der Messungen einmalig eine rechnerische
Korrektur der Winkel- und Positionsfehler der Sensoren gegenüber einem definierten
Koordinatensystem durchgeführt. Dazu ist eine Leiterschleife über verdrillte Zuleiter mit einer
Stromquelle verbunden. Bei bekanntem Stromfluss wird die von der Leiterschleife erzeugte
magnetische Flussdichte mit den Sensoren vermessen. Aufgrund der bekannten Position und
Geometrie der Leiterschleife kann das Magnetfeld berechnet werden. Ein Vergleich zwischen
der berechneten und der gemessenen magnetischen Flussdichte der Leiterschleife erlaubt, die
Sensorelementposition und die Verkippung beziehungsweise Verdrehung des Sensors relativ
zu der Leiterschleife zu bestimmen. Die Korrektur der Messdaten für die Rekonstruktionsrechnungen
erfolgt entsprechend den Abweichungen der Sensoren von der idealen Anordnung.
Der Einfluss des Wechselspannungsnetzes auf die Messwerte ist vernachlässigbar. Bedingt
durch die im Wechselspannungsnetz dicht nebeneinander, parallel verlegten Hin- und Rückleiter
sind die entstehenden Störfelder klein im Vergleich zu den Magnetfeldern der Brennstoffzelle.
Zusätzlich dämpfen Filter den Einfluss der Wechselfelder auf die Messergebnisse.
Eine fundierte Fehlerabschätzung ist bei derzeitigem Entwicklungsstand der Magnetotomographie
noch nicht möglich. Eine detaillierte Studie bezüglich der Messfehler und der erreichbaren
Auflösung muss daher Gegenstand der nächsten Entwicklungsschritte sein.
Zur Visualisierung der rekonstruierten dreidimensionalen Stromdichteverteilungen steht ein
umfangreiches Programmpaket zur Verfügung. Die zur Zeit verwendete Rekonstruktionssoftware
weist die Stromdichte beziehungsweise Änderungen in der Stromdichteverteilung nur
qualitativ in Form unterschiedlicher Farbtöne aus. Eine Zuweisung der Farbskala auf absolute
Einheiten in A/cm² ist prinzipiell möglich und wird derzeit getestet. Die Skalierung der rekonstruierten
Stromdichteverteilung hängt von dem Regularisierungsparameter α , der Art der
Datenfehler und der speziellen Geometrie der Brennstoffzelle ab. Unter der Voraussetzung,
dass für einen gegebenen Brennstoffzellenaufbau die systematischen Fehler und damit der
Fehlertyp erhalten bleiben, kann ein Abgleich zwischen rekonstruierten Stromdichteverteilungen
und bekannten Verteilungen erfolgen. Messungen an zwei Betriebszuständen mit bekannter
Stromdichteverteilung erlauben, eine Skalierung der Rekonstruktion für unterschiedliche Regularisierungsparameter
vorzunehmen. Die resultierende, von dem Regularisierungsparameter
abhängige Skalierungsfunktion kann für weitere Rekonstruktionen an geometrisch ähnlichen
Brennstoffzellen genutzt werden [80]. Eine Änderung des Zellaufbaus oder der Diskretisierung
würde in diesem Fall eine neue Kalibrierung erfordern.
Die von den magnetoresistiven Sensoren gemessene magnetische Flussdichte
Brennstoffzellenstapel setzt sich additiv aus drei Anteilen zusammen.
Mess
Erde
Zuleiter
BZ
B
Mess
um einen
B = B + B + B
Gl. 3.11