DE1650067C - Funktionsgenerator - Google Patents

Description

Diü Erfindung bcirillt einen Funktionsgenenttor zur Erzeugung mathematischer Funktionen mit zwei veränderlichen üingangsgrölien, bei dem ein von einer Quelle konstanten Druckes gespeister, ublcnk« barer Strahl eines strömenden Mediums gegen eine zur Aufnahme des Mediums bestimmte Aiifflingervorrichtung gerichtet ist, die eine Mehrzahl Aufl'iinger umfaßt, welche mehrere in einer Ebene liegende Reihen bilden.

Hei solchen Funktionsgeneratoren bzw. Vcrstärkern für strömende Medien ist es bekannt (schweizerische I'nlenlschrift 425 289), den ablenkbaren Strahl mittels zweier Steuerslrahlcn abzulenken, die senkrecht zum ablenkbaren Strahl mikI senkrecht /ueinander angeordnet sind. Während die erste Ablenkung in Richtung der in Reihe angeordneten Auffänger erfolgt, bewirkt die zweite Ablenkung, diiß der Strahl die Auffängervorrichtung mehr oder weniger voll trilit. Da der dynamische Druck von der Strahlmitte nach der Seite nach außen eine Funktioii dieses Seitenabstandes ist und mit dem ' axialen Abstand von der Düse abnimmt, ist der an den Auffängern gemessene Druck eine Funktion der Ablenkungen durch die beiden Steuerstrahlen, die in Abhängigkeit von zwei unabhängig voneinander veränderlichen Eingangsgrößen gesteuert werden können. Ferner bestimmt die Weite des Auffängers üci\ mittleren dynamischen Druck, welcher durch dcn Auffänger zurückgewonnen wird. Die Änderung des mittleren Druckes ist auf eine Seitenverschiebung des Strahles zurückzuführen, die umgekehrt mit der Weite des Auffängers variiert. Dadurch kann mit Auffängern unterschiedlicher Weile ebenfalls in der Strahlablenkung entsprechender Druck an der Auffängervorrichtung erzeugt werden.

Der bekannte Verstärker hat den Nachteil, daß die Auffängervorrichtung nur von einem Teil des ablenkbaren Strahles mit unterschiedlicher Wirkung getroffen wird und damit nur ein Teil zur Messung ausgenutzt wird, so daß die Erfassung der Ausgangsgröße meßtechnisch sehr schwierig ist. Außerdem bewirken kleine Fehler in d ,r Ablenkung des Strahles und fertigungsbedingte sowie zeitweise auftretende Störungen der Strahlausbildung große Abweichungen im Ergebnis.

Es ist ferner bekannt (USA.-Patentschrift 3 004 547), bei einem digital arbeitenden Verstärker für strömendc Medien den Strahl bis kurz vor der Auffängervurrichtung in einem schwenkbaren Strahlrohr zu führen, das mittels Steuerstrahlen abgelenkt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden und einen mögiichst kompakten Funktionsgenerator zu schaffen. Sie wird bei einem Funktionsgenerator der eingargs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Auffängervorrichtung eine zwischen zwei Haupträumen eines Gehäuses angeordnete Trennwand ist, die dicht gebüiulelt verlaufende, enge, laminare Strömung gcwährlcistcnde Kanäle unterschiedlicher Länge aufweist, wobei tdiese Kanäle eine ihrer Lage in einem rechtwinkligen Koordinatensystem entsprechende Länge aufweisen, und daß die Abströmimg aus dem von dem ablenkbaren Strahl durchquerten Raum gedrosselt im Sinne der Aufrechterhaltung eines gewünschten Druckes erfolgt, während der Raum jenseits der Trennwand mit dem Eingang einer Druckmeßeinrichlung in ständiger Verbindung steht und der Querschnitt des Strahles klein gegenüber der gesamten von clon Knnlllen in der Trennwand eingenommenen Flüche ist.

Die Wirkung des erilndungsgemllßen Funktionsgenerutois beruht darauf, daß je nach dem Ausmaß

der Auslenkung des Flllssigkeitsstruhles aus einer Grundstellung heraus dieser Strahl auf mehr oder weniger lunge Dtirchllußkunüle in der Trennwund trilit. Die durch diese Kanüle an der Auftreffstelle des Strahles in den zweiten Raum strömende und

ίο anschließend durch die unbeaufschlugten Kanüle zurückströmende Flüssigkeit erzeugt grundsätzlich eine Drucksteigerung in diesem zweiten Raum, deren Ausmaß ubhüngig ist von der Länge der Oinströmkanälc und dem für die Rückströmung insgesamt zur Verfügung siehenden Querschnitt. Wird somit die Auftreffstelle des Strahles aus irgendeiner Zone in eine Zone längerer Durchflußknnüle verlagert, so sinkt der Druck im Raum hinter der Trennwand, bzw. er steigt an, wenn die Verlagerung

der Auftreffstelle in eine Zone kürzerer Durchflußkanäle erfolgt. Daß das Ausmaß der Druckänderungen unter der Voraussetzung, daß die Kanäle laminare Diirehströmbedingungen gewährleisten und der Strahlquerschnitt klein ist im Verhältnis zum Gesamtdureh'iaßqucrschnitt der Kanäle, unabhängig von der Viskosität der Flüssigkeit vornehmlich durch die Länge der Durchflußkanäle bestimmt wird, läßt sich durch eine einschlägige Rechnung leicht nachweisen. Jeder möglichen Kombination der strahlablenkenden Eingangsgrößen y und χ ist somit eine bestimmte Auftreffstelle des Strahles zugeordnet. Dabei trifft stets der gesamte Strahl die Auffängervorrichtung, die erfindungsgemäß in zwei Richtungen durchströmt wird und dadurch sehr kompakt gehalten werden kann. Da ferner der Druck hinter der Auffängervorrichtung in erster Linie von der Länge der getroffenen Kanäle abhängt, die aber von äußeren Einflüssen unabhängig ist, ist die Ausgangsgröße meßtechnisch leicht und genau zu erfassen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung tritt der ablenkbare Strahl nahe vor der Auftreffstelle aus einem verschwenkbaren Rohr aus, wobei zweckmäßig die Halterung des Rohres an der der durchbrochenen Trennwand gegenüberliegenden Wand des von ihm durchquerten Raumes über ein biegeelastisches Glied (Federbalg oder dünnwandiges Rohrstück) erfolgt. Das Verschwenken des Strahlrohres kann durch auf Änderungen der Eingangsdrücke ansprechende Federbälge oder Dosenpakete erfolgen.

Die Zeichnung zeigt drei Ausführungsbeispiele der Erfindung.

A b b. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Funktionsgenerator mit einem der Auslenkung durch die Eingangsgrößen x, y ausgesetzten Strahlrohr;

A b b. 2 stellt einen Schnitt durch den Funktionsgenerator nach A bb, 1 nach der Linie II-II dar;

Abb. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Funktionsgenerator mit einem nachgeschalteten Fluidic-Verstürker;

A b b. ■! veranschaulicht eine Ausführung, bei der der abzulenkende Flüssigkeitsstrahl den ihm zugeordneten Raum ganz durchquert und durch zwei flache Steuerstrahl umgelenkt wird;
A b b. 5 stellt einen Schnitt durch den Funktionsgenerator nach Abb. 4 nach der Linie III-II1 dar;

Die Abb. 6 und 7 zeigen Aufbaumöglichkeiten für das Kanalbündel in der Trennwand.

Der in Abb. I schematise!! im Schnitt dargestellte

und vornehmlich der Veranschaulichung des ErDndungsgedankens dienende Funktionsgenerator besteht im wesentlichen aus einem Gobliuse 6, das durch eine Wand 9 in zwei Haupt rUumo 7 und 8 aufgeteilt ist, einem durch die Wand 10 vom Raum 7 getrennten Raum Il sowie aus einem im Raum 7 schwenkbar angeordneten Strahlrohr 12. Der Raum Il steht über die Leitung 13 mit einer nicht gezeichneten Flüssigkcitsquelle konstanten Druckes l\ in stündiger Verbindung.

Durch eine nicht gezeichnete Einrichtung wird der Druck V₁₁ im Raum 7 über eine Leitung 14 ebenfalls konstant gehalten. (Diese Einrichtung kann jedoch entfallen, wenn als Bezugsdruck V₁, der Atmosphärendruck geeignet ist.) Der Raum 8 schließlich, in dem der als Ausgangsgrüße anzusprechende Druck P₂ herrscht, steht über die Leituns 15 mit dem Eingang einer Einrichtung zur Messung des Drukkcs P₁ in ständiger Verbindung. Das Strahlrohr 12 ist an der die Räume 7 und Il voneinander trennenden Wand K) über ein dünnes Wellrohr 16 so nachgiebig gehalten, daß zu seiner Verschwenkung nur sehr geringe Kräfte erforderlich sind. Die Flüssigkeit tritt aus dem Raum 11 durch die Wand 10 und das dünne Wellrohr 16 in das Strahlrohr 12 ein, das quer durch den Raum 7 auf eine als Trennwand 9 ausgebildete, eng gebündelt eine große Anzahl von engen Kanälen

17 von unterschiedlicher Länge aufweisende Auffängervorrichtung 18 von insgesamt quadratischem Querschnitt mit der Fläche F = e-c (Abb. 2) gerichtet ist. Aus dem Strahlrohr 12 tritt die unter dem Punkt P,_s stehende Flüssigkeit dicht vor dem Körper

18 mit einem Strahl kleinen Querschnitts F_s(r aus, der klein sein soll gegenüber der Fläche F der Auffängervorrichtung 18. In der Auffängervorrichtung 18 sind die Kanäle 17 so angeordnet, daß von einem Bezugspunkte (Abb. 2) aus in vertikaler Richtung nach oben, d. h. in der der Eingangsgröße y zugeordneten Verstellrichtung, die Länge der Kanäle 17 zunimmt und in horizontaler Richtung (x) nach rechts abnimmt. Es ist also so, daß bei jeder Auslenkung des Flüssigkeitsstrahles um einen Weg S₁, in vertikaler und S_x in horizontaler Richtung der Strahlkern auf einen Kanal 17 bestimmter Län^e trifft. Jeder Auftreffstelle ist damit letzten Endes eine bestimmte Auslenkung des Strahlrohres 12 aus der dem Bezugsauftreffpunkt 0 (Abb. 2) entsprechenden Grundstellung heraus zugeordnet. Die Ablenkung des Strahlrohres erfolgt grundsätzlich durch die Eingangsgrößen χ und y, die am Hebelarm α vom Schwenkpunkt des Rohres 12 an diesem angreifen, und zwar y in vertikaler und .v in horizontaler Richtung.

Die Wirkungsweise ist folgende: Der Flüssigkeitsstrahl trifft bei irgendeiner Auslenkung mit seinem Querschnitt F_slr auf die linke Seite der Auffängervorrichtung 18 auf und bewirkt, daß durch den an der Auftreffstelle entstehenden Überdruck, der bei kurzer Strahllänge nahezu den Wert V_s-V_ü annimmt, eine Durchströmung der im Bereich der Auftreffstelle liegenden Kanäle 17 in den bereits uüssigkeitsgeHiilten Raum 8 hinein eiiolgt. Da aus dem Raum 8 praktisch keine Flüssigkeit durch die Leitung 15 abströmen soil, wird bei dem geschilderten Vorgang Flüssigkeit durch die nicht vom Strahl beaufschlagten Kanäle der AufliingervorrichUing 18 in ύνη Raum 7 hinein verdrängt. Dies hat eine Drucksteigerung vom Ausmaß V₂-V₀ zur Folge, die um so größer ist, je mehr Flüssigkeit in der Zeiteinheit in den Raum 8, übertritt, letzten Endes also bei konstanter Differenz P^-P₀ eindeutig abhängig ist von doi ausgemittellen LUnge der an der Durchströmung

in Richtung Raum 8 beteiligten Kanüle. Die Druckdifferenz V₁-V₁₁, die die Ausgangsgrüße ζ des Funktionsgenerators darstellt, ist also eine Funktion der die Strahlauslenkung bewirkenden Eingangsgrößen χ und y. Der Funktionswert ζ ist offenbar um so ge-

nuuer, je kleiner die Querschnittsabmessungen der

Kanille gegenüber den maximal auftretenden Werten

von S_x und S₁, sind und je besser die Drücke l\ und /'„ konstant gehalten werden.

Der Funktionsgenerator gemäß Abb. 3 entspricht

im Aufbau grundsätzlich dem Generator nach Abb. 1, Der Steuerstrahl tritt wiederum aus einem nahezu den ganzen ihm zugeordneten Raum 19 durchquerenden Rohr 20 aus, dessen Verschwenkung in horizontaler und vertikaler Richtung durch von

ao den Eingangsgrößen λ: und y beaufschlagte Federbälge 21 erfolgt, von denen nur der horizontal verstellende Federbalg gezeichnet ist. Dem Funktionsgenerator nachgeschaltet ist über eine Laminar-Drossel 22 ein sogenannter Fluidic-Verstärker 28 zur

»5 Übertragung der Änderungen des AusgangsdrukkesPj. Die Nachschaltung eines solchen Verstärkurs empfiehlt sich deshalb, weil auch er keine Reibungsverluste erzeugenden bewegten Teile hat.

Die Besonderheit des in den Λ b b. 4 und 5 dargestellten Funktionsgenerators besteht darin, daß der Steuerstrahl 24 den ihm zugeordneten Raum 23 frei nahezu ganz durchquert und an seiner Wurzel, wie insbesondere A b b. 5 gut erkennen läßt, durch zwei Hache Flüssigkeitsstrahlen 25 und 26 abgelenkt wird.

A b b. 6 zeigt vergrößert ein Kanalbündel, das aus miteinander verlöteten oder verschweißten gewellten Blechen 27 aufgebaut ist.

A b b. 7 veranschaulicht eine andere Möglichkeit für den Aufbau des K-uialbündcls, wonach die gcwellten Bleche 27 miteinander verklebt sind.

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Funktionsgenerator zur Erzeugung maihematischer Funktionen mit zwei veränderlichen Eingangsgrößen, bei dem ein von einer Quelle konstanten Druckes gespeister, ablenkbarer Strahl eines strömenden Mediums gegen eine zur Aufnahme des Mediums bestimmte Auffängervorrichtung gerichtet ist, die eine Mehrzahl Auffänger umfaßt, welche mehrere in einer Ebene liegende Reihen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffängervorrichtung (18) eine zwischen zwei Haupträumen (7, 8) eines Gehäuses (6) angeordnete Trennwand (9) ist, die dicht gebündelt verlaufende, enge, laminare Durchströmung gewährleistende Kanäle (17) unterschiedlicher Länge aufweist, wobei diese Kanäle (17) eint- ihrer Lage in einem rechtwinkligen Ko-

fio ordinatensyslem entsprechende I auge aufweisen, und daß die Abströmung aus dem von dem ablenkbaren Strahl durchquerten Raum (7) gedrosselt im Sinne der .Aufrechterhaltung eines gewünschten Druckes (V₀) erfolgt, während der Raum (8) jenseits der Trennwand (9) mit dem Eingang einer Druckmcßeinrichlung in ständiger Verbindung steht und der Querschnitt des Strahles klein gegenüber der gesamten, von den Kanä-

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lcn (17) in der Trennwand (9) eingenommenen Fläche ist.

2. Funktionsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ablenkbare Strahl nahe vor der Trennwand (9) aus einem verschwenkbaren Rohr (12) austritt.

3. Funktionsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung des Rohres (12) an der der durchbrochenen Trennwand (9) gegenüberliegenden Wand (10) des von ihm durchquerten Raumes (7) über ein bicgcclastisches Glied (Wellrohr 16) erfolgt.

4. Funktionsgenerator nach den Ansprüchen 2 und 3, bei dem die Eingangsgrößen (.v, )') als Drücke auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschwenken des Strahlrohres (12) durch auf Änderungen der Eingangsdrücke ansprechende Federbälge (21) oder Dosenpakete erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen