DE2210900B2 - Hochtemperaturdruckmessonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochtemperaturdruckmeßsonde mit einem ersten einseitig geöffneten Rohr und mit einem zweiten, das erste Rohr koaxial umgebenden und einen Ringraum hiermit bildenden zweiten Rohr sowie mit Zu- und Ableitungen für ein Kühlmedium.

Aus der Literaturstelle »Chemische Gasanalyse, Düsseldorf 1960, Seite 7« ist ein Rohr zur Entnahme von Gasproben aus dem Hochofen bekannt, bei dem ein erstes an einem Ende geöffnetes Meßrohr und ein dieses erste Rohr umgebendes zweites Rohr vorgesehen ist, das mit dem ersten Rohr an dessen offenseitigem Ende verbunden ist. In dem zwischen den beiden Rohren gebildeten Ringraum verläuft koaxial zu beiden Rohren ein drittes Rohr, das gleichfalls an dem dem offenen Ende des ersten Rohres zugewandten Ende geöffnet ist. Zwischen dem ersten und dem dritten Rohr werden jeweils ein Ringraum gebildet, wobei durch den ersten Ringraum ein Kühlmedium zugeführt wird, das sodann durch einen zweiten Ringraum abgeführt wird. Eine solche Staudruckmeßsonde hat den Nachteil, daß sie verhältnismäßig voluminös ist, da drei Rohre unter Bildung jeweils eines Ringraumes zwischen sich koaxial zueinander angeordnet werden müssen. Eine derartige Druckmeßsonde eignet sich deshalb nicht für die Gasentnahme in Grenzschichten und in kleineren Kanälen, da hier jeweils die Strömung durch die Meßsonde selbst erheblich beeinflußt würde.

Aus der US-PS 26 50 497 ist eine kombinierte Meßsonde für den Staudruck und den statischen Druck bekannt, bei der in bekannter Weise ein erstes einseitig geöffnetes Rohr vorgesehen ist, das von einem zweiten, hiermit verbundenen Rohr umgeben ist, so daß zwischen beiden Rohren ein Ringraum gebildet wird. Die Außenseite des zweiten Rohres ist mit öffnungen zur Messung des statischen Druckes verbunden, der über den zwischen den beiden Rohren gebildeten Ringraum gemessen wird. Die beiden Rohre weisen im Abstand von dem Meßende flexible, manschettenförmige Teile auf, die es gestatten, das Meßende der Meßsonde in verschiedene Richtungen abzubiegen. Die bekannte Meßsonde eignet sich nicht für die Messung bei hohen Temperaturen, da keine Kühlmöglichkeit für die Meßsonde vorgesehen ist.

Weiterhin ist aus der GB-PS 5 41 684 eine Staudruckmeßsonde bekannt, die für die Verwendung in Flugzeugen konstruiert ist. Die Meßsonde besteht im wesentlichen aus einem ersten, einseitig geöffneten Sondenrohr, in dem auf der Innenwandung spiralförmig verlaufende Heizschlangen vorgesehen sind, die ein Vereisen der Meßsonde verhindern sollen. Die Meßsonde eignet sich somit zwar für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen, jedoch ist die Sonde selbst nicht für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Hochtemperaturdruckmeßsonde anzugeben, die bei wirksamer Kühlung der Meßsonde möglichst klein ausgebildet werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Hochtemperaturdruckmeßsonde der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ringraum durch wenistens zwei schraubenförmig um das erste Rohr verlaufende Drähte in zwei zueinander parallel und schraubenförmig verlaufende Kammern unterteilt ist, von denen eine mit der Zu- und die andere mit der Ableitung für das Kühlmedium in Verbindung steht.

Dadurch, daß lediglich zwei zueinander koaxial angeordnete Rohre verwandt werden müssen, kann die Sonde besonders klein ausgebildet werden, so daß sie sich insbesondere für die Messung von Drücken in Grenzschichten und in kleinen öffnungen eignet. Trotzdem wird eine hervorragende Kühlung dadurch erreicht, daß Kühlmedium durch die beiden schraubenförmigen Kammern des Ringraumes geleitet wird. Durch die schraubenförmige Führung des Kühlmediums wird dabei eine besonders große Turbulenz erzeugt, die zu einer besonders wirksamen Kühlung führt. Gleichzeitig wird durch die Art der Ausbildung erreicht, daß eine besonders biegesteife Sonde erhalten wird, da sich die beiden Rohre entlang ihrer gesamten Längsachse über den zwischen den beiden Rohren angeordneten Drähten abstützen können, was der Sonde insgesamt eine besonders hohe Biegesteifigkeit verleiht.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung kann diese derart abgewandelt werden, daß die Drähte als Rohre ausgebildet sind, so daß neben der Messung des Staudruckes über diese Rohre gleichzeitig auch der statische Druck gemessen werden kann. Diese zusätzliche Messung kann durchgeführt werden, obwohl die Sonde dabei praktisch ihr<* äußerst geringen Abmessungen beibehält.

Der Miniaturisierung der Meßsonden kommt insbesondere auch eine weitere vorzugsweise Ausbildungsform entgegen, bei der die beiden ersten und zweiten

Rohre an dem offenen Ende des ersten Rohres in Form einer Thermoelementschweißstelle miteinander verbunden sind. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, die Temperatur unmittelbar an der Spitze der Meßsonde zu messen, ohne daß besondere räumlich aufwendige Einrichtungen in der Meßsonde selbst vorgesehen werden müssen.

Die Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Hochtemperaturdruckmeßsonde ist in gasförmsgen Medien bis zu 4000° Kelvin zu verwenden. Durch die große Biegesteifigkeit kann die Meßsonde für sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten eingesetzt werden, die bei gasförmigen Medien ein Mehrfaches der Schallgeschwindigkeit betragen können.

Da der Außendurchmesser der Sonde sehr klein gehalten werden kann, eignet sich die Meßsonde auch für Messungen im Bereich der Grenzschicht bei schnellen Strömungen. So wurden bereits Sonden mit einem Sondendurchmesser von 1,2 mm hergestellt. Als Werkstoff für die Sonde kommen alle lot- und schweißbaren Materiaiien in Frage.

Im folgenden soll die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispielen erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine noch unvollständige Meßsonde mit einem ersten Rohr und dieses umwickelnde Drähte, in Längsschnitt,

Fig. 2 eine Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Rohres, gesehen aus der Richtung Z,

Fig.3 eine Längsschnittansicht einer fertigen Meßsonde, die aufbauend auf dem in Fig. 1 gezeigten Teil fertiggestellt ist,

Fig. 4 eine Ansicht der in Fig. 3 gezeigten Meßsonde, gesehen von der Richtung Xher,

Fig. 5 eine Ansicht der in Fig. 3 gezeigten Meßsonde, gesehen von der Richtung Vher,

Fig. 6 eine Atiöenansicht der fertigen in Fig.3 gezeigten Meßsonde,

Fig.7 eine Schnittansicht der in Fig.6 gezeigten Meßsonde entlang der Linie A-A,

F i g. 8 eine weitere Ausführungsform einer Hochtemperaturdruckmeßsonde,

Fig. 9 eine Detailansicht des Details Kin F ig. 8,

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform einer Hochtemperaturdruckmeßsonde und

Fig. 11 eine Detailansicht des Details Zin Fig. 10.

Wie aus den Fig. 1 bis 7 zu ersehen ist, besteht die

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dort dargestellte Meßsonde aus einem um 90" gewinkeltem Staudruckmeßrohr I, welches von zwei schraubenförmigen Drahtspiralen 2, 3 umwickelt ist. Dieses System stellt eine zweigängige Schraube dar, wobei ein Schraubengang als Vorlauf und der andere als Rücklauf für das Kühlmedium dient. Über diese Spiralen ist ein Hüllrohr 4 geschoben, an welchem die Zuleitung 5 und die Rückleitung 6 des Kühlmediums befestigt sind. Aufgrund der schraubenförmigen Drahtspiralen wird durch den Drehimpuls, den das Kühlmedium erhält, eine sehr hohe Turbulenz im Kühlmedium erzielt, wodurch ein sehr guter Wärmeübergang erzeugt wird.

Bei der in den Fig.8 und 9 dargestellten Atisführungsform ist der Aufbau der Meßsonde gleich wie der in den Fig. I bis 7 gezeigten Hochtemperaturdruckmeßsonde. Zusätzlich ist diesem Ausfünrungsbeispiel die Sondenspitze noch als Thermoelement ausgebildet, wobei Meßrohr und Hüllrohr die elektrischen Zuleitungen zum Meßverstärker bilden, der nicht gesondert dargestellt ist. Die Schweißstelle an der Spitze ist innen gegen das Kühlmedium isoliert, um einen Temperaturgradienten in Richtung der Sondenachse zu vermeiden. Die schraubenförmigen Spiralen 7 sind aus einem Isolierstoff gefertigt, um eine elektrische Verbindung von Meß- und Hüllrohr hinter der Meßstelle zu verhindern. Denselben Zweck haben auch die Distanzblättchen 8 am Meßrohr. Das Kühlmedium darf für diese Bauart nur eine sehr kleine Leitfähigkeit haben, damit das Thermoelement nicht kurzgeschlossen wird. Die Kühlung der Sondenspitze erfolgt durch Wärmeleitung von Meß- und Hüllrohr an das Kühlmedium. Für Temperaturmessungen muß die Sonde für jedes Medium geeicht werden, da bei konstanten Kühlungsverhältnissen die Temperatur der Schweißstelle vom Wärmeübergang, d. h. von den thermodynamischen Zustandsgrößen des Meßmediums bestimmt wird.

In den Fig. 10 und U ist eine andere Ausführungsform einer Hochtemperaturmeßsonde dargestellt, die zur Messung des Staudruckes und des statischen Druckes geeignet ist. Der Aufbau dieser Meßsonde entspricht dem Aufbau der in den F i g. 1 bis 7 gezeigten Meßsonde, jedoch sind die schraubenförmigen Drahtspiralen durch zwei Rohre 9 ersetzt, welche als Meßleitungen für den statischen Druck dienen und in der Kühlmediumrückleitung herausgeführt sind. Diese Rohrspiralen sind an den Enden verschlossen und durch zwei seitlich in dem Hüllrohr angebrachte Bohrungen 12 (s. Fi g. 11) mit dem Meßmedium verbunden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hochtemperaturdruckmeßsonde mit einem ersten einseitig geöffneten Rohr und mit einem zweiten, das erste Rohr koaxial umgebenden und einen Ringraum hiermit bildenden zweiten Rohr sowie mit Zu- und Ableitungen für ein Kühlmedium, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum durch wenigstens zwei schraubenförmig um das erste Rohr verlaufende Drähte in zwei zueinander parallel und schraubenförmig verlaufende Kammern unterteilt ist, von denen eine mit der Zu- und die andere mit der Ableitung für das Kühlmedium in Verbindung steht.

2. Hochtemperaturdruckmeßsonde nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drähte in einem geringen Abstand von dem geöffneten Ende des ersten Rohres enden.

3. Hochtemperaturdruckmeßsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff hergestellt sind.

4. Hochtemperaturdruckmeßsonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Rohr an der öffnung des Rohres als Thermoelementschweißstelle ausgebildet ist.

5. Hochtemperaturdruckmeßsonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Rohr jeweils als elektrische Zuleitungen zu der Thermoelementschweißstelle dienen.

6. Hochtemperaturdruckmeßsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte als Rohre ausgebildet sind, und daß die dem offenen Ende des ersten Rohres zugewandten Enden der Drähte mit in der Seitenwand des zweiten Rohres zur Messung des statischen Druckes ausgebildeten öffnungen verbunden sind.