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Intrusive Sondenmeßtechniken

Kopf einer 5-Loch-Sonde

Eine einfache und schnelle Ermittlung bestimmter Zustandsgrößen bei strömungsmechanischen Prozessen und zum Teil auch bei Verbrennungsvorgängen kann mit Hilfe von Sonden, die in die Strömung eindringen (d.h. intrusiv), durchgeführt werden. Je nach Messaufgabe werden diese in verschiedene Untergruppen eingeteilt. Hierzu gehören:

• Pneumatische Sonden, mit deren Hilfe sich je nach Ausführung der Totaldruck, der statische Druck, die Anströmmachzahl oder die Strömungsgeschwindigkeit nach Betrag und Richtung bestimmen lassen. Ihr Einsatz ist eine altbekannte und bewährte Messtechnik in der Strömungsmechanik und der Turbinenentwicklung. Sie ist preiswert und leicht handhabbar. Typische Einsatzbereiche sind mit gasförmigen Medien durchströmte Apparate und Anlagen, Brennkammern und Brennersysteme, Verbrennungsanlagen, Turbomaschinen, Prüfstände, Strömungskanäle und auch Abgassysteme.
• Totaltemperatursonden erlauben die Messung der Totaltemperatur der Strömung.
• Probennahmesonden ermöglichen es, Gasmengen einer Strömung oder einem Brennraum zu entnehmen, die hiernach z.B. mittels eines Gaschromatographen auf ihre Zusammensetzung hin analysiert werden können. Für die Untersuchung von Verbrennungsprozessen werden spezielle wassergekühlte Bauformen eingesetzt. So wurde ein druckwassergekühltes Probennahmesystem für den Einsatz in Brennkammern bei durchaus 3000 K entwickelt, mit dessen Hilfe sowohl Konzentrationen gasförmiger stabiler Reaktions(zwischen)produkte ermittelt als auch die Bestimmung von Bestandteilen der festen Reaktionsprodukte eröffnet werden.

Einsatz einer kombinierten Gas- und Partikelprobennahmesonde in einer Experimental-Staubrennkammer

Der Einsatz in komplexen Strömungskanalgeometrien sowohl im Unter- als auch Überschall sowie in hochbelasteten Brennräumen, wie sie für das DLR typisch sind, erforderte die Entwicklung spezieller, den hier herrschenden Randbedingungen angepasster Sonden. Durch die in vielen Jahren gewonnenen Erfahrungen und die hierbei entstandenen Fertigungstechniken wurden in enger Zusammenarbeit mit dem Lehrgebiet für das Betriebsverhalten der Strahlantriebe der RWTH Aachen miniaturisierte Bauformen entwickelt, die eine hohe Ortsauflösung des Messfeldes bei einer möglichst geringen Störung der gesamten Strömung erlauben. Geeignete Verstell- und Verfahreinrichtungen ermöglichen es, die Sonden zum Teil auch während eines Versuches an den gewünschten Messorten zu positionieren.

Diese von uns gefertigten Sondensysteme werden nicht nur an unseren Prüfständen und bei unseren Laborexperimenten verwendet, sondern sind auch bei namhaften Hochschulen, Universitäten, Forschungsinstitutionen und Industrieunternehmen erfolgreich im Einsatz.