Hitzdraht-Anemometrie

 
Hitzdrahtsonde Urheberrecht: © RWTH Aachen | IST

Das Wirkprinzip dieser Messtechnik ist der Wärmeübergang von einer heißen Oberfläche in ein vorbeiströmendes Medium. Der Wärmeübergang ist abhängig von der Oberflächentemperatur, und den Strömungsgrößen Temperatur, Dichte und Geschwindigkeit.

Messverfahren

Am IST wird das CTA-Verfahren - kurz für "constant temperature anemometry" - eingesetzt, bei dem ein Draht auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. Bei bekannter Temperaturdifferenz zum Strömungsmedium besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Heizleistung und dem Wärmeübergangskoeffizienten. Der Wärmeübergangskoeffizient ist proportional zu der sogenannten Massenstromdichte senkrecht zum Messdraht.

Der Zusammenhang ist nichtlinear und richtungsabhängig. Die Messanordnung liefert als Ausgangssignal eine Spannung, die in Abhängigkeit zur Änderung der Wärmeabgabe steht. Die Kalibrierung der Sonde sollte bei der Strömungstemperatur erfolgen, die auch im Messeinsatz herrscht. Falls dies nicht möglich ist, existieren Korrekturverfahren, welche sich allerdings negativ auf die Messgenauigkeit auswirken. Aus den Spannungen einer 3-Draht-Sonde können mit Hilfe von Ausgleichspolynomen die Anströmwinkel der Sonde sowie die Massenstromdichte ermittelt werden. Zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit müssen außerdem die Temperatur und der Druck der Strömung bekannt sein.

Grenzen des Einsatzgebietes

Hitzdrahtsonden arbeiten mit Sensorstärken im Mikrometerbereich und sind daher nicht in rauen Umgebungen einsetzbar. Auf Grund der gegenseitigen Beeinflussung der Drähte und der Winkel unter denen diese angeordnet sind, ist der Messbereich im Vergleich zu 5-Loch-Sonden reduziert. Die Sensoren können jedoch instationäre Strömungsvorgänge sehr gut erfassen.

Messgrößen

  • Massenstromdichte
  • Strömungswinkel (Nick- und Schwenkwinkel)
  • Turbulenzgrad
  • Reynoldsspannungen