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TU Berlin

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Oberflächenverfahren

Delta-Oberflächenhitzdrähte

Bild 1: Layout eines Delta-Oberflächenhitzdrahtsensors
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Eine Erweiterung der klassischen Wandhitzdrahttechnik stellen Delta-Oberflächenhitzdrähte dar. Hierbei werden drei einzelne Wandhitzdrähte in einer Dreiecksanordnung zu einem gemeinsamen Sensor kombiniert. Zusätzlich sind die Vertiefungen unterhalb der Einzelhitzdrähte asymmetrisch ausgeführt (Bild 1).
Hierdurch unterscheidet sich die lokale Umströmung bzw. die Signalantwort der Hitzdrähte, je nachdem von welcher Seite der Vertiefung sie angeströmt werden. Aufgrund der außerdem grundsätzlich vorhandenen starken Anströmwinkelab- hängigkeit von Hitzdrähten sind Delta-Oberflächenhitzdrähte in der Lage, Wandschubspannungen sowohl betrags- als auch richtungsmäßig eindeutig zu bestimmen, und zwar bei einem Winkelmessbereich von 360°. Dies setzt allerdings eine aufwändige Kalibrierung voraus, die in Bild 2 für einen einzelnen Wandhitzdraht dargestellt ist. Als Referenz kommt dabei eine hochempfindliche Wandschubspannungswaage zum Einsatz, mit deren Hilfe die Wandschubspannung über eine direkte Kraftmessung ermittelt werden kann.

Bild 2: Wandschubspannungskalibrierung eines Einzelhitzdrahtes
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Bild 3: Identifikation des Wandschubspannungsvektors
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Bei einer Messung werden aus den Kalibrierungen die der jeweils gemessenen elektrischen Spannung zugeordneten möglichen Kombinationen aus Wandschubspannungsbetrag und  richtung für die drei Hitzdrähte ermittelt. Unter der Voraussetzung, dass alle drei Hitzdrähte eines Delta-Sensors derselben Wandschubspannung ausgesetzt sind, ergibt sich der Wandschubspannungsvektor aus dem gemeinsamen Schnittpunkt der auf diese Weise ermittelten Kurven.

Bild 4: Linienarray aus 14 Delta-Oberflächenhitzdrähten
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Bild 5: Untersuchung der Wandschubspannungsverteilung an einem Zylinderstumpf
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Das Verfahren wird bei der Untersuchung von Zylinderstumpfumströmungen eingesetzt Hierbei kommt z.B. ein Linienarray aus 14 Delta-Oberflächenhitzdrähten zum Einsatz (Bild 4), das wandbündig in einen Drehteller integriert wurde (Bild 5).
Durch Rotieren des Tellers kann der gesamte Wandbereich um den Zylinder messtechnisch erfasst werden. Die Wandschubspannungsverteilung lässt typische Phänomene einer Zylinderumströmung, wie zum Beispiel den Hufeisenwirbel vor dem Zylinder sowie die seitlichen Scherschichten und den Bereich der abgelösten Strömung erkennen (Bild 6).

Bild 6: Wandschubspannungsverteilung auf dem Drehteller
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