DE1208920B - Sonde zur Ausmessung von Geschwindigkeits- und Temperaturfeldern eines stroemenden Mediums - Google Patents

Sonde zur Ausmessung von Geschwindigkeits- und Temperaturfeldern eines stroemenden Mediums

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DE1208920B
DE1208920B DEL46394A DEL0046394A DE1208920B DE 1208920 B DE1208920 B DE 1208920B DE L46394 A DEL46394 A DE L46394A DE L0046394 A DEL0046394 A DE L0046394A DE 1208920 B DE1208920 B DE 1208920B
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DE
Germany
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probe
temperature
probe according
flow
temperature sensor
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Application number
DEL46394A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Gerhard Schoenebeck
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/04Scales
    • G01K1/045Scales temperature indication combined with the indication of another variable
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/10Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables

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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

  • Sonde zur Ausmessung von Geschwindigkeits-und Temperaturfeldern eines strömenden Mediums Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Ausmessung von ebenen und räumlichen Geschwindigkeits- und! oder Temperaturfeldern eines strömenden Mediums mit ,leichmäßiger oder stark wechselnder Strömungsrichtung.
  • Zur Ausmessung eines Geschwindigkeitsfeldes hinsichtlich der Strömungsrichtung und der Strömungsgedlwindigkeit sind beispielsweise das Prandtlsche Staurohr oder die Venturidüse bekanntgeworden.
  • Diese Geräte sind dann gut geeignet, wenn es sich um Geschwhldigkeitsfelder handelt, deren Strömungsrichtung gleichmäßig ist; sofern es sich dagegen um Geschwindigkeitsfelder mit örtlich und/oder zeitlich stark wechselnder Strömungsrichtung handelt, sind diese Gerste nicht mehr zu gebrauchen, weil sie richtungsempfindlich sind. Dartiber hinaus sind Stankörper bekanntgeworden, die mit verschiedenen Bohrungen versehen sind, so daß mehrere Drücke unabhängig voneinander gemessen werden können. Bei Verwendung von Eichkurven ist es möglich, aus diesen Messungen die Strömungsrichtung zu bestimmen.
  • Werden die Bohrungen solcher Staukörper entsprechend zusammengeschaltet, so ist es auch möglief, unter Verwendung einer entsprechenden Eichkurve die Strömungsgeschwindigkeit zu ermitteln.
  • Weitedzin ist eine Sonde zur Ausmessung von ebenen und räumlichen Geschwindigkeitsfelderr eines strömenden Mediums mit stark wechselnder Strömungsriclltung bekanntgeworden, die insbesondere als stabförmige Sonde ausgebildet ist. Diese Zy]indersonde besitzt in einer Ebene des zylindrischen Teils der Sonde symmetrisch zu einer Bohrun für die Messung des Gesamtdruckes je eine rechts und links von jener Bohrung liegende. lotrecht zur tangentialen Strömungsrichtung um den Zylinder angeordnete Bohrung zur Messung des statischen Druckes des strömenden Mediums und eine weitere. lotrecht zur benannten Ebene angeordnete Bohrung im Sondenkopf, so daß unabhangig von den obengenannten Meßstellen und der Stellung der Sonde die Ström ungsnchtung und Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden kann. Mittels dieser Sonde kann mit Hilfe einer Einstellung die Strömungsrichtung, der Gesamtdruck, der dynamische Druck und der statische Druck eines strömenden Mediums, insbesondere mit stark wechselnder Strömungsrichtung, ermittelt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Gegensatz zu allen bekannten Meßsonden nunmehr eine solche Sonde zu entwickeln, mit deren Hilfe nicht nur die Druckverhältnisse sowie die Strömungs- richtung eines strömenden Mediums ermittelt werden können, sondern auch die Temperaturverhältnisse sowie die Temperaturverteilung.
  • Es ist bisher nicht möglich gewesen, die statische Temperatur in einem schnellströmenden Medium zu messen. Lediglich bekannt ist, eine durch die Stauwirkung der Strömung beeinflußte Temperatur zu messen. Die Erfindung gibt nun ein Mittel an, die wirkliche statische Temperatur in einem schnellströmenden Medium ebenso einwandfrei zu messen. wie es beispielsweise mit verschiedenen Drucksonden möglich ist, die statischen Drücke einwandfrei zu messen. Des weiteren werden noch die Gesamttemperatur. die sogenannte Staupunkttemperatur und die dynamische Temperatur ermittelt.
  • Ein neues Anwendungsgebiet eröffnet sich der Erfindung auch bei bisher noch nicht möglich gewesenen direkten Messungen von beispielsweise Flammengeschwindigkeiten von Abgasstrahlen, wie sie in der Raketenteehnik auftreten, und Höchstgeschwindigkeiten von Projektilen aller Art.
  • Die Erfindung besteht darin, daß in einer Ebene der Sonde symmetrisch zu einem Temperaturfühler für die Messung der Gesamttemperatur im Staupunkt je ein rechts und links von diesem Temperaturfühler liegender, lotrecht zur tangentialen Strömungsrichtung um die Sonde angeordneter Temperaturfühler zur Messung der statischen Temperatur und der Richtung in der zur Sondenachse senkrechten Ebene des strömenen Mediums vorgesehen ist und daß durch einen weiteren lotrecht zur benannten Ebene angeordneten Temperaturfühler die achsparallelen Komponenten der Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden können.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht nun die Icssung der statischen Temperatur des strömenden Mediums, insbesondere bei hohen Drücken und Temperaturen, und gleichzeitig die Bestinbmung der Stautemperatur, d. h. der Gesamttemperatur im Staupunkt. Aus der Differenz der Stautemperatur und der statischen Temperatur erhalt man sofort die dynamische Temperatur, welche der Temperaturerhöhung im Staupunkt infolge vollständiger Abbremsung der Strömung auf Null gegenüber der statischen Temperatur entspricht. Des weiteren lassen sich aus der Messung der statischen Temperatur und der Stautemperatur der räumliche Strömungswinkel und die Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Mediums unmittelbar bestimmen.
  • Eine Sonde, die es gestattet, die statischen Temperaturen sowie die Stautemperaturen in strömenden Medien zu ermitteln, hat gegenüber allen bekannten Sonden den Vorteil eines erweiterten Anwendungsbereiches, insbesondere ist dabei an das Naßdampfgebiet von strömenden Dämpfen und an strömende Medien sehr hoher Temperaturen und Drücke gedacht. In dem Bereich der nassen Dämpfe sind die obenerwähnten Druckmeßsonden nicht mehr mit genügender Meßgenauigkeit anwendbar, da die mitgeführten Flüssigkeitstropfen die Meßbohrungen der Drucksonden zusetzen und so eine Messung sehr erschweren.
  • Die im Staupunkt erfolgte adiabatische Temperaturerhöhung kann sich lediglich bei trockenen Gasen als strömendem Medium dem theoretischen Wert nähern. Bei Naßdampf als strömendem Medium ist die adiabatische Temperaturerhöhung verlustbehaftet, d. h., es tritt eine geringere Temperaturerhöhung ein, da ein Teil der Wärme im Staupunkt für Verdampfungswärme der Wassertropfen aufgewendet wird.
  • Aus der Temperaturdifferenz von theoretischer, adiabatischer Temperaturerhöhung und gemessener Temperatur können nun aber Aussagen über den Feuchtigkeitsgehalt des strömenden Mediums, d. h.
  • Naßdampfes, gemacht werden.
  • Die Anordnung der Temperaturfühler zur Messung der statischen Temperatur wird an solchen Stellen vorgenommen, an denen die Strömung parallel zur Meßsondenwand verläuft bzw. bei Zylinder- oder Kugelsonden an einer Stelle, an der die Strömung tangential zum Radius verläuft. Bei Strömungen mit stark wechselnden Strömungsrichtungen kann die statische Temperatur durch Mittelwertbiidung noch innerhalb weiter Winkelbereiche genau angegeben werden.
  • Als Meßsonde eignen sich für die vorliegende Erfindung neben Zylindersonde und Kugelsonde auch Dreiecksonden, Venturidüse, Sersche Scheibe und das Prandtische Staurohr.
  • Als Temperaturfühler sind insbesondere Thermoelemente, Widerstandselemente und Halbleiterfühler, sogenannte Thermistoren, geeignet, die innerhalb kürzester Zeit bereits auf kleine Temperaturdifferen zen ansprechen. Da bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten auch die Temperaturerhöhung im Staut punkt nur gering ist, erweisen sich insbesondere die Thermistoren für das Gebiet niedrigerer Temperaturen und Drücke sowie kleiner Geschwindigkeiten als vorteilhaft. Dabei ist bei kleinen zu messenden Wånnekapazitäten eine punktförmige, gut vorn Sondenkörper isolierte Anordnung der Temperaturfühler anzuwenden.
  • Es ist weiterhin zweckmäßig, den Temperaturfühler, der senkrecht außerhalb der in einer Ebene angeordneten Temperaturfühler zur Frtnìttlung der räumlichen Temperaturverhältnisse vorgesehen ist, in einem Segment beweglich zu lagern. Aus der Stellung des Segmentes zur Sonde ist dann der räumliche Winkel der Temperaturverteilung zu entnehmen, der wiederum ein Maß für den Strömungswinkel ist.
  • An Hand einer Zeichnung sind schematische Ausführungsbeispiele einer Sonde nach der Erfindung wiedergegeben.
  • Fig. 1 stellt eine Zylindersonde 1 dar und F i g. 2 einen Schnitt durch die Sonde. Die Zylindersondel ist mit mehreren Temperaturfühlern 2, 3, 4, 5 versehen, wobei die Temperaturfühler 2 und 4 zur Messung der statischen Temperatur so angebracht sind, daß die Strömung X tangential an ihnen vorbeiläuft.
  • Wird durch Drehen um die Zylinderachse die Sonde so eingestellt, daß die Temperaturdifferenz zwischen Temperaturfühler 2 und 4 zu Null wird, dann wird an dem Temperaturfühler 3 die Gesamttemperatur des strömenden Mediums gemessen. Aus der Differenz von Gesamttemperatur und Stautemperatur erhält man so die dynamische Temperatur, die wiederum ein Maß für die Größe der Geschwindigkeit ist.
  • Außerdem ist dann durch die Winkellage der Sonde um ihre Längsachse die Strömungsrichtung gegeben.
  • In der Fig.3 ist ebenfalls eine Zylindersonde 1 dargestellt, und F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch diese Zylindersonde. Bei dieser Sonde ist der Temperaturfühler durch einen in einem Segment6 gelagerten beweglichen Temperaturfühler 7 ersetzt, der über ein elektrisches und/oder mechanisches Getriebe mit Winkelanzeige so gedreht werden kann, daß die Temperatur, die in dem Fühler 7 gemessen wird, ein Maxirnum hat. Aus der Stellung der Sonde und des Segmentes ist dann der räumliche Winkel der Strömung ermittelbar.
  • Die Ei g. 5 stellt eine Kugelsonde8 dar mit Temperaturfühlern9, die in der gleichen Weise wie die Zylindersonde arbeitet. F i g. 6 zeigt ein Temperaturmeßgerät für strömende Medien nach Art eines Prandtischen Staurohres 11 mit Temperaturfühlern 2 und 3, das ebenfalls wie die Zylindersonde 1 arbeitet.
  • In gleicher Art lassen sich z. B. auch Venturidüsen ausbilden. Fig.7 zeigt die schematische Schaltung einer Zylindersonde nach F i g. 1, mit deren Hilfe die ebenen Temperatur- und Geschwindigkeitsfelder strömender Medien mit gleichmäßiger Strömungsrichtung ermittelt werden.
  • Fig. 8 zeigt eine Schaltung zum Messen der statischen Temperatur von strömenden Medien mit stark schwankender Richtung, wobei die Temperaturgeber 2 und 4 hintereinandergeschaltet sind, so daß deren Summe gemessen wird, woraus durch Halbierung der Mittelwert ermittelt wird.
  • Die vorliegende Erfindung hat ein sehr weites Anwendungsgebiet und ermöglicht es insbesondere, bisher nicht ausgeführte direkte Temperaturmessungen in strömenden Medien sehr hoher Temperaturen und Drücke vorzunehmen. insbesondere auch bei stark schwankenden Strömungsrichtungen. Es sei noch einmal auf die Anwendung für Naßdampf, Flammengeschwindigkeiten von Abgasstrahlen und alle Messungen bei chemischen Prozessen des Hochdruck-und Hochtemperaturbereiches hingewiesen. Eine erfindungsgemäße Sonde eignet sich aber ebenso als Geber bzw. Fühler für Mengenmessungen, beispielsweise bei chemischen Prozessen für Regelungseinrichtungen. Die Erfindung ist keineswegs auf die ausgeführten Beispiele beschränkt.

Claims (14)

  1. Patentansprüche: 1. Sonde zur Ausmessung von ebenen und räumlichen Gescilwindigkeits- und/oder Temperaturfeldern eines strömenden Mediums mit gleich mäßiger oder stark wechselnder Strömungsrichtung dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ebene der Sonde (1) symmetrisch zu einem Temperaturfühler (3) für die Messung der Gesamttemperatur im Staupunkt je ein rechts und links von diesem Temperaturfühler (3) liegender, lotrecht zur tangentialen Strömungsrichtung um die Sonde reordneter Temperaturfühler (2, 4) zur Messung der statischen Temperatur und der Richtung in der zur Sondenachse senkrechten Ehcne des strömenden Mediums vorgesehen ist und daß durch einen weiteren lotrecht zur benannten Ebene angeordneten Temperaturfühler (5) die achsparallelen Komponenten der Strön'. ul gsn.chtuug und Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden können.
  2. 2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekeunzeichnet, daß innerhalb der Sonde wenigstens ein zur Strömungsrichtung beweglicher Temperattirfühler (7) vorgesehen ist.
  3. 3. Sonde nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch geliemzeichnet. daß als Temperaturfühler Thermoelemellte vorgesehen sind.
  4. 4. Sonde nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler Widerstandselemente vorgesehen sind.
  5. 5. Sonde nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler Halbleiterfühler vorgesehen sind.
  6. 6. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß eine Zylindersonde vorgesehen ist.
  7. 7. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kugelsonde vorgesehen ist.
  8. 8. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dreiecksonde vorgesehen ist.
  9. 9. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prandtlsches Staurohr vorgesehen ist. iO.
  10. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Venturidüse vorgesehen ist.
  11. 11. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Hakensonden vorgesehen sind.
  12. 12. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pitot-Rohr vorgesehen ist.
  13. 13. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sersche Scheibe vorgesehen ist.
  14. 14. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet durch ihre Anwendung als Geber (Fühler) für Mengenmessung, insbesondere bei chemischen Hochdruck- und Hochtemperaturprozessen bei Regelungseinrichtungen.
DEL46394A 1963-11-21 1963-11-21 Sonde zur Ausmessung von Geschwindigkeits- und Temperaturfeldern eines stroemenden Mediums Pending DE1208920B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002012868A1 (de) * 2000-08-03 2002-02-14 Andreas Seibold Sonde zur fotometrischen analyse eines fluids

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