Wärmefluss-Thermoelement MCT
Hochfrequenz-Mikro-Thermoelemente mit Oberflächen Anpassung zur Ermittlung der Oberflächentemperatur und des Wärmestroms
Anwendungsbeispiele
Diese speziellen Thermoelemente sind ideal für sehr schnelle Messungen von Temperaturänderungen auf der Oberfläche eines Körpers z.B. während einer Explosion oder einer Modells im Hyperschall-Windkanal. Im diesem Fall können die Messungen zur Berechnung von Wärmeströmen in die Oberfläche hinein genutzt werden. Aus dem Signal der Oberflächentemperaturänderung lässt sich der konvektive Wärmestrom in die Wand bestimmen. Das Thermoelement wird dazu als halbunendlicher Körper angesehen. Die max. Messzeit endet, wenn sich auch der hintere Teil des Sensors nach ca. 40 bis 100 ms beginnt zu erwärmen, da dann die Berechnungsgrundlage verlorengeht.
Zur Berechnung des Wärmestroms bieten wir das Programm Heat Flux Calculator HFC an. Es errechnet den Wärmestrom in einfacher Weise unter Verwendung der Temperatur und Materialdaten des Sensors.
Der Sensor ist klein genug, um in jeder Kontur z.B. einer Flügelnase eines Space Shuttle Modells integriert zu werden. Zudem kann sein empfindliches Ende vollständig durch Schleifen in die Oberfläche eingepasst werden. Alternativ kann auf Wunsch das Ende der Sonde auch Metall beschichtet werden. Dies bietet den Vorteil einer längeren Standzeit bei höheren Temperaturen, hat jedoch den Nachteil einer festen Geometrie
Wärmeflusssensor MCT 19, 36 und MCTB 48 mit Bohrung für zentrale Druckmessung. Als alternative Befestigung zur Klebung bieten wir Gewinde und kurze 20 cm Kabel mit Verlängerung zur leichteren Einschraubung
Das Modell MCTB bietet zudem die einzigartige Möglichkeit, an ein und derselben Stelle Temperaturveränderungen sowie durch koaxialen Einbau einer Drucksonde auch die Drückveränderungen zu messen. Unsere Drucksonde M60-1 kann mit ihrem Gewinde in das Thermoelement eingeschraubt werden.
Finden die Experimente bei andauernd sehr hohen Temperaturen statt, beginnt nach einiger Zeit die Oberfläche zu oxidieren und das Signal verschwindet. Die Messdauer beträgt für den Typ E bei Temperaturen von 615°C ca. 35 Minuten, bei 715° etwa 8 Minuten. In diesen Fällen kann durch erneutes Anschleifen der Sensoroberfläche das Thermoelement wieder renoviert werden. Dadurch erhalten sie eine nahezu unbegrenzte Haltbarkeit.
Was das bisherige gesagte angeht, so sind die Sensoren sowohl mit der konvektiven als auch mit der Wärmestrahlung konfrontiert. In den Messungen misst man jeweils die Summe beider Wärmeanteile.
Möchte man nur den Wärmestrom der Wärmestrahlung bestimmen, bieten wir eine entsprechende Sonderbauform am. In dieser wird das geschwärzte Thermoelement hinter einem Fenster aus ZnS-Glas platziert. Zu direkten Einbau liefern wir die Einbauadapter gleich mit.
Technische Daten
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Thermoelement: |
Typ E (als Sonderanfertigung ist auch Typ K möglich) |
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Material: |
Typ E: Chromel – Constantan (Zentrum), koaxial |
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Typ K: Chromel – Alumel (Zentrum), koaxial |
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Temperaturbereich: |
Typ E: - 200 bis 900 °C |
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Typ K: - 200 bis 1170°C |
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Empfindlichkeit: |
0,5 K ist die kleinste messbare Temperaturänderung |
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Wärmestrom: |
20 KW/m² bis 20 MW/m² |
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Haltbarkeit ohne Renovierung für Typ E: |
Raumtemperatur: Monate, 615°C: 35 Minuten, 715°C: 8 Minuten |
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Ansprechzeit: |
3 μs |
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√ ρ c k: |
ca. 9000 W √s/m²K |
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Maße: |
MCT 19: d = 1,9 x 26 mm |
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MCT 36: d = 3,6 mm x 17 mm |
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MCTB 48: d = 4,8 x 25 mm |
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Sensor MCT 19, 36 und 48 kann im Bereich ihres Durchmessers 1,9, 3,6 und 4,8 mm gekürzt werden |
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Durchmesser: |
1,9, 3,6 und 4,8 mm |
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Empfindlichkeit: |
Typ E: ca. 63 μV/K, (s. IEC-584 T1), kalibriert |
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Typ K: 39.9 μV/K, kalibriert |
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Empfindliche Spitze: |
kann beliebig der Oberfläche angepasst werden |
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Besonderheiten: |
Das Thermoelement MCTB 48 besitzt eine zentrale d = 0,8 mm große Bohrung zum Anschluss einer Drucksonde mit Durchmesser 1,9 mm z.B. Kulite XCQ-080 oder Müller M60-1) |
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Anschluss: |
2 m Hochtemperaturkabel mit BNC pos. |
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Verstärkung: |
Mit unseren Verstärkern MFA 1000 oder MVA 10 |
Artikel-Nr. 100-001-0: HFC Programm zur Berechnung des Wärmestroms
Artikel-Nr. 100-001-1: MCT 19, Typ E, Durchmesser 1,9 mm
Artikel-Nr. 100-001-2: MCT 36, Typ E, Durchmesser 3,6 mm
Artikel-Nr. 100-001-21: Sonderversion inkl. Adapter für MCT 19 zur Messung des Gesamtwärmefluss
Artikel-Nr. 100-001-22: Sonderversion inkl. Adapter mit ZNS Fenster zur Bestimmung des Stahlungswärmefluss
Artikel-Nr. 100-001-3: MCTB 48, Durchmesser 4,8 mm mit koaxialer Bohrung für Drucksonde M60-1 (100-201-2)
Artikel-Nr. 100-001-7: Aufpreis kurzes Kabel 20 cm plus 2 m Verlängerung
Artikel-Nr. 100-001-8: Aufpreis für Version mit Gewinde M2, M3,5 oder M5
Artikel-Nr. 100-001-9: Aufpreis für Version Typ K
Sonderanfertigungen mit Gewinde (-8) oder kurzem Kabel (-7) gegen Aufpreis möglich
Beispielanwendungen
Wärmeflussmessung am Modell der Raumfähre Hermes [PDF, 163 KB]
Veröffentlichungen
Olivier H.:
Thin Film Gauges and Coaxial Thermocouples for Measuring Transient Temperatures
Olivier H., Grönig H.:
Instrumentation Technique of Aachen Shock Wave Tunnel - ICIASF 1995a3
Hans-Jürgen Fahl:
The Validation of the Explosive Fumes Dynamics in Rooms
Sensitivity of the Coaxial Thermocouple MCT
corresponding to IEC 584 T1 for Type E
Download
- Prospekt Koaxiale Thermoelemente MCT [PDF, 581 KB]
- Heat Flux Calculator – HFC [PDF, 752 KB]