DE2716884B2

DE2716884B2 - Temperaturmeßsonde

Info

Publication number: DE2716884B2
Application number: DE2716884A
Authority: DE
Inventors: Günter 8047 Karlsfeld Meikis; Josef 8061 Hebertshausen Wenzl
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: 1981-07-16
Also published as: US4175438A; GB1599266A; JPS6237331B2; DE2716884C3; DE2716884A1; JPS53129085A; IT7848904A0; IT1102176B

Description

Bei Brennkammerversuchen treten im Abgas Spitzentemperaturen bis ca. 2000 K auf. Uni diese Temperaturen meßtechnisch noch erfassen zu können,

ic 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

is Lebensdauer, Warnings- und Reparaturfreundlichkeit sowie Arbeitsgenauigkeit auch bei hohen Drücken und hohem Durchsatz der Strömung in optimaler Weise extremen Anforderungen gerecht wird.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentan-

spräche gelöst Die Erfindung und ihre weiteren Einzelheiten sind nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert

Das Sondengehäuse weist einen geraden, zylindrischen Scndenkörper 1 auf, der am oberen Ende einen

2^ri 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

jo 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 Sondenkörper 1 zum Endstück 5 erfolgt in einem

J5 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 Strömi<ngskontur eine gut laminare 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 Temperaturleitkörper 7. Jeder Temperaturleitkörper ist über zwei Edeimetallthermodrähte 8, 9 an das Kupplungsso stück 4 angeschlossen.

Die Thermodrähte 8, 9 jedes Temperaturleitkörper sind zunächst, d.h. vom Temperaturleitkörper 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 zum Kupplungsstück 4 führt und gegebenenfalls die übliche Isolierung des Thermodrahtes sein kann. Im einzelnen sind vier Stützdrähte 12,13,14 und 15 an jedem Temperaturleitkörper 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. Der Stützdraht 15 und einer der anderen Stützdrähte, insbesondere der diagonal gegenüberliegende Stützdraht 12 dienen der

Übertragung der Meßwerte und sind im Kopfstück (6 an die Edelmetallthermodrähte 8, 9 angeschlossen. Die beiden übrigen, ihrerseits einander diagonal gegenüberliegenden Stützdrähte sind reine Stützdrähte, die nur vorgesehen sind, um die Temperaturleitkörper auch ^r> unter dem Einfluß des Strömungsmittels und seiner Temperatur exakt aus den ihnen zugewiesenen Stellen der Strömung zu halten.

Die perlenförmigen Temperaturieitkörper 7 ragen frei in den Gasstrom, und die Keramikhülsen 10 beginnen so weit hinter den Temperaturieitkörpern, 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 den Kühlwasserauslaß verläßt. Dadurch ist es möglich, die gesamte Sonde extrem so hohen Temperaturen auzusetzen, da sie entsprechend ausreichend gekühlt wird einschließlich der in besonderem Maße dem Heißgasstrom ausgesetzten Stirnseite des Endstückes 15.

Damit die frei dem Gasstrom ausgesetzten perlenför- J5 migen 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 Temperaturleitkörper erhöht wird, sind die Temperaturleitkörper mit einer keramischen Schutzschicht, insbesondere aus Aluminiumoxid umgeben. Um eine gute Haftung der Schutzschicht auf den Leitkörpern 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

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 S hindurchgeführt wobei das Spiel so bemessen ist, daß sich Keramikhülse und Stirnseite 19 entsprechend ihren unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten spannungsfrei 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 Temperaturleitkörper unter dem Einfluß extrem hoher Temperaturen schadhaft werden und ausgewechselt werden müssen, so kann dies dadurch erleichtert werden, daß die Thermodrähte am oberen Ende nach einer Schleife an die Kupplung angeschlossen sind. Muß ein Temperaturleitkörper ausgewechselt werden, so muß lediglich unter Verkürzung der Schleife der Thermodraht so weit nach außen nachgezogen werden, daß ein neuer Temperaturfühler aufgesetzt werden kann.

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Sonde insgesamt und in Ansicht,

F i g. 2 im Schnitt die Anordnung eines Temperaturleitkörpers mit den ihm zugehörigen Teilen der Sonden, und

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie III-II1 in F i g. 2. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Temperaturmeßsonde mit Edelmetallthermodrähten, die an einem Ende mit einem perlenförmigen Temperaturleitkörper verbunden und zwischen dem Temperaturleitkörper und Anschlüssen für Anzeigebzw. Regelgeräte in einem rohrförmigen Sondenkörper geführt sind, der Kühlwasser zur Kühlung der Thermodrähte führt, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Thermodrähten (8,12 bzw. 9,15) zwei Stützdrähte (13,14) mit dem Temperaturleitkörper (7) verbunden sind, die ebenfalls im Sondenkörper (1) geführt sind.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS der perlenförmige Temperaturleitkörper (7) aus dem Sondenkörper (1) frei herausragt

3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im Querschnitt runde Sondenkörper (1) am Ende in ein im Querschnitt rechteckiges flaches Endstück (5) mit einem ausgerundeten Übergangsabschnitt (6) übergeht

4. Sonde nach den Ansprüchen 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Thermodraht (8,12 bzw. 9, IS) in einem Innenrohr (17) verlegt ist, das seinerseits mit Abstand in einem Außenrohr (30) verlegt ist, wobei der Raum zwischen Innenrohr und Außenrohr dem Kühlwasservorlauf und der Raum zwischen Außenrohr und Sondenkörper (1) dem Kühlwasserrücklauf dienen.

5. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (17) an dem dem Temperaturleitkörper (7) zugekehrten Ende in eine Keramikhülse (10) übergeht, die mit radialem Spiel durch die aus Metall bestehende äußere Stirnseite (19) des Endstückes (5) hindurch- und aus dem Sondenkörper (1) herausgeführt ist und den Thermodraht (8,12 bzw. 9,15) bis nahe dem Temperaturleitkörper (7) umgibt.

6. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermodraht (8,12 bzw. 9,15), das Innenroiir (17) und die Keramikhülsen (10) axial verschieblich im Außenrohr (30) und in der Stirnseite (19) des Sondenkörpers (1) geführt sind.

7. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der die Meßwerte leitenden Thermo- bzw. Stützdrähte (12,13) ein Platindraht ist, die drei anderen Thermo- bzw. Stützdrähte (14,15) aus einer Platin-Rhodium-Legierung bestehen.

8. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der frei im Gasstrom liegende perlenförmige Temperaturleitkörper (7) mit Keramikmaterial umhüllt ist.

9. Sonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus Aluminiumoxid besteht.

10. Sonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung als extrem reines Aluminium aufgetragen ist, bei dessen Auftragung und Umwandlung in Aluminiumoxid die Stützdrähte (14,15) der Wärmezu- und -abfuhr dienen, während die beiden Thermodrähte als Meßfühler an einen Regelkreis angeschlossen sind.

11. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kammsonde ausgebildet ist und eine dem zu messenden Temperaturprofil entsprechende Anzahl von Temperaturleitkörpern (7) und Thermo- bzw. Stützdrähten (12 bis 15) im Sondenkörper (1) untergebracht sind.