Hochtemperatur IR-Thermographie (HT-IR)

Messgrößen

  • Temperatur

Prinzip

Jede Körperoberfläche emittiert eine ihrer Temperatur entsprechende elektromagnetische Strahlungsintensität vorwiegend im infraroten Wellenlängenbereich. Dieser Effekt wird bei der Infrarot-Thermographie zur Bestimmung der Oberflächentemperatur eines Körpers verwendet. Im lichtbogenbeheizten Windkanal in Köln- Porz (LBK) werden vorwiegend Hitzeschildkomponenten von Wiedereintrittsfahrzeugen bei Oberflächentemperaturen bis 2600°C getestet. In diesem Temperaturbereich können üblicheTemperatursensoren wie Thermoelemente, Widerstandsthermometer usw. keine ausreichende Genauigkeit gewährleisten. Daher ist die berührungslose Temperaturmessung mit einer IR-Kamera oder einem Pyrometer von großer Bedeutung. Da das Emissions- und Absorptionsverhalten des Hochenthalpieströmungsfeldes und der Messkammerkomponenten die Messungen beeinflussen, sind diese Effekte bei der Spezifikation des Spektralbereiches der IR-Kamera für Hochtemperaturanwendungen zu berücksichtigen. Die Bedienerfreundlichkeit der IR-Kamera, besonders im Hinblick auf die Sicherheit der LBK-Mannschaft beim Betrieb der Anlage in einem Hochspannungs- und Starkstromumfeld, ist bei der Auswahl ein wichtiges Kriterium. So wurde am LBK ein IR-System mit einem Bolometer-Detektor, der keine Zusatzkühlung benötigt, integriert. Das System arbeitet im Spektralbereich von 7.5-12 µm integriert.

Anwendung

Diese Technik wird bei nahezu allen Versuchen in den Hochenthalpieversuchsanlagen genutzt. Im Rahmen des TETRA-Programms, das experimentelle Untersuchungen von Spaltströmungen an einem Klappenmodell und die Qualifizierung von heißen Dichtungskomponenten an der Schnittstelle zwischen Nasenkappe und TPS-Kragen der X-38 beinhaltet, wurde die IR-Kamera erfolgreich eingesetzt. Bei den Messungen an einem HYFLEX-Kachelmodell von NASDA im Rahmen eines ESA-Auftrages wurde mit dem IR-System die Temperaturverteilung auf der Modelloberfläche gemessen und die Homogenität des konvektiven Wärmeflusses verifiziert. Die gemessene Temperaturverteilung der Modelloberfläche lieferte wichtige Daten für die Auslegung dieser Komponenten und die Validierung von Rechenverfahren. Während der Versuche zu dem IMENS Projekt dienten gemessene Temperaturverteilungen auf der Oberfläche als Referenzgrößen für die Weiterentwicklung der numerischer Modellierungsmethoden. Die Thermalschutzstruktur des Hyperschall-Flugexperiments SHEFEX wurde unter Einsatz der IR-Thermografie erfolgreich für den Flug qualifiziert.

Institut / Einrichtung

DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik

Kontakt

Dr.-Ing. Burkard Esser
DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik

Jochen Krampe
Technologiemarketing

Dr. Frank Holtmann
Technologiemarketing

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