DE1913544A1 - Messverfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Stroemungsgeschwindigkeit und Stroemungsrichtung eines Mediums - Google Patents

Description

• Messverfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Stromungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung eines Mediums.
• Beschreibung Zur Messung der Strömungsgesckwindigkeit der verschiedensten Medien sind u.a. Mcthoden bekannt, bei denen Nitzdrahtelemente oder Thermowiderstände benutzt werden. Diese Hitzdrahtanemoneter-Verfahren, die in den späteren Absclunitten dieser Beschreibung kurz aufgezählt werden, sind mit einer Reihe von Fehlern behaftet.
• Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung bedient: sich gleichfalls des Hitzdrahtelementes und des Thermowiderstandes, beruht aber nicht auf der Messung von Absolutwetten. Das bekannte Nitzdrahtelement wird hierbei lediglich zur M a r k i e r u n g (Impfung) des strömenden mediums benutzt. Die L a u f z e i t m e s s u n g dieser, mit dem nicht gekennzeichneten Medium, und ohne bedeutende Vermischung mit diesem dahin ströwenden tI e d i u m s q u a n t e n (5) ist ein Itass für die Strömungsgeschwindigkeit. Das Grundprinzip der neuen flethode ist aus Fig. I zu erschen. Der Kennzeichnungspunkt (2> wird von einem bekannten Hitzdrahtelemeint dargestellt. llicr werden in dem, in einem Leitungssystem, z.B. Rohr (1), fließenden Medium die dem Umfang nach eindeutig thermisch-begrenzt gekennzeichneten Abschnitte (5) gemäß der Neizimpulsdauer. erzeugt. Das in dieser Weise mit einer t t h e r.m i s c h e n Qu a n t-e 1 u n g " versehene Medium bewirkt am Meßpunkt, dargestellt in bekannter Weise durch einen Tbermowiderstand (3) 0. (4), die Umwandlung, des thermischen Kennzeichens oder Merkmals in eine elektrische-Potentialändctung (Impuls)~. Von diesem elektrischen Impuls sind bei der Neuerung für die Laufzextbestimmung folgende Größen nutzbar gemacht: Beginn oder Ende des Impulses, d.h. Erreichen oder Verlassen des Meßpunktes (3) 0. (4) durch das thermische Quant (5), hingegen der elektrische Absolutwert nicht zur Messung herangezogen wird. Es ist hieraus zu ersehen, daß Schwankungen der Grundtemperatur oder der Wichte des Mediums das Meßergebnis nicht beeinflussen.
• Bevor cin Ausführungsbeispiel der Neuerung, vor allem bezüglich der Messung mittels elektronischer Schaltung und Anzeige der integrierten Werte beschrieben wird, soll eine Betrachtung des Standes der Technik vorhergchen. Um das neue ltenverfahren, welches den Gegenstand der Anmeldung bildet, besser verstehen zu können, sollen vor allem 2 bekannte Meßmethoden näher erläutert werden, von denen die ine im wesentlichen auf der Anwendung von Thermofühlern basiert. Während das Grundprinzip mittels Thermofühlern (Thermowiderstände oder llitzdralltelemente) auf einer Messung rein k a 1 o r i m zu e t r i s c h e r Änderungen beruht und damit Absolutwerte ermittelt, bedient.sich die zweite Methode der sogenannten Q U A N ç N T E L U N G d.h. der Bildung und Zählung von Einzelquantenfolgen der mediums und deren Laufzeitbestimmung mit herkömmlichen Mitteln.
• Zu den kalorimetrischen Methoden zählen im wesentlichen folgende Verfahren, 1. 11 essung mit nur einem Thermowiderstand oder eine Nitzdrahtelement, wobei Verfahren mit konstant gehaltener Spannung oder konstantem elektrischen, Strom oder konstant gehaltener Temperatur bekannt sind.
• Um den Zustand der Konstanz bei strömendem Medium jeweils auf recht zu erhalten ist eine Kompensation nötig, deren Größe ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums darstellt.
• 2. Einem Hitzdrahtelement slnd ein oder mehrere Temperaturfühler strömungsmäßig nachgeordnet. Die in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit vom fließendem Mediun unterschiedlich auf und mitgenonmcne Wärmemenge wird vom Temperaturfühler gemessen z.H. mittels Brückenverstimmung (Absolutwerte).
• II. Bei der so genannten Methode der "Quantelung" bedient man sich 1. der stofflichen Kennzeichnung oder Markierung von Mediumsbereichen.
• Zu den bekannten Indikatoren für stoffliche Quantelung zählen bei Flüssigkeiten hauptsächlich chemische Stoffe, wie Salzlösungen oder radioaktive mittel (Isotopen) und Impfgase, meist Fremdgase mit guter Analysiergenauigkeit wie CO oder Stickoxydul für gasförmige Medien. Die Laufzeitbestimmung der stofflich geimpften Quanten geschicht durch entsprechende bekannte Methoden z.B. der messung der Sonzentrations- oder der Leitfähigkeitsänderung.
• 2. Ein weiteres bekanntes Verfahren ist die " d y n a m i s c h e Quantelung". Durch hydrodynamische Formgebung im Meßrohrabschnitt wird eine, mit eincr Präzession behaftete, Drallströmung hervorgerufen. Die Frequenz (U/T) mit der sich die einzelnen Mediumsballungen schraubenartig fortbewegen, wird mittels Thermowiderstandsänderung gemessen. Auftretende Temperatur- und . Wichteänderungen führen bei dieser Art der Z:illlung vorwärts rotierender periodischer "Schichtdickeänderungen" zu keinen Fchlergebnissen.
• Zur weiteren Beschreibung des Meßverfahrens welches den Gegenstand der vorliegenden Erfindung darstellt, dient das folgende Ausführungsbeispiel.
• Aus Fis, 1 ist die Meßanordnung bestehend aus dem Kennzeichnungspunkt mit Hitzdrahtelement (2) und je einem Meßpunkt mittels Thermofühler (3) und (4), untergebracht in einem gemeinsamen Rohr (1), zu sehen. Die Laufstrecke zu je einem der beidseitig des Hitzdrahtelementes (2) angeordneten ThermofUhler (3) und (4) ist mit 5" bezeichnet Vom Heizimpulsgenerator (7) werden Bit der Periode T Neizimpulse von der Größe 1 und der jeweiligen Dauer ti erzeugt, wobei der Temperaturregler (6? für die Konstanz der Neizimpulsleistung sorgt.Tritt eine Mediumsströmung in Richtung +c oder -c auf, so werden thermisch gekennzeichnete Ilcdiunsquanten (5) von räumlich begrenztem Umfang im Takt der Heizimpulsfrequenz erzeugt. Dic Thermofdhler (3) und (4) sind in einer Brückenschaltung (B) angeordnet. Von den thermischen Quanten (5) hervorgerufene Verstimmungen der Brückenzweige (3:9) oder (4:11), je nach Strömungsrichtung, haben am "elektronischen Schalter" (12) oder (13) ein elektrisches "Ein-Schalt-Signal" zur Folge. Dieses elektrische Signal bewirkt am "elcktronischen Schaltcr" (12) bzw. (13) das Schließen des Anzeigestromkreises, bestehend aus der Cleichspannungsquelle (14) dem Glättungsglied (15) und dem Anzeigeinstrument (16). Die Einschaltdauer dicses Stromkreises wird erst beendet, wenn der "clcktronische Schalter" (12) oder (13) durch den nächsten llcizimpuls direkt das "Aus-Schaltsignal" bekommt, Die Gesamtoinschaltdauer des An:eigestromkreises (14, 12, 15, 16) wird bestimmt zu Beginn durch das Eintreffen des thermischen Quants (5) am ThermofUhler (3) bzw. (4) und am Ende durch den folgenden ileizimpuis. Ist die Strömungsgeschwindigkeit des Mcdiu...s groß, eilt das Anfangsimpulssignal, durch das schnell gewanderte thermische Quant erzeugt, dem folgenden Heizimpulssignal mächtig voraus ; was lange Einschaltdauer bedeutet. Das Glättungsglied (15) sorgt fUr eine Integrierung der Rechteckimpulse, so daß die Anzeige am Instrument (16) ein Maß der Strömungsgeschwindigkeit ist.
• Sowohl der Brückenstromkreis wie der Anzeigestromkreis werden von einer stabilisierten Gleichspannung (14) versorgt. Das Anzeigegerät (16) besitzt zwei Meßbereiche, die einen gemeinsamen Nullpunkt haben, so daß der Zeiger analog der Strömungsrichtung +c bzw. -c in den zugeordneten Meßbereich ausschlägt Bei Betrachtung der in Fig. 1 enthaltenen Diagramme, insbesondere der Darstellung von T und T- Qt und Berücksichtigung der Länge "g" für die laufstrecke, ergibt sich für die Strömungsgeschwindigkeit c = a/At P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Meßverfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Strömmungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung eines Mediums durch die Messung der Laufzeit von gekennzeichneten Sediumsabschnitten, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß durch eine Markierung oder Impfung mit Wärme, begrenzte Mediumsabscimitte oder Quanten (5), z.B. mittels eines Mitzdrahtelementes (2),, erzeugt werden und diese "therischen Quanten". (5) ohne beeinträchtigende Vermischung mit dem übrigen strömenden Medium auf einen oder mehrere Thermoffihler (3) o. (4) zuwandern.
• 2. Meßverfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Markierungen des Mediums (5) durch Heizimpulse des Hitzdrahtelementes (2)'erfolgen und die thermisch gekennzeichneten Mediumsquanten (5) je nach Strömungsrichtung (+c oder -c) an den Meßpunkten (3) oder (4) Potentialänderungen hervorrufen.
• 3. Meßverfahren und Vorrichtung nach Anspruch | bis 2,dadurch gekennzeichnest, daa der Beginn oder das Ende des Durchlauf 5 der thermischen Mediumsquante (5) am Thermofühler (3) bzw. (4) durch Verstimmung der Brückenzweige 3-9 bzw. 4-11 am ekektronischen Schalter (12) oder (13) ein Signal hervorrufen, wodurch die Gleichspannungsquelle (14) mit dem Glättungsglied (15) und dem nachgeschalteten Anzeigegerät (16) verbunden wird.

Claims (1)

1. 4. Meßverfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer einer hergestellten, b-estehenden Verbindung von-der Gleichspannungaquelle (14) zum Glättungsglied (15) nicht von dem den Thcrmofühler (3) bzw. (4) passierenden Mediumsquant (5) abhängt, sondern erst der folgende Neizimpuls, durch die ständige direkte Verbindung vom Heizimpulsgenerator (7) zum elektronischen Schalter (12) bzw. (13) das Aus-Schaltsignal liefert und damit die Trennung zwischen Gleichspannungsquelle (14) und Glättungsglied (15) bewirkt

   5. Meßverfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß die Einschaltfolgcn "Ein" und "Aus" am elektronischen Schalter (12) bzw. (13) in dichtem, der Strömungsgeschwindigkeit äquivalenten periodischen Wechsel geschehen und die erhaltenen Gleichspannungs-Rechteckimpulse, durch das Glättungsglied (15) in tegriert und zur Anzeige gebracht, ein Maß für die Strömungsge-- schwindigkeit (+c) bzw. (-c) darstellen.

   6. Meßverfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das dem Glättungsglied (1S) nachgeschaltete Anzeigegerät (16)-cinen positiven und negativen Meßbereich mit gemeinsamen skalen-Nullpunkt besitzt und somit über Ansprechen von (3); 3-9; den elektronischen Schalter (12) und den Pol der Gleichspannungsquelle (G) die Strömungsrichtung +c, im Gegensatz dazu über (4); 4-11; den elektronischen Schalter (13) und den - Pol der Gleichspannungsquelle (14) die Strömungsrichtung ve erfaßt.

   7. Neßverfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis Ci, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Heizimpulsgenerator (7) dem Hitzdrahtelement (2) über den Regler (6) zugeführte Heizimpuls Ieistungsmäßig von konstanter Größe ist.

   8. Meßverfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 79 dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle (14) im Anzeigestromkreis eine stabilisierte Spannung abgibt.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 339 850 Gbm 1 930 985 OLS 1 473 158 OLS 1 498 351