Geoscience Reference
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Fluggeschwindigkeitsmessung eingesetzt. Für Messungen in offenen Gerinnen
wurde es bisher vorwiegend in wasserbaulichen Versuchsanstalten angewandt.
Ob durch den Einsatz moderner Messtechnik (Differenzdruck-Transmitter) der
bisherige Nachteil der zeitraubenden und komplizierten Ablesung entfällt und da-
durch in naher Zukunft Staurohre im gewässerkundlichen Messwesen routinemäßig
zum Einsatz kommen, bleibt abzuwarten.
4.5.10
Thermische Strömungssonden
4.5.10.1
Messprinzip
Bei den Geschwindigkeitsmessern auf thermischer Grundlage (auch „thermische
Durchflussmesser“ genannt) wird die Temperatur als Messgröße genutzt Wöhr
(
1960
). Außer dem Hitzdraht gehören nach Bonfig (
2002
) zu dieser Gruppe die
Thermosonden, die Kaltleiter- und Heißfilmanemometer, das Aufheiz- und das
thermodynamische Verfahren. Die Hitzdrahtmethode wird als einzige jedoch zur
Wassermengenmessung eingesetzt und soll daher hier kurz vorgestellt werden.
Strömt Wasser an einem elektrisch beheizten Metalldraht (z. B. Platin, Wolfram)
vorbei, wird dieser abgekühlt. Die Wärmeabgabe bzw. die Temperaturänderung ist
ein Maß für die Geschwindigkeit des vorbeiströmenden Mediums. Die Temperatur-
änderung des Hitzdrahtes verursacht eine Änderung seiner Wärmeleitfähigkeit, die
wiederum mit Hilfe einer Wheatstoneschen Brücke mit hoher Genauigkeit gemes-
sen werden kann.
Das von L. V. King im Jahre 1914 abgeleitete und nach ihm benannte Gesetz
(s. Bruun
1995
, Bonfig
2002
) beschreibt grundlegend die Wärmeübertragung von
einem beheizten Sensor in eine inkompressible Strömung:
·
v
1
/
n
)
(
T
S
(4.27)
U
a
=
(
A
+
B
·
ρ
−
T
F
)
mit
U
a
= Ausgangsspannung des Hitzdrahts [V, mV]
A
,
B
= Konstanten abhängig von der spezifischen Wärme, Wärmeleitfähigkeit etc.
des Messmediums Wasser [-]
= Dichte des strömenden Mediums [kg/m
3
]
ρ
v
= Strömungsgeschwindigkeit [m/s]
= Exponent mit Werten zwischen 2-2,5 bei
R
e
[0,1; 10
5
]
n
T
S
= Sensor-Temperatur [°C]
T
F
= Fluid-Temperatur [°C].
Dies bedeutet, dass ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen der Ausgangsspan-
nung des Hitzdrahts und der Strömungsgeschwindigkeit besteht und dass diese ab-
hängig ist vom Temperaturunterschied zwischen Metalldraht und Messmedium.
Daraus lässt sich vereinfacht und für die praktische Arbeit bewährt ableiten:
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