DE2052645B2 - Thermoelektrisches anemometer - Google Patents

Description

>ie Erfindung bezieht sich auf ein thermoelektri- :s Anemometer mit zwei im Abstand voncin- :r angeordneten stabförmigen metallischen Halteten, die an ihrem einen Ende an eine elektrische Energiequelle angeschlossen sind und deren andere Enden ein elektrischer Heizdraht verbindet, ein-sm mit dem mittleren Bereich des Heizdrahts in wärmeleitender Verbindung stehenden ersten Thermoelement aus einem ersten und einem zweiten Draht, die aus unterschiedlichen Metallverbindungen bestehen, und einem zweiten Thermoelement aus dem zweiten und einem dritten Draht, die aus unterschiedlichen Metallverbindungen bestehen, wobei der erste und

ίο der dritte Draht aus dem gleichen Material bestehen und die nicht mit dem zweiten Draht verbundenen Enden des ersten und dritten Drahts über zwei stabförmige Halterungen mit einer Meß- und Anzeigevorrichtung verbunden sind. Es dient zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines Gasstroms, indem der elektrische Heizdraht, der durch einen elektrischen Strom erhitzt wird, durch einen Gasstrom, dem er ausgesetzt wird, gekühlt wird und die Temperatur des Heizdrallts mittels eines Thermoelement gemessen wird.

Eine derartige Vorrichtung mit zwei Thermoelementen, von denen eines auf die Temperatur des elektrischen Heizdrahts anspricht, während das andere nur auf die Temperatur des Gasstroms anspricht, ist bekannt (USA.-Patentschrift 2 849 880). Um die Temperaturänderung des Heizdrahts, die durch die Temperaturänderung der Gasströmung verursacht wird, zu kompensieren und eine genaue Ermittlung ausschließlich der Temperaturänderung des Heizdrahts durchzuführen, sind diese Thermoelemente in Reihe und gegeneinander geschaltet, so daß die EMK des ersten Thermoelements durch die EMK des Temperaturkompensationsthermoelements korrigiert wird. Das Anemometer ist in einer Venturi-

Blende fest angeordnet, weshalb sich dieses Anemometer nicht zur genauen Messung örtlicher Gasgeschwindigkeiten eignet.

Diese und andere bekannte Vorrichtungen weisen ferner den Nachteil auf, daß die Temperaturkompensation ungenau ist, da das Temperaturkompensationsthermoelement über Wärmestrahlung und den Gasstrom vom Heizdraht wieder beeinußt wird. Bei bekannten Anemometern wird außerdem der zu messende Gasstrom nicht unerheblich gestört. Insbesondere sind mit den bekannten Anemometern Luftgeschwindigkeitsverteil .ngen, wie „ie hinter einem Kraftfahrzeugkühler, an der Auslaßöffnung eines Heizkörpers, eines Luftkühlers oder eines Entfrosters auftreten, nicht genau meßbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Anemometer der eingangs genannten Art anzugeben, mittels dessen Messungen örtliche Gasstromgeschwindigkeitsverteilungen mit hoher Genauigkeit auch in einem sehr engen Raum und ohne wesentliche Störung des Gasstroms ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die mit dem elektrischen Heizdraht verbundenen Enden der stabförmig» ί Hallerungen abgeschrägt und ihre vorderen Abschnitte abgebogen sind und im Abstand voneinander parallel zueinander verlaufen, während ihre anderen Enden zusammen mit den stabförmigen Halterungen für den ersten und dritten Draht jeweils elektrisch voneinander isoliert zu einem Bündel zusammengefaßt sind, und daß ein Ende einer der letzteren Halterungen außerhalb der Ebene liegt, die durch die vorderen Abschnitte der Halterungen und den Heizdraht gebildet wird, und so gerichtet ist, daß es schräg zu den

052 645

gebogenen vorderen Abschniaen der stabförmigen digkeits-Ausgangssignalkennlinie des ersten Ausfüh-

Halterungen verläuft. rungsbeispiels hervorgeht und

Vorzugsweise können die vorderen Abschnitte der Fig. 11 den vorderen Teil eines zweiten Ausfüh-Heizdrahthalterungen rechtwinklig abgebogen sein. rungsbeispiels in perspektivische! Darstellung.
Zweckmäßigerweise liegt die temperaturempfindliche 5 Der grundlegende Aufbau eines Anemometers zur Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements vor thermoelektrischen Ermittlung der Geschwindigkeit dem Heizdraht, bezogen auf die Längsrichtung der eines Gases gemäß der Erfindung ist schematisch in vorderen Abschnitte der Halterungen. Der erste und Fig. 1 gezeigt. Die Vorrichtung weist zwei Metallder zweite Draht können mit dem Heizdraht an einer stäbe α und b auf, die in Form von Streben elektrisch einzigen Stelle im wesentlichen in dessen Mitte ver- io isoliert voneinander angeordnet sind und an einem bunden sein. Der Heizdraht ist zweckmäßigerweise Ende mit einer Energiequelle E verbunden werden zwischen den Enden der stabförmigen Halterungen können. Quer zu den Metallstäben und an deren geradlinig und senkrecht zum Gasstrom gespannt. Spitzen befestigt, ist ein elektrischer Heizdraht I anGegenüber den bekannten Anemometern weist das geordnet, an dem im wesentlichen in dessen Mitte ein gemäß der Erfindung folgende Vorteile auf: 15 Ende eines Metalldrahts e befestigt ist, der zusam-

Bei der Verwendung kann das Anemometer derart men mit einem weiteren Metalldraht c ein Thermo-

angeordnet werden, daß das Gas senkrecht auf den element bildet. Die Drähte e und c können z. B. aus

Heizdraht und in Richtung auf die parallelen Enden Chrome! und Alumel bestehen. Das eine Ende des

der beiden Halterungen strömt. Da das zweite Drahtes c ist leitend mit dem Draht e an der Stelle ο

Thermoelement außerhalb der Ebene liegt, die von 20 verbunden, wodurch ein erstes Thermoelement ge-

dem Heizdraht und den vorderen Enden der Halte- bildet wird. Das andere Ende des Drahtes c ist lei-

rungen gebildet wird, wird es durch den von dem tend mit dem einen Ende eines Metalldrahts d ver-

Heizdraht erhitzten Gasstrom nicht störend beein- bunden, der aus dem gleichen Material wie der

ilußt und kann daher als Temperaturkompensations- Draht e besteht, wodurch ein zweites Thermoelement

thermoelement mit hoher Genauigkeit arbeiten. Dies 25 gebildet wird. Die beiden Thermoelemente sind so-

ist vor allem dann möglich, wenn das zweite Thermo- mit einander entgegengesetzt in Reihe geschaltet. Die

element in Strömungsrichtung vor dem Heizdraht liegt. temperaturempfindliche Verbindungsstelle des zwei-

Da das Anemometer gemäß der Erfindung sehr ten Thermoelements c-d ist so nahe wie möglich an

kompakt aufgebaut ist und eine minimale Größe auf- der temperaturempfindlichen Verbindungsstelle des

weist, wird der zu messende Gasstrom nicht gestört 30 ersten Thermoelements c-e angeordnet, solange in

und kann selbst dann an mehreren Stellen gemessen der Verbindungssxelle des zweiten Thermoelements

werden, wenn nur sehr wenig Platz vorhanden ist. keine Einwirkung durch die Temperaturänderung des

Wegen des möglichen, sehr geringen Abstandes zwi- Gasstroms auftritt, der durch die Erwärmung des

sehen den beiden Thermoelementen in Richtung elektrischen Heizdrahts / verursacht wird. Der

senkrecht zu dem Gasstrom und der Ebene, die von 35 Drahte ist so lang, daß die von dem Heizdraht Z er-

dem Heizdraht und den vorderen Enden der Halte- zeugte Wärme nicht die temperaturempfindliche Ver-

rungen gebildet wird, ist eine einwandfreie Tempe- bindungsstellc des zweiten Thermoelements durch

raturkompensation selbst dann möglich, wenn ein Wärmeleitung über den Draht c beeinflußt.

Temperaturgradient in dieser Richtung auftritt. Um die temperaturempfindliche Verbindungsstelle

Durch Verwendung mehrerer Anemometer gemäß 40 des zweiten Thermoelements bzw. die Verbindungs-

der Erfindung kann man daher die Gasgeschwindig- stelle zwischen den Drähten c und d so nahe wie

kcitsverteilung auch in einem kleinen Raum messen. möglich an der temperaturempfindlichen Verbin-

Da die vorderen Enden der Halterungen abge- dungssteile des ersten Thermoelements bzw. an der

schrägt sind, kann der Heizdraht leicht befestigt Verbindungsstelle zwischen den Drähten r und e an-

werden. 45 zuordnen, ohne daß der erwärmte Gasstrom des Heiz-

Wenn die vorderen Enden rechtwinklig abgebogen drahts / einen Einfluß ausübt, sollte die temperatur-

sind, nimmt das Anemometer nur einen sehr gerin- empfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermo-

gen Raum in Richtung des zu messenden Gasstroms elements so angeordnet weiden, daß sie frei von dem

ein. so daß die Messung weiter erleichtert wird. Da Einfluß des erwärmten Gasstroms des Heizdrahts 1

das zweite Thermoelement unmittelbar oder nahe 50 ist, wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung ir

an dem Heizdraht liegen kann, wird eine hohe Emp- einem Gasstrom angeordnet wird, dessen Geschwin

findlichkeil erreicht. digkeit zu bestimmen ist. Im allgemeinen gibt eint

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend thermoelektrische Gasgeschwindigkeitsmeßvorrich-

an Hand von in der Zeichnung dargestellten Aus- tung eine genaue Messung der Geschwindigkeit de;

führungsbeispielen erläutert. Es zeigt 55 Gasstroms in einer Richtung senkrecht zu der Längs-

Fig. I eine sehcmalische Darstellung des prinzi- richtung des Heizdrahts. Die Vorrichtung gemäß de

piellen Aulbaus eines Anemometers gemäß der Ir- Erfindung kann daher bei ihrer Benutzung so ange-

findung. ordnet werden, daß die tempcratiirempfindliche Ver

Fig. 2 bis 6 verschiedene Ausfi'ihrungsformen der bincluimsstcllc des zweiten Thermoelements in eine

Verbindung des elektrischen Heizdrahts mit dem 60 bevorzugten Bctricbsstcllung ist, in der der Gasstron

ersten Thermoelement, senkrecht zu dem Heizdraht / verläuft, wie durcl

F i g. 7 ein erstes Aiislülmmgsbeispiel in pcrspek- die Pfeile/·" in Fig. I angegeben ist, Insbesonden

livischer Darstellung, ist die temperatuiemplindlichc Verbindungsslelle de:

Fig. S Teile des in Fig. 7 dargestellten Ausiiih- zweiten Thermoelements vorzugsweise in Strömlings

rungsbeispiels in vergrößertem Maßstab, 65 richtung des zu messenden Gasstroms oberhalb de:

Fig.⁰ eine Anzeigeeinrichtung in schematischer Heizdrahts/ und nahe der temperaturempfindlichei

Darstellung. ^l Verbindungsstelle des ersten Thermoelements auge

Fig. 10 ein Diagramm, aus dem die Gasgeschwin- ordnet.

Es ist jedoch auch möglich, die temperaturemp- Temperaturkompensationselement erzeugt wird, eine

findliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoele- exponentielle Funktion des Gasstroms w mit dem

ments in einer vertikalen Ebene anzuordnen, in der Exponenten —/?.

sich der Heizdraht normal zu der Richtung des zu Die Messung der Gasgeschwindigkeit und ihre Gemessenden Gasstroms befindet; sie ist dann in seit- 5 nauigkeit können verbessert werden, wenn die Gaslichem Abstand von dem Heizdraht in dieser Ebene geschwindigkeits-Ausgangssignalkennlinie linearisiert angeordnet. Sie kann jedoch auch in Strömungsrich- werden kann. Um die gewünschte Linearisierung zu tung unterhalb und in seitlichem Abstand von einer erreichen, kann ein elektronischer Schaltkreis verzu der Richtung des Gasstroms parallelen und den wendet werden, dessen Ausgangssignal E₁₁ mit der Heizdraht I einschließenden Ebene angerodnet io Gasgeschwindigkeit u durch die Gleichung
werden. β _ j^_u

Wenn die Stäbe« und b, die an einem Ende mit °

dem Heizdraht / verbunden sind, mit ihren anderen in Beziehung steht, wobei K' ein Faktor ist, der durch

Enden an die Energiequelle E angeschlossen werden, die Ausbildung des elektronischen Schaltkreises be-

so daß der Heizdraht / erwärmt wird, wird eine EMK 15 stimmt wird. Durch Substitution der Gleichung E_s

über der temperaturempfindlichen Verbindungsstelle -- KU'" in der obigen Gleichung erhält man:

des ersten Thermoelements c-e und damit mittels !

eines elektrischen Ausgangssignals eine Anzeige der _ / E_sY~n _ „„,,— *

Temperatur des Heizdrahts / erzeugt. ~~ Ι'ΪΓ/ ~~

Wenn die Vorrichtung einem Gasstrom ausgesetzt 20

wird, ist die Temperatur des Heizdrahts I unter dem Die Linearisierung kann dann durch Verwendung

Einfluß der Geschwindigkeit und der Temperatur des bekannter Techniken erreicht werden, um einen elek-

Gasstroms einer Änderung unterworfen. Diese Ände- tronischen Schaltkreis aufzubauen, der die Eingangs-

rung kann schnell als Änderung der in dem ersten spannung E_s der Vorrichtung um den Exponen-

Thermoelement auf Grund seiner temperaturemp- 25 ten — l/n erhöht. Solch ein elektronischer Schalt-

findlichen, direkt mit dem Heizdraht verbundenen kreis wird im folgenden als Linearisierungsverstärker

Verbindungsstelle ermittelt werden. Die temperatur- bezeichnet.

empfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermo- Wenn der Linearisierungsverstärker verwendet

elements c-d ist dagegen nicht dem Einfluß des er- wird, um die gleichzeitige Messung der Gasgeschwin-

wärmten Gasstroms von dem Heizdraht / unterwor- 30 digkeit an einer Anzahl von Stellen durchzuführen

fen, sondern spricht nur auf die Temperaturänderung oder eine Austauschbarkeit der Vorrichtung zu er-

des zu messenden Gasstroms an und erzeugt eine zielen, benötigt man eine Vorrichtung, die eine feste

entsprechende EMK. Die Zusammenschaltung des Gasgeschwindigkeits-Ausgangssignalkennlinie bzw.

ersten und des zweiten Thermoelements führt zu einen festen Gasgeschwindigkeilsindex η besitzt. Im

einer teilweisen Aufhebung der von den jeweiligen 35 idealen Zustand hat der Gasgeschwindiskeitsindex η

Thermoelementen erzeugten elektromotorischen einen festen Wert, wenn die Vorrichtung so angc-

Kräfte, und die sich ergebende Ausgangs-EMK E_s der ordnet wird, daß der Gasstrom stets rechtwinklig uu!

Vorrichtung entspricht nur der Geschwindigkeit des den Heizdraht / trifft, wie zuvor erwähnt wurde.

Gasstroms. der senkrecht zu dem Heizstrom unab- Da bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung ein hängig von den Temperaturänderungen des Gas- 4o""t?fSS5er Metalldraht c für beide Thermoelemente" vcr-

stroms strömt. Dieses Ausgangssignal liefert, wenn wendet wird, kann das Temperaturkompensations-

es einer Geschwindigkeitsanzeige und Registriervor- thermoelement dem strömungsempfindlichen Therm<~>-

richtung zugeführt wird, ein genaues Maß der Gas- element gerade so weit genähert werden, daß der

geschwindigkeit. Einfluß des durch den Heizdraht/ erwärmten Ci.,--

Die elektromotorische Kraft E_s kann durch die 45 Stroms ausgeschlossen wird. Die Vorrichtunc; h: t

£· _{= KU}-n dann keinen großen Platzbedarf und kann kompal/

^s aufgebaut werden. Dies führt vorteilhaftcnveise Ji'-

ausgedrückt werden, in der U eine Gasgeschwindig- zu, daß die Vorrichtung in dem zu messenden Cr.'s-

keit ist, und K und η Konstante sind, die von der auf- strom angeordnet werden kann, ohne den Gasstrom

gebrachten Heizenergie und den Abmessungen und 50 zu stören, daß die örtliche Gasgeschwindigkeit in

der Anordnung des Heizdrahts I abhängen. Die Kon- einem kleinen Raum gemessen werden kann und da!/,

stanten wird im folgenden als Gasgeschwindigkeits- eine Temperaturkompensation selbst dann mod ich

index bezeichnet. Wenn der Heizdraht / so angeord- ist, wenn die Messung in einem solchen kleinen

net ist, daß er stets dem senkrechten Gasstrom aus- Raum bei Vorhandensein eines Temperatursradkn-

gesetzt ist, nimmt der Gasgeschwindigkeitsindex η 55 ten quer zur Richtung des Gasstroms auftritt, λ"-

einen konstanten Wert an, nämlich: durch eine genaue Bestimmung der Gasgeschwindigkeit in dem sehr kleinen Raum ermöglicht wird.

ii = 0 33 für — =0 4 bis 4 und ^{In der voran}gegangenen Beschreibung wurde an-

(x ' ' gegeben, daß die Verbindungsstelle des ersten

60 Thermoelements, d.h. die Verbindungsstelle zwi-

n = 0 39 für — = 4 bis 40 ^{schen den Drähte}n e und c, direkt mit der Stelle ο

κ ' des Heizdrahts 1 verbunden ist. In der Praxis sind die

Drähte e und c, die zusammen das Thermoelement

wobei d der Durchmesser des Heizdrahts 1 und * bilden, sehr dünn und haben z. B. einen Durchmesser

der dynamische Viskositätskoeffizient des Gasstroms 65 von 0,027 mm, so daß es nicht immer leicht ist, die

ist Wie oben angegeben wurde, ist das Ausgangs- Enden dieser dünnen Drähte mit dem Draht /, der

signal Ej, das als Differenz-EMK zwischen dem ebenfalls sehr dünn ist und z. B. einen Durchmesser

steömungsempfindlichen Thermoelement und dem von 0,005 mm aufweist, an einer einzieen Stelle η zu

052 645

I 1 s e c 1 i \ S c Ϊ λ f

η d d S b w F F d ii F d d d fi ii

d F w b E d. d

al n. w rc ai

bi Si w d;

F i g. 6 gezeigt ist. Das sich ergebende strömungsempfindliche Thermoelement besitzt an der Stelle ι eine temperaturemptindliche Verbindungsstelle.

Die obenerwähnten Verbindungsarten können angewandt werden, um die Herstellung eines strömungsempfindlichen Thermoelements zu erleichtern, das sehr schnell auf Temperaturänderungen im wesentlichen in der gleichen Weise anspricht, wie wenn die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des Ther-

verbinden. Wenn dieser Verbindungsvorgang nicht sehr sorgfältig ausgeführt wird, ist es möglich, daß das Ende des Drahts e mit einer Stelle/; des Heizdrahts / verbunden ist, während das Ende des Drahts c mit einer anderen Stelle q des Heizdrahts verbunden ist, die von der Stelle ρ z.B. 0,03 mm entfernt ist, wie F i g. 2 zeigt. Wenn unter diesen Umständen eine Gleichspannungsquelle E verwendet wird, wird der Spannungsabfall über den Stellen ρ

und q zu dem Ausgangssignal des strömungsempfind- i₀ moelements direkt mit dem Heizdraht verbunden ist. liehen Thermoelements c-e in Abhängigkeit von der Diese Verbindungsarten sind besonders vorteilhaft Richtung des Stromflusses addiert oder von diesem für den Aufbau der Vorrichtung gemäß der Erfinsubtrahiert. Das sich ergebende Ausgangssignal £_s dung.

enthält ebenfalls einen solchen Spannungsabfall, wo- Im folgenden werden nun Ausführungsbeispiele im

durch die Gasgeschwindigkcits-Ausgangssignalkenn- i₅ einzelnen beschrieben.

linie für verschiedene Vorrichtungen nicht einheitlich Die Fig. 7 und 8 zeiger, ein. erstes Ausführungs

ist, so daß die Austauschbarkeit der Vorrichtung beispiel. Es weist zwei dünne zylindrische Stäbe 6 verhindert und die Messung, die an verschiedenen und 7 auf, die aus einem Metall bestehen, das eine Stellen unter Verwendung mehrerer Vorrichtungen gute elektrische Leitfähigkeit besitzt, z. B. Phosphordurchgeführt werden muß, begrenzt wird. Dieser ₂o bronze. Jeder Stab ist an seiner Endfläche 60 bzw. Nachteil kann teilweise durch Verwendung einer 70 abgeschrägt und bei 61 bzw. 71 rechtwinklig ab-Wechselspannungsquelle vermieden werden; dies er- gebogen. Die dünnen Metallstäbe 6 und 7 sind so fordert jedoch einen relativ komplizierten clektroni- angeordnet, daß ihre Teile 62 und 72 zwischen den sehen Schaltkreis zur Erzeugung eines konstanten Biegungen 61 bzw. 71 und ihren abgeschrägten End-Wechsclstroms im Vergleich zu der Erzeugung eines 25 flächen 60 bzw. 70 in einer gemeinsamen Ebene und konstanten Gleichstroms; außerdem wird die Vor- in einem konstanten Abstand voneinander parallel richtung vergrößert. zueinander verlaufen und daß die Endflächen 60

Bevorzugte Arten, die Drähte in geeigneter Weise und 70 einander gegenüberliegen. Die Schaftteile 63 zu verbinden, sind in den Fig. 3 bis 6 gezeigt. In und 73 der Stäbe 6 und 7, die sich von den Biegun-Fig. 3 ist das Ende des Drahts e im wesentlichen 30 gen nach hinten erstrecken, sind miteinander vermit der Mitte ρ des Heizdiahts / verbunden, während
das Ende des anderen Drahts c an der Stelle r mit
dem Draht e verbunden ist, die sehr nahe an der
Stelle ρ liegt und die temperaturempiindliche Verbindungsstelle des ersten Thermoelements c-e ist. Ob- 35 leitend, z. B. durch Schweißen, mit diesen verbunden, wohl diese Verbindungsstelle nicht direkt mit dem Dünne Stäbe 8 und 9 aus einein Material mit einer

Heizdraht/ verbunden ist, wie dies in Fig. I der Fall ist, ist das in Fig. 3 gezeigte Thermoelement in der

Bünden, jedoch elektrisch voneinander z. B. durch eine Schicht eines Kunstharzes isoliert. Ein elektrischer Heizdraht 10 aus Chromnickel od. dgl. verläuft geradlinig über die Enden der Stäbe 6 und 7 und ist

guten elektrischen Leitfähigkeit, ζ. Β. Phosphorbronze, verlaufen parallel zu den verbundenen

Lage, als strömungscmpfindliches Thermoelement Schaftteilen 63 und 73 der Stäbe 6 und 7 an gegenmi wesentlichen in der gleichen Weise wie das in 4° überliegenden Seiten von diesen und in Berührung Fig 1 dargestellte zu arbeiten, da es sehr nahe an mit diesen. Der Stab 8 verläuft nach oben bis zu der

' ■ -■--■-'-— Mitte zwischen die Biegungen 61 und 71 der Stäbe 6

und 7. Das obere Ende des anderen Stabes 9 ist etwas unterhalb der Biegung 71 des Stabes 7 so gebogen.

dem Heizdraht / Hem, wobei der Abstand zwischen «cn Steilen ρ und r /.. B. 0,05 mm beträgt, und da die Wärme des Heizdraht / auf die temperaturemp-

" 3 "unmittelbar 45 daß er sich aus der Ebene heraus erstreckt, in dei die Teile 62 und 73 der Stäbe 6 und 7 liegen, und zwar quer zu der Richtung, in der die Teile 62 und 72 gebogen sind, wie bei 91 gezeigt ist. Die Stäbe 8 und 9 sind miteinander verbunden, jedoch vonein·

findliche Verbindungsstelle r in übergeht.

Die F i g. 4 bis 6 zeigen Abwandlungen der Art
der in Fig. 3 dargestellten Verbindung. Wie in
F i g. 4 gezeigt ist. kann das Ende des Drahts c im
wesentlichen mit der Mitte q des Heizdrahts / ver- 50 ander und von den Stäben 6 und 7 z. B. durch eine bunden werden, während das Ende des anderen Klebstoffschicht eines Kunstharzes elektrisch isoliert Drahts c mit dem Draht c an einer Stelle ί verbun- Ein dünner Draht 11, z. B. aus Chromel, das eine;

der Materialien zur Bildung eines Thermoelement!

durch ein strömungscmpfindliches Thermoelement ist, ist an dem einen Ende mit dem mittleren Tei o^rhafiV* wirH rlrwn tcmDcraturempfindlichc Ver- 55 101 des Heizdrahtes 10 z. B. durch Schweißen verbunden. Das andere Ende des Drahtes 11 ist leitenc in ähnlicher Weise mit dem oberen Ende des Stabes ί verbunden. Ein Ende eines weiteren dünnen Draht! 12, der aus einem anderen Material, z. B. Alumel

den ist, die sehr nahe an der Stelle q liegt, woströmiingscmpfindliches Therme wird, dessen tcmpcraturempfindlk binduncsstelle an der Stelle s liegt. Der Draht e kann aber aiich, wie Fig. 5 zeigt, an einer Steller' sehr nahe an seinem Ende/ mit dem Heizdraht/ im

wesentlichen in dessen Mitte verbunden werden, wäh- ». · . a a

rend das Ende/ des Drahts e mit dem Ende des 6o hergestellt ist und der zusammen mit dem Draht 11 anderen Metalldrahts c verbunden ist. Das sich er- das Thermoelement vervollständigt, ist z. B. durcl lebende strömungsempfindliche Thermoelement be- Schweißen leitend mit dem Draht 11 an der Stell· sitzt an der Stelle / eine temperaturempfindliche Ver- 11 verbunden, die sehr nahe an der Verbindungs bitidungsstelle. Der Draht c kann aber auch an einer stelle 101 hegt. Die Drahte 11 und 12 bilden so eh Stelle s' nahe dessen Ende/' mit dem Heizdraht / im 65 erstes bzw. stromungsempfindliches Thermoelernen

mit seiner temperaturempfindlichen Verbindungs stelle bei 111. Das andere Ende des Drahts 12 is leitend z. B. durch Schweißen mit einem Ende eine

wesentlichen in dessen Mitte verbunden sein, und das Ende des Drahts e kann mit dem Ende des Drahts c nahe der Stelle s' verbunden sein, wie m

ίο

anderen dünnen Drahts 13 aus dem gleichen Metall wie der Draht U, z. B. aus Chrome!, verbunden. Die Verbindungsstelle 131 zwischen den Drähten 12 und 13 besitzt einen ausreichenden seitlichen Abstand von der Ebene, in der die Teile 62 und 72 und der Draht 10 liegen, um ausreichend von dem Teil des Gasstroms F entfernt zu sein, der parallel zu dieser Ebene und senkrecht zu dem Heizdraht 10 strömt. Das andere Ende des Drahts 13 ist z. B. durch geschwindigkeitscmpfindlichkeit liefert und , eine direkte Ablesung der Gasgeschwindigkeit entsprer chend der Ausgangsspannung der Anzeigeeinrichtung 152 ermöglicht. Obwohl die Energiequelle 16 als Gleichspannungsquelle in Fig. 9 gezeigt ist, kann statt dessen auch eine Wechselspannungsquclle ohne irgendeine nachteilige Einwirkung auf die Arbeitsweise der Vorrichtung verwendet werden.

Die Kompaktheit des Anemometers geht aus einem

Schweißen leitend mit dem Ende des abgebogenen io Beispiel für ein typisches Vorderende hervor.
Teils 91 des Stabes 9 verbunden. Beide Drähte 12

und 13 verlaufen geradlinig über die Stelle 111 und das Ende des Stabes 9. Auf diese Weise bilden die Drähte 12 und 13 zusammen das zweite Thermoelement bzw. das Temperaturkompensationsthermoelement, das seine temperaturempfindliche Verbindungsstelle bei 131 besitzt.

Die hinteren Enden der vier Stäbe 6 bis 9 befinden sich in der oberen öffnung eines Halters 14 und sind darin durch ein Füllmaterial aus Kunstharz elcktrisch voneinander isoliert und miteinander verbunden. Die hinteren Enden der Stäbe 6 und 7 sind leitend mit Leitungen 65 bzw. 75 verbunden, und die hinteren Enden der Stäbe 8 und 9 sind leitend mit den Leitungen 85 bzw. 95 verbunden. Die beiden Leitungspaare 65, 75 und 85, 95 verlaufen durch eine untere öffnung des Halters 14 nach außen, isoliert von diesem. Sie sind zusammengebündelt und durch ein geeignetes Verbindungselement, z. B. einen Slekker 17, mit einer Heizenergiequelle 16 bzw. der An-Zeigeeinrichtung 15 der Vorrichtung verbunden, wie F i g. 9 zeigt.

Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels einer Meß- und Anzeigeeinrichtung der Vorrichtung, die zur Messung der Geschwindigkeit eines Gas-Stroms zusammen mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung geeignet ist. 18 ist eine Buchse entsprechend dem Stecker 17. Das elektrische Ausgangssignal der Vorrichtung wird über die Teile 17, 18 zu Dünne
Metallstäbe 6,7

Beispiel

Phosphorbronzestäbe mit einem Durchmesser von 0,25 mm; die Länge von den vorderen Enden bis zu den Biegungen 61,71 beträgt etwa 4 mm.

Dünne

Metallstäbe 8 9· Phosphorbronzestäbe mit einem ' " Durchmesser von 0,33 mm; das abgebogene Ende ist etwa ] mm lang.

Elektrischer
Heizdraht 10:

Dünner
Metalldraht 11:

Dünner
Metalldraht 12:

Dünner
Metalldraht 13:

Chromnickeldraht mit einem Durchmesser von 0,05 mm und einer Länge von etwa 2,5 mm.

Chromeldraht mit einem Durchmesser von 0,027 mm und einer Länge von etwa 4 mm.

Alumeldraht mit einem Durchmesser von 0,027 mm und einer Länge von etwa 3 mm.

Chromeldraht mit einem Durchmesser von 0,027 mm und einer Länge von etwa 2 mm.

Es wurde die Gasgeschwindigkeits-Ausgang'signal-

einem Linearisierungsverstärker 151 geleitet, der die 40 kennlinie einer Vorrichtung entsprechend dem obigen Meß- und Anzeigeeinrichtung 15 versorgt. Der Li- Beispiel untersucht; diese ist in Fig. 10 angegeben, nearisierungsverstärker 151 ist in bekannter Weise in der die Abszisse in logarithmischem Maßstab die aufgebaut und besitzt einen Vorverstärker 1511, der Gasgeschwindigkeit und die Ordinate in logarithm!- das Ausgangssägnal der Vorrichtung gemäß der Er- schem Maßstab das Ausgangssignal angibt. Wie findung verstärkt, einen Näherungskreis 1512, der 45 durch die gerade Linie Z gezeigt ist, besitzt die Voreine abschnittsweise lineare Annäherung zwischen richtung einen Gasgeschwindigkeitsindex π 0,39. der Spannung und der Gasgeschwindigkeit erzeugt,
und einen Verstärker 1513, der ein verstärktes Ausgangssignal liefert, das der Anzeigeeinrichtung 152

zugeführt wird, die eine gleichmäßige Skala für eine 50 (Fig. 7, 8) sind parallel zueinander gebogen, :-o daß. direkte Ablesung der Gasgeschwindigkeit besitzt. Die wenn es erwünscht ist, eine Vorrichtung herzustellen. Energiequelle 16 versorgt den Heizdraht / und ist in die einen Heizdraht 10 mit unterschiedlicher Länge geeigneter Weise mit den Leitungen 65 und 75 ver- aufweist,der gewünschte Abstand zwischen den vor_: bunden. deren Teilen, der der Länge des Heizdrahts ent-

Bei der Benutzung wird der Stecker 17 in die ent- 55 spricht, durch bloße axiale Verschiebung der Schaftsprechende Buchse 18 gesteckt. Das empfindliche teile 63 und 73 relativ zueinander erzielt werden

g Gasgeschwindigkeitsindex π ,

der stabil ist und cine^Gasgeschwindigkeits-Aü^angsbeziehung hoher Genauigkeit liefert.

Die vorderen Teile 62 und 72 der Stäbe 6 und

vordere Ende der Vorrichtung wird in dem zu messenden Gasstrom so angeordnet, daß die Richtung des Gasstroms im wesentlichen mit der Ebene der vorderen Teile 62 und 72 und des Heizdrahts 10 zusammenfällt und im wesentlichen senkrecht zu dem Heizdraht 10 verläuft. Die Vorrichtung liefert dann eine Ausgangsspannung, die nur der Geschwindigkeit des Gasstroms durch Kompensation des Eind T G rih

kann.

Da das empfindliche vordere Ende der Vorrichtung auf einer Linie liegt, die im wesentlichen senkrecht zu den Schaftteilen verläuft, nimmt es nur einer sehr schmalen Raum in Richtung des zu messender Gasstroms ein. Dies erleichtert die Messung der Gasgeschwindigkeit in einem schmalen Raum besondere! Form, in dem die Vorrichtung quer zu dem Gasstrom eingeführt wird Eine solche Einführung ist nötig

p ung quer zu dem

flusses der Temperatur des Gasstroms entspricht. 6₅ eingeführt wird. Eine solche Einführung ist nötig Diese Ausgangsspannung wird auf die Einrichtung wenn der rückwärtige Strom z. B. eines Strahlers ge-15 gegeben, die auf Grund ihres Linearisicrungsver- messen werden soll. In diesem Fall kann der Haltei stärkets 151 eine im wesentlichen linearisierte Gas- 14 der Vorrichtung mit der Hand gehalten werden

und die Schaftteile können vertikal in den Gasstrom gebracht werden, um den Heizdraht 10 senkrecht zu dem Gasstrom anzuordnen.

Es wird nun an Hand der F i g. 11 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In dieser Figur sind nur die Teile des empfindlichen vorderen Endes der Vorrichtung gezeigt; die übrigen sind weggelassen, da sie ähnlich wie die des ersten Ausführungsbeispiels sind. Die Vorrichtung besitzt zwei dünne Stäbe 6 und 7 aus Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit, z. B. aus Phosphorbronze. Ihre Enden sind abgeschrägt, und die abgeschrägten Endflächen 60 und 70 liegen einander in einem bestimmten Abstand gegenüber. In einem bestimmten Abstand von den jeweiligen Enden sind die Stäbe 6 und 7 gabelförmig ausgebildet. Die Enden der Teile 62 und 72 verlaufen im wesentlichen parallel zu ihren Schaftteilen 63 und 73. Wie vorher sind die Stäbe 6 und 7 in einer gemeinsamen Ebene mit ihren Schaftteilen 63 und 73 angeordnet, die verbunden, jedoch elektrisch voneinander isoliert sind. Ein Heizdraht 10 verläuft quer zu den Enden der Stäbe 6 und 7 und ist leitend mit diesen verbunden.

Dünne Stäbe 80 und 90 z. B. aus Cliromel sind nahe den und an gegenüberliegenden Seiten der Verbindung zwischen den Schaftteilen 63 und 73 angeordnet, so daß sie die Verbindung einschließen. Das vordere Ende des Stabes 90 endet nahe der Gabelung der Schaftteile 63, 73. Das vordere Endes des Stabes 80 besitzt eine abgeschrägte Endfläche 800 und erstreckt sich mit einer leichten Krümmung zu einer Stelle über dem Heizdraht 10. Der Stab 80 befindet sich in seitlichem Abstand von der Ebene, in der die vorderen Teile 62 und 72 der Stäbe 6 und 7 und der Heizdraht liegen. Außerdem liegt er an der gegenüberliegenden Seite der Ebene, wobei sein vorderes Ende in einer zu der erwähnten Ebene senkrechten Ebene liegt.

Ein dünner Draht 11, z.B. aus Chromel, jedoch aus dem gleichen Material wie das, aus dem die Stäbe 80 und 90 bestehen, ist an der Stelle 110 sehr nahe seinem vorderen Ende mit dem mittleren Teil des Heizdrahts 10 verbunden. Das andere Ende des Drahts 11 ist leitend mit dem vorderen Ende des Stabes 90 verbunden. Ein zweiter Drahf 12, z. B. aus Alurnel, ist mit dem vorderen Ende 120 des Drahts 11 verbunden, wodurch das slrömungsempfindliche Thermoelement gebildet wird. Das andere Ende des Drahts 12 ist leitend mit dem einen Ende eines dritten dünnen Drahts 13 verbunden, der aus dem gleichen Metall wie die Stäbe 80 und 90 besteht. Das andere Ende des Drahtes 13 ist leitend mit der Endfläche 800 des Stabes 80 verbunden, so daß sich die Drähte 12 und 13 geradlinig zwischen der Endfläche 800 und dem vorderen Ende des Stabes 11 erstrekken und ihre Verbindungsstelle 131 in Strömungsrichtung des zu messenden Gasstroms F oberhalb des Heizdrahtes 10 liegt, wie in F i g. 11 gezeigt ist. Auf diese Weise bilden die Drähte 12 und 13 das Temperaturkompensationsthermoelement.

Während bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die temperaturempfindliche Verbindungsstelle 131 des Temperaturkompensationsthermoelements zwischen den Enden der aus verschiedenen Metallen bestehenden Drähte 12 und 13 gebildet wurde, ist eine vereinfachte Ausführungsform möglich, wenn der Stab 80, an dem ein Ende des Drahts 13 belustigt ist, aus dem gleichen Metall wie letzterer ist und daher in der Lage ist, mit dem Draht 12 ein Thermoelement zu bilden, wobei der Draht 13 entfernt wird und ein Ende des Drahts 12 direkt mit dem vorderen Ende des Stabes 80 verbunden wird. Ein Temperaturkompensationsthermoelement wird dann gebildet, dessen lemperaturempfindliche Verbindungsstelle an der Verbindungsstelle zwischen dem Draht 12 und dem

ίο Stab 80 liegt. Dadurch wird die Herstellung des Thermoelements weiter vereinfacht.

Die Vorrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel weist zusätzlich die folgenden Vorteile auf:

Da die temperaturempfindliche Verbindungsstelle 131 cies Temperaturkompensationsthermoelements in Strömungsrichtung oberhalb des Heizdrahts 10 liegt, wird die Verbindungsstelle 131 nicht durch den erwärmten Gasstrom des Heizdrahts 10 gestört und ist daher nur den Temperaturänderungen des zu messenden Gasstroms ausgesetzt, wodurch eine im wesentlichen vollkommene Temperaturkompensation und damit eine höhere Genauigkeit der Messung der Gasgeschwindigkeit ermöglicht wird.

Die besondere Lage der Verbindungsstelle 131 beseitigt die Notwendigkeit einer sorgfältigen Prüfung ihrer Lage, die erforderlich sein könnte, wenn die Verbindungsstelle anders, z. B. unterhalb des Heizstroms, liegt.

Die leitende Verbindung der Drähte 11 und 13. die aus dem gleichen Metall, z. B. Chromel, bestehen, und die die jeweiligen Thermoelemente mit den Stäben 90 und 80 bilden, führt zu einem Meßsignal, das eine verbesserte Gasgeschwindigkeits-Ausgangssignal-

kennlinie liefert. Dies kann an Hand des ersten Ausführungsbeispiels erläutert werden, bei dem die Stäbe 8 und 9 aus Phosphorbronze bestehen. Die Verwendung von Phosphorbronze ist zwar hinsichtlich der Kosten von Vorteil, jedoch besteht die Mög-

lichkeit, daß die Verbindungsstelle zwischen dem Draht 11 und dem Stab 8 bzw. zwischen dem Draht 13 und dem Stab 9 eine elektromotorische Kraft in der gleichen Weise wie die temperaturempfindliche Verbindungsstelle eines Thermoelements wegen der

ungleichartigen Metallverbindung erzeugen kann, wodurch ein ungünstiger Einfluß auf die Genauigkeit der Messung der Gasgeschwindigkeit verursacht wird. Dies verhindert jedoch nicht die Betriebsfähigkeit des ersten Ausführungsbeispiels, da diese Wirkung

durch geeignete Wahl des Abstands zwischen dem Heizdraht und den oberen Enden der Stäbe 8 und 9 praktisch beseitigt werden kann.

Bei den erwähnten Ausführungsbeispielen ist die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des strömungsempfindlichen Thermoelements nichi direkt an dem Heizdraht, sondern an einer der Mitte des Heizdrahts nahen Stelle gelegen. Diese Konstruktion ist ein Beispiel für einen für die Massenproduktion geeigneten Aufbau. Die dünnen Metallstäbe könnten auch durch dünne Metallrohre ersetzt werden. Es besteht lediglich die Forderung, daß diese Teile ausreichend fest sind, um als Halterungen für den Heizdraht zu dienen, und daß sie ausreichend elektrisch leitend sind, um den Strom für den Heizdraht zu führen. Sie können aus irgendeinem Metall bestehen und irgendeine Form aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

2 052 Patentansprüche:

1. Thermoelektrisches Anemometer mit zwei im Abstand voneinander angeordneten stabförmigen metallischen Halterungen, die an ihrem einen Ende an eine elektrische Energiequelle angeschlossen sind und deren andere Enden ein elektrischer Heizdraht verbindet, einem mit dem mittleren Bereich des Heizdrahtes in wärmeleitender Verbindung stehenden ersten Thermoelement aus einem ersten und einem zweiten Draht, die aus unterschiedlichen Metallverbindungen bestehen, und einem zweiten Thermoelement aus dem zweiten und einem dritten Draht, die aus unterschiedlichen Metallverbindungen bestehen, wobei der erste und der dritte Draht aus dem gleichen Material bestehen und die nicht mit dem zweiten Draht verbundenen Enden des ersten und dritten Drahtes über zwei stabförmige Halterungen mit einer Meß- und Anzeigevorrichtung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem elektrischen Heizdraht (10) verbundenen Enden (60, 70) der stabförmigen Halterungen (6, 7) abgeschrägt und ihre vorderen Abschnitte (62, 72) abgebogen sind und im Abstand voneinander parallel zueinander verlaufen, während ihre anderen Enden (63, 73) zusammen mit den stabförmigen Halterungen (8, 9) für den ersten und dritten Draht (11,13) jeweils elektrisch voneinander isoliert zu einem Bündel zusammengefaßt sind, und daß ein Ende einer der letzten Halterungen (8,9) außerhalb der Ebene liegt, die durch die vorderen Abschnitte (62, 72) der Halterungen (6, 7) und den Heizdraht (10) gebildet wird, und so gerichtet ist, daß es schräg zu den gebogenen vorderen Abschnitten (62, 72) der stabförmigen Halterungen (6, 7) verläuft.

2. Anemometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Abschnitte (62, 72) rechtwinklig abgehoben sind.

3. Anemometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturempfindliche Verbindungsstelle (131) des zweiten Thermoelements vor dem Heizdraht (10), bezogen auf die Längsrichtung der vorderen Abschnitte (62, 72) der Halterungen (6, 7), liegt.

4. Anemometer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Draht (11,12) direkt mit dem Heizdraht (10) an einer einzigen Stelle im wesentlichen in dessen Mitte verbunden ist.

5. Anemometer nach Anspruch I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Draht (11,12) nahe dem Heizdraht (10) miteinander verbunden sind.

6. Anemometer nach einem der Ansprüche I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht (10) zwischen den Enden (60, 70) der stabförmigen Hallerungen (6, 7) geradlinig und senkrecht zum Gasstrom gespannt ist.