TY - CHAP A1 - Hartmann, Jürgen A1 - Zipf, Matthias A1 - Manara, Jochen A1 - Stark, Thomas A1 - Arduini, Mariacarla A1 - Ebert, Hans-Peter T1 - Berührungslose Temperaturmessung an Verbrennungsgasen bei hohen Temperaturen und hohen Drücken T2 - 20. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2019 N2 - Stationäre Gasturbinen sind von großer Bedeutung für die heutige Energieversorgung. Der Wirkungsgrad einer Gasturbine steigt mit zunehmender Heißgastemperatur an. Turbinenhersteller bzw. Kraftwerksbetreiber sind daher bestrebt, Turbinen bei der höchsten materialtechnisch möglichen Heißgastemperatur einzusetzen. Eine entsprechende Prozessoptimierung des Turbinenbetriebs setzt somit die exakte Kenntnis der Gastemperaturen während des Betriebs und damit eine verlässliche Messung derselben voraus. Zur Messung der Gastemperatur werden derzeit in der Regel Thermoelemente unmittelbar im Abgasstrom platziert. Aufgrund der dort vorherrschenden extremen Bedingungen degradieren diese Sensoren allerdings sehr schnell. Ein alternativer Ansatz sieht die Entwicklung eines berührungslosen Messverfahrens auf der Grundlage von Strahlungsthermometern vor. Für die Umsetzung dieses Vorhabens ist die genaue Kenntnis des Verhaltens der infrarot-optischen Emissions- und Transmissionsspektren der im Abgasstrom enthaltenen Gase bei hohen Temperaturen und Drücken eine wesentliche Voraussetzung. Aus diesem Grund wurde am ZAE Bayern eine Hochtemperatur-Hochdruck-Gaszelle entwickelt, die es in Verbindung mit einem FTIR-Spektrometer erlaubt, Gase und Gasgemische hinsichtlich dieser Gesichtspunkte zu charakterisieren. In dieser Arbeit wird die neue Messapparatur vorgestellt und Gasgemische, die für die Turbinenanwendungen relevant sind, werden analysiert. Zur Identifizierung eines geeigneten Wellenlängenbereichs für die geplante berührungslose Temperaturmessung wurden erste Messungen durchgeführt, auf deren Grundlage ein adäquater Wellenlängenbereich ermittelt werden konnte. Y1 - 2019 UR - 10.5162/sensoren2019/2.4.2 SN - 978-3-9819376-0-2 SP - 183 EP - 190 ER - TY - CHAP A1 - Hartmann, Jürgen A1 - Manara, Jochen A1 - Zipf, Matthias A1 - Stark, Thomas A1 - Knopp, Kevin A1 - Zänglein, Marc A1 - Schreiber, Ekkehard A1 - Schmidt, Franz A1 - Brunner, Martin A1 - Müller, Michael T1 - Experimental set-up for dynamic material investigation at high temperatures T2 - Sensors and Measuring Systems; 19th ITG/GMA-Symposium N2 - Energy efficiency and operation safety in energy conversion, process technology, and aerospace engineering requires advanced material investigation, in particular at high temperatures to characterize the materials and components. Additionally, modern additive manufacturing methods, in particular the 3D metal laser printer requires a detailed control of the melting temperature. Many applications are based on a layered structures, e.g. thermal barrier coatings in gas turbines. Also components manufactured by additive manufacturing pose a layered structure. In these structures the mechanical contact between the layers and to the substrate is of high interest. Besides, the complete characterisation of the additive manufactured component is important for its later application. To cope with these new demands, the University of Applied Sciences Wuerzburg - Schweinfurt (FHWS) and the Bavarian Center for Applied … Y1 - 2018 UR - https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8436229 SN - 978-3-8007-4683-5 SP - 516 EP - 519 PB - VDE Verlag ER - TY - JOUR A1 - Hartmann, Jürgen A1 - Manara, Jochen A1 - Stark, Thomas A1 - Zipf, Matthias A1 - Arduini, Mariacarla A1 - Ebert, Hans-Peter A1 - Tutschke, Andreas A1 - Hallam, Andrew A1 - Hanspal, Jagdevinder A1 - Langley, Mark T1 - Entwicklung und Test eines langwelligen Strahlungsthermometers zur berührungslosen Temperaturmessung in Gasturbinen während des Betriebs JF - tm - Technisches Messen N2 - The aim of this work was the development of a long wavelength infrared radiation thermometer for the non-contact measurement of surface temperatures in stationary gas turbines during operation within the EU-project „Sensors Towards Advanced Monitoring and Control of Gas Turbine Engines (acronym STARGATE)“. In this work, the infrared-optical properties of the thermal barrier coatings and the combustion gases were determined at ZAE Bayern at high temperatures up to 1600 K and pressures up to 13 bar. Based on these experimental characterizations, a suitable spectral range could be identified which lies around 10 μm for the long-wavelength infrared radiation thermometer. According to these findings, a laboratory setup with suitable optical components (filters, IR-fibers, etc.) was firstly realized and verified. Subsequently, a prototype for measurements in gas turbines during operation of the turbines has … N2 - Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Entwicklung eines langwelligen Strahlungsthermometers zur berührungslosen Messung von Oberflächentemperaturen in stationären Gasturbinen während des Betriebs der Turbinen innerhalb des EU-geförderten Projektes „Sensors Towards Advanced Monitoring and Control of Gas Turbine Engines (Acronym STARGATE)“. Im Rahmen der Arbeit wurden die infrarot-optischen Eigenschaften der Wärmedämmschichten und der vorhandenen Brenngase am ZAE Bayern bei hohen Temperaturen bis 1600 K und Drücken bis 13 bar bestimmt. Mit Hilfe dieser experimentellen Charakterisierungen konnte ein geeigneter Spektralbereich um 10 μm für das langwellige Strahlungsthermometer identifiziert werden. Entsprechend dieser Erkenntnisse wurde zunächst ein Laboraufbau mit geeigneten optischen Bauteilen (Filter, IR-Wellenleiter, etc.) realisiert und verifiziert. Anschließend wurde ein Prototyp für Messungen in Gasturbinen während des Betriebs der Turbinen entwickelt und in einem Turbinenteststand der Firma Siemens AG in Berlin erfolgreich getestet. Abschließend wurde eine Unsicherheitsanalyse durchgeführt, die eine erweiterte Messunsicherheit der gemessenen Temperaturen von etwa ± 30 K ergab. T2 - Development and test of a long wavelength infrared radiation thermometer for non-contact temperature measurements in gas turbines during operation KW - Berührungslose Temperaturmessung KW - Strahlungsthermometrie KW - Wärmedämmschicht KW - Gasturbine KW - Emissionsgrad KW - Infrarot-Strahlung KW - Non-contact temperature measurement KW - radiation thermometry KW - thermal barrier coating KW - gas turbine KW - emissivity KW - infrared radiation Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/https://doi.org/10.1515/teme-2017-0077 VL - 85 IS - 1 SP - 28 EP - 39 PB - Oldenbourg Wissenschaftsverlag CY - Berlin/Boston ER - TY - CHAP A1 - Hartmann, Jürgen A1 - Manara, Jochen A1 - Zipf, Matthias A1 - Stark, Thomas A1 - Arduini, Mariacarla A1 - Ebert, Hans-Peter A1 - Tutschke, Andreas A1 - Hallam, Andrew A1 - Hanspal, Jagdevinder A1 - Langley, Mark T1 - Development and validation of a long wavelength infrared (LWIR) radiation thermometer for contactless temperature measurements in gas turbines during operation T2 - EVI-GTI and PIWG Joint Conference on Gas Turbine Instrumentation N2 - A collection of slides from the author's conference presentation is given. The presentation introduces the infrared-optical characterization of thermal barrier coatings and the development of LWIR pyrometer for measuring temperature in an operating gas turbine. The test facility for evaluating the LWIR pyrometer is also presented. This presentation includes the experimental setup for LWIR calibration and measurement. Y1 - 2016 UR - https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7827904 SP - 1 EP - 26 PB - IET ER - TY - JOUR A1 - Hartmann, Jürgen A1 - Zipf, Matthias A1 - Manara, Jochen A1 - Stark, Thomas A1 - Arduini, Mariacarla A1 - Ebert, Hans-Peter T1 - Infrared-optical characterization of emitting and absorbing gases at high temperatures and high pressures JF - High Temperatures – High Pressures N2 - In the context of the optimization of stationary gas turbines, the surface temperatures of the turbine blades have to be measured by a non-contact technique using radiation thermometers during operation of the turbine. Nowadays turbine blades are protected by thermal barrier coatings. The infrared-optical properties of these coatings require the usage of the MIR or LWIR region for non-contact measurement of the surface temperatures. For performing such measurements and for properly analyzing the derived data, the transmission and absorption spectra of the combustion gas mixture within the turbine were determined at the local conditions during operation of the turbine. Therefore, subject of this work is the measurement of the transmission spectra of carbon dioxide and water vapor at high temperatures and high pressures to identify a wavelength range, which is almost free of absorption and emission effects. In … Y1 - 2018 VL - 47 IS - 1 SP - 3 EP - 21 ER - TY - CHAP A1 - Hartmann, Jürgen A1 - Manara, Jochen A1 - Arduini, Mariacarla T1 - A Novel Approach for Non-Destructive Testing of the Adhesion of Thermal Barrier Coatings N2 - The operation temperatures of gas turbine engines have been increased significantly to optimize their efficiency factor. To protect the metallic blades from these high temperatures, thermal barrier coatings (TBCs) are applied onto the turbine blades. These layers must have a good adhesion to the supporting turbine blade. A poor adhesion may lead to a delamination of the layer during operation and finally to a destruction of the turbine blade and eventually the complete turbine. It is therefore necessary, to check the quality of the layer adhesion regularly during service or preferably during operation. Approaches for non-contact and nondestructive techniques by using optical or infrared radiation are not sophisticated up to now. Hence in this paper a new attempt to improve these optical or infrared-optical methods is described. The presented idea relies on the application of different wavelengths for the used measurement system. Using a short wavelength range, where the TBC is semitransparent, allows the measurement of the temperature of the turbine blade. Using a second, long wavelength range where the TBC is non-transparent, the temperature of the surface of the TBC can be determined. As the thermal contact is usually correlated with the mechanical adhesion such measurements can be a possible tool for nondestructively testing the adhesion of TBCs. Y1 - 2016 UR - https://www.researchgate.net/profile/Juergen_Hartmann3/publication/309291712_A_Novel_Approach_for_Non-Destructive_Testing_of_the_Adhesion_of_Thermal_Barrier_Coatings/links/5ec230b2458515626cb0b295/A-Novel-Approach-for-Non-Destructive-Testing-of-the-Adhesion-of-Thermal-Barrier-Coatings.pdf SP - 12 EP - 13 PB - The Future of Gas Turbine Technology ; 8 th International Gas Turbine Conference CY - Brüssel (Belgien) ER - TY - CHAP A1 - Hartmann, Jürgen A1 - Manara, Jochen A1 - Mehling, H. T1 - The role of the index of refraction in the generation and propagation of blackbody radiation BT - Tempemko 2013 Y1 - 2013 CY - Funchal (Portugal) ER - TY - CHAP A1 - Hartmann, Jürgen A1 - Manara, Jochen A1 - Ebert, Hans-Peter A1 - Lenhart-Rydzek, M. A1 - Tutschke, Andreas A1 - Hallam, Andrew T1 - LWIR pyrometry for the measurement of thermal barrier coatings within the EU project STARGATE BT - Tempmeko 2013 Y1 - 2013 ER - TY - CHAP A1 - Hartmann, Jürgen A1 - Lenhart-Rydzek, M. A1 - Stark, Thomas A1 - Arduini-Schuster, Mariacarla A1 - Manara, Jochen T1 - Enhanced measuring technique to determine the angle dependent surface emittance from 200 °C up to 1600 °C BT - Tempmeko 2013 Y1 - 2013 CY - Funchal (Portugal) ER - TY - CHAP A1 - Hartmann, Jürgen A1 - Manara, Jochen A1 - Stark, Thomas A1 - Zipf, Matthias A1 - Arduini, Mariacarla A1 - Schreiber, Ekkehard A1 - Krüger, U. T1 - Experimental set-up for dynamic material investigation BT - European Conference on Thermophysical Properties 2017 Y1 - 2017 CY - Graz (Österreich) ER -