DE2716884A1

DE2716884A1 - Temperaturmessonde

Info

Publication number: DE2716884A1
Application number: DE19772716884
Authority: DE
Inventors: Guenter Meikis; Josef Wenzel
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1977-04-16
Filing date: 1977-04-16
Publication date: 1978-10-19
Also published as: JPS53129085A; GB1599266A; IT1102176B; JPS6237331B2; US4175438A; DE2716884B2; IT7848904A0; DE2716884C3

Description

Bei Brennkammerversuchen treten im Abgas Spitzentemperaturen bis ca. 2000 K auf. Um diese Temperaturen meßtechnisch noch erfassen zu können, wurden Temperaturmeßsonden entwickelt, die mit Edelmetallthermodrähten bestückt wurden.

Aufgabe der Erfindung ist die Ausgestaltung einer solchen mit Edelmetallthermodrähten bestückten Temperaturmeßsonde in der Weise, daß sie bezüglich Lebensdauer, Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit sowie Arbeitsgenauigkeit auch bei hohen Drücken und hohem Durchsatz der Strömung in optimaler Weise extremen Anforderungen gerecht wird.

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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst. Die Erfindung und ihre weiteren Einzelheiten sind nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert.

Das Sondengehäuse weist einen geraden, zylindrischen Sondenschaft 1 auf, der am oberen Ende einen Anschluß 2 für die Kühlwasserzufuhr, einen Anschluß 3 für die Kühlwasserabfuhr und ein Kupplungsstück 4 zur Übertragung der von der Sonde ermittelten Meßwerte an Anzeige- oder Regelgeräte aufweist. Die Anschlüsse 2 und 3 sind in einem Anschlußblock zusammengefaßt. Das andere Ende der Sonde ist ein Endstück 5, dessen Längsachse senkrecht zur Längsachse des Sondenschaftes 1 verläuft. Der Querschnitt des Endstückes 5 ist ein hochkant stehendes schmales Rechteck. Der Übergang vom Sondenschaft 1 zum Endstück 5 erfolgt in einem räumlich gut ausgerundeten Übergangsstück 6. Die Ausrundung ist so gewählt, daß eine in den Teilen 1, 5 und 6 geführte Strömung ohne Wirbel und Totwassergebiete vom Teil 1 in das Teil 5 und umgekehrt übergeleitet werden kann. Diese Kontur bestimmt den Verlauf des Kühlmittels. Totwassergebiete würden den Wärmeübergang beeinträchtigen, so daß die erfindungsgemäß vorgesehene Strömungskontur eine gut laminare

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Strömung gewährleistet, die ihrerseits einen guten Wärmeübergang an jeder Stelle und damit eine gute Wärmeabfuhr gewährleistet.

Der Ermittlung des Temperaturprofils der Strömung dienen -im Beispiel- fünf perlenförmige Meßfühler 7. Jeder Meßfühler ist über zwei Edelmetallthermodrähte 8, 9 an das Kupplungsstück 4 angeschlossen.

Die Thermodrähte 8, 9 jedes Temperaturfühlers sind zunächst, d.h. vom Temperaturfühler aus, innerhalb einer Keramikhülse 10 in das Endstück 5 eingeführt. Im Anschluß an eine Keramikhülse 10 sind die beiden Thermodrähte 8, 9 in je einem inneren Isolierrohr 11 aus Plastik geführt, das parallel zur Kontur des Sondengehäuses 2um Kupplungsstück 4 führt und gegebenenfalls die übliche Isolierung des Thermodrahtes sein kann. Im einzelnen sind vier Stützdrähte 12, 13, 14 und 15 an jedem Temperaturfühler mit ihren einen Enden angeschlossen, während sie mit ihren anderen Enden in einem Kopfstück 16 am Ende der Keramikhülse 10 gehalten sind. Drei der Stützdrähte, die Stützdrähte 12 14, bestehen aus einer Platin - Rhodium - Legierung, während der vierte Stützdraht 15 aus reinem Platin besteht.

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Der Stützdraht 15 und einer der anderen Stützdrähte, insbesondere der diagonal gegenüberliegende Stützdraht 12 dienen der Übertragung der Meßwerte und sind im Kopfstück 16 an die Edelmetallthermodrähte 8, 9 angeschlossen. Die beiden übrigen, ihrerseits einander diagonal gegenüberliegenden Stützdrähte sind reine Stützdrähte, die nur vorgesehen sind, um die Meßfühler auch unter dem Einfluß des Strömungsmittels und seiner Temperatur exakt aus den ihnen zugewiesenen Stellen der Strömung zu halten.

Die perlenförmigen Meßfühler 7 ragen frei in den Gasstrom, und die Keramikhülsen 10 beginnen so weit hinter den Meßfühlern, daß diese von allen Seiten frei für den Gasstrom zugänglich sind.

Um jedes aus Plastik bestehende Isolierrohr 11 ist mit Spiel konzentrisch ein Hüllrohr 17 geführt. Dieses Hüllrohr wiederum ist mit radialem Spiel umgeben von einem Außenrohr 30. Dieses weist am unteren Ende öffnungen 18 zum Innenraum des Sondenkörpers auf und ist am oberen Ende mit dem Kühlwassereinlaß verbunden, während der Kühlwasserauslaß mit dem oberen Ende des Innenraumes des Sondenkörpers in Verbindung steht. Außenrohr und Sondenkörperinnenraum sind im übrigen so installiert, daß das Kühlwasser beim Kühlwassereintritt in das obere Ende des Außenrohres eintritt, das Außenrohr bis zum unteren Ende durchströmt, dort das Innenrohr verläßt und die Stirnseite des Endstückes kühlend in den Innenraum des Sondenkörpers eintritt, diesen bis zum oberen Ende durchströmt und über

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den Kühlwasserauslaß verläßt. Dadurch ist es möglich, die gesamte Sonde extrem hohen Temperaturen auszusetzen, da sie entsprechend ausreichend gekühlt wird einschließlich der in besonderem Maße dem Heißgasstrom ausgesetzten Stirnseite des Endstückes 15.

Damit die frei dem Gasstrom ausgesetzten perlenförmigen Temperaturfühler einerseits gut gegen Katalyteffekt geschützt sind und Schadstoffeinwirkungen minimal gehalten werden, andererseits das meßtechnische Verhalten nicht verändert wird und schließlich die mechanische Festigkeit der Temperaturfühler erhöht wird, sind die Meßfühler mit einer keramischen Schutzschicht, insbesondere aus Aluminiumoxid umgeben. Um eine gute Haftung der Schutzschicht auf den Fühlern zu gewährleisten, wird hochreines Aluminium aufgetragen, das danach zu Aluminiumoxid oxidiert.

Ein zweckmäßiges Auftragungsverfahren nutzt dabei die Stützdrähte, von denen die beiden reinen Stützdrähte der Zufuhr der Heizenergie dienen und die beiden anderen Drähte mit einem Regelkreis die Temperatur so regeln, daß das Auftragen von Aluminium in einer Schichtdicke erfolgen kann, die einerseits einen wesentlichen Temperaturabfall vermeidet, andererseits ausreichenden Schutz bietet.

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Um Wärmedehnungen der unteren Stirnseite 19 von den Keramikhülsen fernzuhalten und damit Wärmespannungen zwischen Sondengehäuse und Keramikhülsen zu vermeiden, sind die Keramikhülsen mit radialem Spiel aber berührungsfrei durch die Stirnseite 19 des Endstückes 5 hindurchgeführt, wobei das Spiel so bemessen ist, daß sich Keramikhülse und Stirnseite 19 entsprechend ihren unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten spannungsrei dehnen können, andererseits aber nicht infolge eines zu großen Radialspieles die Keramikhülsen zum Schwingen kommen.

Mit diesen Maßnahmen ist eine Sonde hoher Meßgenauigkeit und langer Betriebsfähigkeit gegeben. Sollten jedoch trotzdem die Temperaturfühler unter dem Einfluß extrem hoher Temperaturen schadhaft v/erden und ausgewechselt werden müssen, so kann dies dadurch erleichtert werden, daß die Thermodrähte am oberen Ende nach einer Schleife 20 an die Kupplung angeschlossen sind. Muß ein Temperaturfühler ausgewechselt werden, so muß lediglich unter Verkürzung der Schleife der Ihermodraht so weit nach außen nachgezogen werden, daß ein neuer Temperaturfühler aufgesetzt werden kann.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Sonde insgesamt und in

Ansicht,
Fig. 2 im Schnitt die Anordnung eines Meßfühlers mit den

ihm zugehörigen Teilen der Sonden, und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III - III in Fig. 2.

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Claims

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION MÜNCHEN GNBH München, den 14. April 1977 Patentansprüche

1.) Temperaturmeßsonde mit Edelmetallthermodrähten, die zwischen dem Gasstrom ausgesetzten, perlenförmigen Temperaturfühlern und Kupplungen zum Anschluß der Anzeige- bzw. Regelgeräte in einem rohrförmigen Sondenkörper geführt sind, wobei die Kupplungen und die Temperaturfühler in zueinander parallelen, jedoch seitlich gegeneinander versetzten Ebenen liegen und in der Ebene der Kupplungen der eigentliche Sondenkörper verläuft, an dessen unterem Ende ein zwischen den beiden Ebenen senkrecht zu ihnen verlaufendes Endstück angesetzt ist, wobei der Sondenkörper Kühlwasser zur Kühlung der Thermodrähte führt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewährleistung einer weit-

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gehend laminaren Strömung dis Kühlwassers zwischen dem eigentlichen, im Querschnitt runden Sondengehäuse (1) und dem im Querschnitt flach rechteckigen Endstück (5) des Sondengehäuses ein räumlich gut ausgerundeter Übergangsbogen (6) vorhanden ist.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Thermodraht (8,9) in einem Innenrohr (17) ver legt ist, das seinerseits in einem Außenrohr (30) verlegt ist, wobei der Raum zwischen Innenrohr und Außenrohr dem Kühlwasservorlauf, der Raum zwischen Außenrohr und Sondengehäuse (1,5,6) dem Kühlwasserrücklauf dienen.

3. Sonde nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwasserzuführung (2) und die Kühlwasserabführung (3) an dem dem Endstück (5) abgekehrten Ende des Sondengehäuses (1,5,6) liegen.

4. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (17) an dem dem Temperaturfühler (7) zugekehrten Ende in eine Keramikhülse (10) übergeht, die mit radialem Spiel durch die aus Metall bestehende äußere Stirnseite (19) des Endstückes (6) hindurchgeführt und aus

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dem Sondengehäuse (1,5,6) herausgeführt ist und den Thermodraht (8,9) bis nahe dem Temperaturfühler (7) umgibt.

5. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermodraht (8,9), das Innenrohr (17) und die Keramikhülsen (10) mit radialem Spiel, d.h. axial verschieblich im Außenrohr (3O) und in der Stirnseite (19) des Sondengehäuses (1, 5, 6) geführt sind.

6. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tharmodraht (8,9) vor dem Anschluß an die Kupplung nahe dem der Kupplung zugehörigen Ende in einer Schleife (20) geführt ist.

7. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der frei im Gasstrom liegende, perlenförmige Temperaturfühler (7) über zwei die aufgenommenen Meßwerte leitende Stützdrähte (12,13) und über zwei lediglich stützende Stützdrähte (14,15) an einem Kopfstück (16) des Thermodrahtes (8,9) abgestützt ist.

8. Sonde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der die Meßwerte leitenden Stützdrähte (12,13)

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ein Platindraht ist, die drei anderen Stützdrähte (14,15) aus einer Platin - Rhodium - Legierung bestehan

9. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der frei im Gasstrom liegende perlenförmige Temperaturfühler (7) mit Keramikmaterial umhüllt ist.

10. Sonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus Aluminiumoxid besteht.

11. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung als extrem reines Aluminium aufgetragen ist, bei dessen Auftragung und Umwandlung in Aluminiumoxid die reinen Stützdrähte (14,15) der Wärmezu- und abfuhr dienen, während die beiden anderen Drähte als Meßfühler an einen Regelkreis angeschlossen sind, um eine optimale Dicke der Schutzschicht aus Keramik, vorzugsweise aus Aluminiumoxid, zu erhalten.

12. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kammsonde ausgebildet ist und eine dem zu messenden Temperaturprofil entsprechende Anzahl von Temperaturfühlern (7) und Thermodrähten (12 bis 15) im Sondengehäuse (1,5,6) untergebracht ist.

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