DE2052645C3 - Thermoelektrisches Anemometer - Google Patents

Description

gebogenen vorderen Abschnitten der stabförmigen Halterungen verläuft.

Vorzugsweise können die vorderen Abschnitte der Heizdrahthalterungen rechtwinklig abgebogen sein. Zweckmäßigerweise liegt die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements vor dem Heizdraht, bezogen auf die Längsrichtung der vorderen Abschnitte der Halterungen. Der erste und der zweite Draht können mit dem Heizdraht an einer digkeits-Ausgangssignalkennlinie des ersten Ausführungsbeispiels hervorgeht und

Fig. 11 den vorderen Teil eines zweiten Ausführungsbeispiels in perspektivischer Darstellung.

Der grundlegende Aufbau eines Anemometers zur thermoelektrischen Ermittlung der Geschwindigkeit eines Gases .gemäß der Erfindung ist schematisch in Fig.l gezeigt. Die Vorrichtung weist zwei Metallstäbe α und b auf, die in Form von Streben elektrisch

einzigen Stelle im wesentlichen in dessen Mitte vcr- 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 siabförmigen Halterungen können. Ouer zu den Metallstäben geradlinig und senkrecht zum Gasstrom gespannt.

Gegenüber den bekannten Anemometern weist das ücmäß der Erfindung folgende Vorteile auf:

Bei der Verwendung kann das Anemometer derart angeordnet werden, daß das Gas senkrecht auf den Heizdraht und in Richtung auf die parallelen Enden der beiden Hallerungen strömt. Da das zweite können. Quer zu den Meta'lstäben und an deren Spitzen befestigt, ist ein elektrischer Heizdraht/ angeordnet, an dem im wesentlichen in dessen Mitte ein Ende eines Metalldrahts <? befestigt ist, der zusammen mit einem weiteren Metalldraht c ein Thermoelement bildet. Die Drähte e und c können z. B. aus Chrome] und Alumel bestehen. Das eine Ende des Drahtes c ist leitend mit dem Draht e an der Stelle ο

Thermoelement außerhalb der Ebene liegt, die von ao verbunden, wodurch ein erstes Thermoelement gebildet wird. Das andere Ende des Drahtes c ist leitend mit dem einen Ende eines Metalldrahts d verbunden, der aus dem gleichen Material wie der Draht e besteht, wodurch ein zweites Thermoelement gebildet wird. Die beiden Thermoelemente sind somit einander entgegengesetzt in Reihe geschaltet. Die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements c-d ist so nahe wie möglich an der temperaturempfindlichen Verbindungsstelle des

dem Heizdraht und den vorderen Enden der Halterungen gebildet wird, wird es durch den von dem Heizdraht erhitzten Gasstrom nicht störend beeinflußt und kann daher als Temperaturkompensationsihermoelement mit hoher Genauigkeit arbeiten. Dies ist vor allem dann möglich, wenn das zweite Thermoelement in Strömur.gsrichtung vor dem Heizdraht liegt. Da das Anemometer gemäß der Erfindung sehr kompakt aufgebaut ist und eine minimale Größe auf

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

keine Einwirkung durch die Temperaturänderung des Gasstroms auftritt, der durch die Erwärmung des

elektrischen Heizdrahts / verursacht wird. Der

werden, wenn nur sehr wenig Platz vorhanden ist.
Wegen des möglichen, sehr geringen Abstandes zwischen den beiden Thermoelementen in Richtung .._

senkrecht zu dem Gasstrom und der Ebene, die von 35 Draht c ist so lang, daß dte von dem Heizdraht / erdcm Heizdraht und den vorderen Enden der Halte- zeugte Wärme nicht die temperaturempfindliche Verrungen gebildet wird, ist eine einwandfreie Tempc- bindungsstelle 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- *~

keitsverteilung auch in einem kleinen Raum messen.

Da die'vorderen'Enden der Halterungen abgeschrägt sind, kann der Heizdraht leicht befestigt werden.

Wenn die vorderen Enden rechtwinklig abgebogen sind, nimmt das Anemometer nur einen sehr geringen Raum in Richtung des zu messenden Gasstroms ein, so daß die Messung weiter erleichtert wird. Da stelle zwischen den Drähten r und d so nahe wie möglich an der temperatuiempfindlichen Verbindungsstelle des ersten Thermoelements bzw. an der Verbindungsstelle zwischen den Drähten c und e anzuordnen, ohne daß der erwärmte Gasstrom des Heizdrahts / einen Einfluß ausübt, sollte die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements so angeordnet werden, daß sie frei von dem Einfluß des erwärmten Gasstroms des Heizdrahts /

das zweite Thermoelement unmittelbar oder nahe 50 ist, wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung in an dem Heizdraht liegen kann, wird eine hohe Emp- einem Gasstrom angeordnet wird, dessen Geschwinfindlichkeit erreicht.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend

an Hand von in der Zeichnung dargestellten Aus-

piellen Aufbaus eines Anemometers gemäß der Erfindung,

F i g. 2 bis 6 verschiedene Ausführungsformen der digkeit zu bestimmen ist. Im allgemeinen gibt eine thermoelektrische Gasgeschwindigkeitsmeßvorrichtung eine genaue Messung der Geschwindigkeit des

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung des prinzi- richtung des Heizdrahts. Die Vorrichtung gemäß der

~ Erfindung kann daher bei ihrer Benutzung so angeordnet werden, daß die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements in einer

Verbindung des elektrischen Heizdrahts mit dem 60 bevorzugten Betriebsstellung ist, in der der Gasstrom

senkrecht zu dem Heizdraht / verläuft, wie durch die Pfeile F in Fig.J angegeben ist. Insbesondere ist die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements vorzugsweise in Strömungsrichtung des zu messenden Gasstroms oberhalb des Heizdrahts / und nahe der temperaturempfindlichen Verbindungsstelle des ersten Thermoelements angeordnet.

ersten Thermoelement,

Fig. 7 ein erstes Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung,

Fig. 8 Teile des in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiels in vergrößertem Maßstab,

F¹Ig. 9 eine Anzeigeeinrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 10 ein Diagramm, aus dem die Gasgeschwin-

Es ist jedoch auch möglich, die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements in einer vertikalen Ebene anzuordnen, in der sich der Heizdraht normal zu der Richtung des zu messenden Gasstroms befindet; sie ist dann in seitlichem Abstand von dem Heizdraht in dieser Ebene angeordnet. Sie kann jedoch auch in Slrümungsrichtung unterhalb und in seitlichem Abstand von einer zu der Richtung des Gasstroms parallelen und den Heizdraht / einschließenden Ebene angerodnet werden.

Wenn die Stäbe α und b, die an einem Ende mit dem Heizdraht / verbunden sind, mit ihren anderen Enden an die Energiequelle E angeschlossen werden, so daß der Heizdraht I erwärmt wird, wird eine EMK über der temperaturemplindlichen Verbindungsstelle des ersten Thermoelements c-e und damit mittels eines elektrischen Ausgangssignals eine Anzeige der Temperatur des Heizdrahts / erzeugt.

Wenn die Vorrichtung einem Gasstrom ausgesetzt wird, ist die Temperatur des Heizdrahts I unter dem Einfluß der Geschwindigkeit und der Temperatur des Gasstroms einer Änderung unterworfen. Diese Änderung kann schnell als Änderung der in dem ersten Thermoelement auf Grund seiner temperaturempfindlichcn, direkt mit dem Heizdraht verbundenen Verbindungsstelle ermittelt werden. Die tcmperaturempfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements c-d ist dagegen nicht dem Einfluß des erwärmten Gasstroms von dem Heizdraht / unterworfen, sondern spricht nur auf die Temperaturänderung des zu messenden Gasstroms an und erzeugt eine entsprechende EMK. Die Zusammenschaltung des ersten und des zweiten Thermoelements führt zu einer teilweisen Aufhebung der von den jeweiligen Thermoelementen erzeugten elektromotorischen Kräfte, und die sich ergebende Ausgangs-EMK E₅ der Vorrichtung entspricht nur der Geschwindigkeit des Gasstroms, der senkrecht zu dem Heizstrom unabhängig von den Temperaturänderungen des Gasstroms strömt. Dieses Ausgangssignal liefert, wenn es einer Geschwindigkeitsanzeige und Registriervorrichtung zugeführt wird, ein genaues Maß der Gasgeschwindigkeit.

Die elektromotorische Kraft E₅ kann durch die

E_s = KU-"

ausgedrückt werden, in der U eine Gasgeschwindigkeit ist, und K und η Konstante sind, die von der aufgebrachten Heizenergie und den Abmessungen und der Anordnung des Heizdrahts I abhängen. Die Konstante /ι wird im folgenden als Gasgeschwindigkeitsindex bezeichnet. Wenn der Heizdraht / so angeordnet ist, daß er stets dem senkrechten Gasstrom ausgesetzt ist, nimmt der Gasgeschwindigkeitsindex η einen konstanten Wert an, nämlich:

/i = 0,33 für ■--- =0,4 bis 4, und

(V

η = 0,39 für

ud

= 4 bis 40,

wobei d der Durchmesser des Heizdrahts 1 und <v der dynamische Viskositätskoeffizient des Gasstroms ist. Wie oben angegeben wurde, ist das Ausgangssignal E_s, das als Differenz-EMK zwischen dem strömungsempfindlichcn Thermoelement und dem Tcmperaturkompcnsationselement erzeugt wird, eine exponentiell'e Funktion des Gasstroms u mit dem Exponenten —n.
Die Messung der Gasgeschwindigkeit und ihre Genauigkeit können verbessert werden, wenn die Gasgcschwindigkcits-Ausgungssignalkcnnlinic lincarisiert werden kann. Um die gewünschte Linearisierung zu erreichen, kann ein elektronischer Schaltkreis verwendet werden, dessen Ausgangssignal E₀ mit der

ίο Gasgeschwindigkeit u durch die Gleichung

E₀ = K'u

in Beziehung steht, wobei K' ein Faktor ist, der durch die Ausbildung des elektronischen Schaltkreises bestimmt wird. Durch Substitution der Gleichung E₅ - KU " in der obigen Gleichung erhält man:

• U)

Die Linearisierung kann dann durch Verwendung bekannter Techniken erreicht werden, um einen elektronischen Schaltkreis aufzubauen, der die Eingangsspannung E_s der Vorrichtung um den Exponcn-

»5 ten Mn erhöht. Solch ein elektronischer Schaltkreis wird im folgenden als Linearisierungsverstärker bezeichnet.

Wenn der Linearisierungsverstärker verwendet wird, um die gleichzeitige Messung der Gasgeschwin-

digkeit an einer Anzahl von Stellen durchzuführen oder eine Austauschbarkeit der Vorrichtung zu erzielen, benötigt man eine Vorrichtung, die eine feste Gasgeschwindigkcils-Ausgangssignalkennlinic bzw. einen festen Gasgeschwindigkeitsindex η besitzt Im

idealen Zustand hat der Gasgeschwindigkeitsindex η einen festen Wert, wenn die Vorrichtung so ungeordnet wird, daß der Gasstrom stets rechtwinklig auf den Heizdraht / trifft, wie zuvor erwähnt wurde
Da bei der Vorrichtung gemäß der Erfindwst! ein

einziger Metalldraht c für beide Thermoelemeni. verwendet wird, kann das Temperaturkompens.Monsthermoelement dem strömungsempfindlichen Thermoelement gerade so weit genähert werden, daß der Einfluß des durch den Heizdraht I erwärmten vlas-Stroms ausgeschlossen wird. Die Vorrichtung hat dann keinen großen Platzbedarf und kann kompakt aufgebaut werden. Dies führt vorteilhaften« i<< dazu, daß die Vorrichtung in dem zu messende iiasstrom angeordnet werden kann, ohne den Ci... iiom

zu stören, daß die örtliche Gasgeschwindig!* ! in einem kleinen Raum gemessen werden kann u't-.i daO eine Temperaturkompensation selbst dann n■■ yjich ist, wenn die Messung in einem solchen keinen Raum bei Vorhandensein eines Temperatur^ ilien-

ten quer zur Richtung des Gasstroms auftiiu wodurch eine genaue Bestimmung der Gasgeschwindigkeit in dem sehr kleinen Raum ermöglicht win!

In der vorangegangenen Beschreibung winde angegeben, daß die Verbindungsstelle des ersten

Thermoelements, d.h. die Verbindungsstelle zwischen den Drähten e und c, direkt mit der Stelle 0 des Heizdrahts / verbunden ist. In der Praxis sind die Drähte e und c, die zusammen das Thermoelemeni bilden, sehr dünn und haben z. B einen Durihniessei

von 0,027 mm, so daß es nicht immer leicht ist, die Enden dieser dünnen Drähte mit dem Drain /, dei ebenfalls sehr dünn ist und z. B. einen Dtirc hmessei von 0,005 mm aufweist, an einer einzigen SIrIIr" M

Ί Ό 8

verbinden. Wenn dieser Verbindungsvorgang nicht Fig. 6 gezeigt ist. Das sich ergebende strömungs·

ν sehr sorgfältig ausgeführt wird, ist es möglich, daß empfindliche Thermoelement besitzt an der Stelle t

s das Ende des Drahts e mit einer Stelle ρ des Heiz- eine temperaturempfindliche Verbindungsstelle,

t drahts I verbunden ist, während das Ende des Die obenerwähnten Verbindungsarten können an-

t Drahts c mit einer anderen Stelle q des Heizdrahts 5 gewandt werden, um die Herstellung eines strömungs-

verbunden ist, die von der Stelle ρ ζ. B. 0,03 mm empfindlichen Thermoelements zu erleichtern, das

> entfernt ist, wie F i g. 2 zeigt. Wenn unter diesen Um- sehr schnell auf Temperaturänderungen im wesent-

< ständen eine Gleichspannungsquelle E verwendet liehen in der gleichen Weise anspricht, wie wenn die s wird, wird der Spannungsabfall über den Stellen ρ temperaturempfindliche Verbindungsstelle des Ther-' und q zu dem Ausgangssignal des strömungsempfind- 10 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 E_s dung.

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

< durch die Gasgeschwindigkeits-Ausgangssignalkenn- ₁₅ einzelnen beschrieben.

• linie für verschiedene Vorrichtungen nicht einheitlich Die Fig. 7 und 8 zeigen 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. Phosphor-

>' durchgeführt werden muß, begrenzt wird. Dieser ao 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 elektroni- angeordnet, daß ihre Teile 62 und 72 zwischen den sehen Schaltkreis zur Erzeugung eines konstanten Biegungen 61 bzw. 71 und ihren abgeschrägten End-Wechselstroms 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 F i g. 3 bis 6 gezeigt. In und 73 der Stäbe 6 und 7, die sich von den Biegun-F i g. 3 ist das Ende des Drahts e im wesentlichen 30 gen nach hinten erstrecken, sind miteinander vermit der Mitte ρ des Heizdrahts / verbunden, während bunden, jedoch elektrisch voneinander z. B. durch das Ende des anderen Drahtsc an der Steller mit eine Schicht eines Kunstharzes isoliert. Ein elektridem Draht e verbunden ist, die sehr nahe an der scher Heizdraht 10 aus Chromnickel od. dgl. verläuft Stelle ρ liegt und die temperaturempfindliche Ver- geradlinig über die Enden der Stäbe 6 und 7 und ist bindungsstelle 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 einem Material mit einer Heizdraht / verbunden ist, wie dies in F i g. 1 der guten elektrischen Leitfähigkeit, z. B. Phosphor-Fall ist, ist das in F i g. 3 gezeigte Thermoelement in bronze, verlaufen parallel zu den verbundenen der Lage, als strömungsempfindliches Thermoelement Schaftteilen 63 und 73 der Stäbe 6 und 7 an gegenim wesentlichen in der gleichen Weise wie das in 40 überliegenden Seiten von diesen und in Berührung F i g. 1 dargestellte zu arbeiten, da es sehr nahe an mit diesen. Der Stab 8 verläuft nach oben bis zu der dem Heizdraht / liegt, wobei der Abstand zwischen Mitte zwischen die Biegungen 61 und 71 der Stäbe 6 den Stellen ρ und r z.B. 0,05 mm beträgt, und da und 7. Das obere Ende des anderen Stabes 9 ist etwas die Wärme des Heizdrahts / auf die temperaturemp- unterhalb der Biegung 71 des Stabes 7 so gebogen, findliche Verbindungsstelle r in F i g. 3 unmittelbar 45 daß er sich aus der Ebene heraus erstreckt, in der übergeht. die Teile 62 und 73 der Stäbe 6 und 7 Hegen, und Die F i g. 4 bis 6 zeigen Abwandlungen der Art zwar quer zu der Richtung, in der die Teile 62 und 72 der in F i g. 3 dargestellten Verbindung. Wie in gebogen sind, wie bei 91 gezeigt ist. Die Stäbe 8 F i g. 4 gezeigt ist, kann das Ende des Drahts c im und 9 sind miteinander verbunden, jedoch voneinwesentlichen mit der Mitte q des Heizdrahts I 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 e mit dem Draht c an einer Stelle s verbun- Ein dünner Draht 11, z. B. aus Chromel, das eines den ist, die sehr nahe an der Stelle q liegt, wo- der Materialien zur Bildung eines Thermoelements durch ein strömungsempfindliches Thermoelement ist, ist an dem einen Ende mit dem mittleren Teil geschaffen wird, dessen temperaturempfindliche Ver- 55 101 des Heizdrahtes 10 z. B. durch Schweißen verbindungsstelle an der Stelle ί liegt. Der Draht e kann bunden. Das andere Ende des Drahtes 11 ist leitend aber auch, wie F i g. 5 zeigt, an einer Stelle r' sehr in ähnlicher Weise mit dem oberen Ende des Stabes 8 nahe an seinem Ende / mit dem Heizdraht / im verbunden. Ein Ende eines weiteren dünnen Drahts wesentlichen in dessen Mitte verbunden werden, wäh- 12, der aus einem anderen Material, z. B. Alumel, rend das Ende t des Drahts e mit dem Ende des 60 hergestellt ist und der zusammen mit dem Draht 11 anderen Metalldrahtsc verbunden ist. Das sich er- das Thermoelement vervollständigt, ist z.B. durch gebende strömungsempfindliche Thermoelement be- Schweißen leitend mit dem Draht 11 an der Stelle sitzt an der Steller eine temperaturempfindliche Ver- 111 verbunden, die sehr nahe an der Verbindungsbindungsstelle. Der Draht c kann aber auch an einer stelle 101 liegt. Die Drähte 11 und 12 bilden so ein Stelle s' nahe dessen Ende /' mit dem Heizdraht / im 65 erstes bzw. strömungsempfindliches Thermoelement wesentlichen in dessen Mitte verbunden sein, und mit seiner temperaturempfindlichen Verbindungsdas Ende des Drahts e kann mit dem Ende des stelle bei 111. Das andere Ende des Drahts 12 ist Drahts c nahe der Stelle s' verbunden sein, wie in leitend z.B. durch Srhweißen mit einrm c«^. -:—

anderen dünnen Drahts 13 aus dem gleichen Metall wie der Draht 11, z. B. aus Chromel, 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 Schweißen leitend mit dem Ende des abgebogenen 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 Tcmperaturkompensationsthennoelement, das seine temperaturempfindlichc 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 elektrisch 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 Stekker 17, mit einer Heizenergiequelle 16 bzw. der Anzeigeeinrichtung 15 der Vorrichtung verbunden, wie F i g. 9 zeigt.

F i g. 9 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels einer Meß- und Anzeigeeinrichtung der Vorrichtung, die zur Messung der Geschwindigkeit eines Gasstroms zusammen mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung geeignet ist. 18 ist eine Buchse entsprechend dem Stecker 17. Das elektrische Ausgangs-' signal der Vorrichtung wird über die Teile 17, 18 zu einem Linearisierungsverstärker 151 geleitet, der die Meß- und Anzeigeeinrichtung 15 versorgt. Der Linearisierungsverstärker 151 ist in bekannter Weise aufgebaut und besitzt einen Vorverstärker 1511, der das Ausgangssignal der Vorrichtung gemäß der Erfindung verstärkt, einen Näherungskreis 1512, der eine abschnittsweise lineare Annäherung zwischen 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 direkte Ablesung der Gasgeschwindigkeit besitzt. Die Energiequelle 16 versorgt den Heizdraht/ und ist in geeigneter Weise mit den Leitungen 65 und 75 verbunden.

Bei der Benutzung wird der Stecker 17 in die entsprechende Buchse 18 gesteckt. Das empfindliche 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 Einflusses der Temperatur des Gasstroms entspricht. Diese Ausgangsspannung wird auf die Einrichtung 15 gegeben, die auf Grund ihres Linearisierungsverstärkers 15! eine im wesentlichen linearisierte Gasgeschwindigkeitsempfindlichkeit liefert und eine direkte Ablesung der Gasgeschwindigkeit entsprechend der Ausgangsspannung der Anzeigeeinrichtung 152 ermöglicht. Obwohl die Energiequelle 16 als

Gleichspannungsquelle in F i g. 9 gezeigt ist, kann statt dessen auch eine Wechselspannungsquelle ohneirgendeine nachteilige Einwirkung auf die Arbeitsweise der Vorrichtung verwendet werden.

Die Kompaktheit des Anemometers geht aus einem

»° Beispiel für ein typisches Vorderende hervor.

Beispiel

Dünne

Metallstäbe 6,7: 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 1 mm lang.

Elektrischer

Heizdraht 10: Chromnickeldraht mil einem ^J5 " Durchmesser von 0,05 mm und

einer Länge von etwa 2,5 mm. Dünner

Metalldraht 11· Chromeldraht mit einem Durchmesser von 0,027 mm und einer Länge von etwa 4 mm.

Dünner

Metalldraht 12· Alumeldraht mit einem Durchmesser von 0,027 mm und einer Länge von etwa 3 mm. Dünner

Metalldraht 13: Chromeldraht mit einem D_rcnmesser von 0,027 mm und einer Länge von etwa 2 mm.

Es wurde die Gasgeschwindigkeits-Ausgans^signalkennlinie einer Vorrichtung entsprechend dem obigen Beispiel untersucht; diese ist in Fig. 10 aiu*.geben, in der die Abszisse in logarithmischem Mal:'ab die Gasgeschwindigkeit und die Ordinate in louuithmischem Maßstab das Ausgangssignal angiK. Wie durch die gerade Linie Z gezeigt ist, besitzt d;c Vorrichtung einen Gasgeschwindigkeitsindex /1 0,39, der stabil ist und eine Gasgeschwindigkeits-Au-gangsbeziehung hoher Genauigkeit liefert.

Die vorderen Teile 62 und 72 der Stäbe 6 und 7 (Fig. 7, 8) sind parallel zueinander gebogen, ο daß, wenn es erwünscht ist, eine Vorrichtung herzb-.teilen, die einen Heizdraht 10 mit unterschiedliche ι Länge aufweist, der gewünschte Abstand zwischen den vorderen Teilen, der der Länge des Heizdrahis entspricht, durch bloße axiale Verschiebung der Schaftteile 63 und 73 relativ zueinander erzielt ».erden kann.

Da das empfindliche vordere Ende der Vorrichtung auf einer Linie liegt, die im wesentlichen senkrecht zu den Schaftteilen verläuft, nimmt es nur einen sehr schmalen Raum in Richtung des zu messenden Gasstroms ein. Dies erleichtert die Messung der Gasgeschwindigkeit in einem schmalen Raum besonderer Form, in dem die Vorrichtung quer zu dem Gasstrom eingeführt wird. Eine solche Einführung ist nötig, wenn der rückwärtige Strom z. B. eines Strahlers gemessen werden soll. In diesem Fall kann der Halter 14 der Verrichtung mit der Hand gehalten werden,

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

Es wird nun an Hand der Fig. Π 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 Chromel 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 Drahr 12, z. B. aus Alumel, ist mit dem vorderen Ende»120 des Drahts 11 verbunden, wodurch das strömungsempfindliche 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 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. Π gezeigt ist. Auf diese Weise bilden die Drähte 12 und 13 das TemperatTirkompensationsthermoelement.

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 Ausruhrungsform möglich, wenn der Stab

80, an dem ein Ende des Eirahts 13 befestigt 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 temperaturempfindliche 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 des Temperaturkompensationsthermoelements in Strömungsrichtung oberhalb des Heizdrahts 10 liegt, wird die Verbindungsstelle 131 nicht durch den erwärmten Gasstrom des Heizdrahts 10 gestört und ist »o 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.
»5 Die besondere Lage der Verbindungsstelle 131 be seitigt 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 U 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-Ausgangssignalkennlinie 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 Möglichkeit, 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 Ausrührungsbeispielen ist die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des strömungsempfindlichen Thermoelements nicht 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 Metalistäbe 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)

1 2 Patentansprüche- Energiequelle angeschlossen sind und deren andere __ f) Enden ein elektrischer Heizdraht verbindet, einem

1. Thermoelektrisches Anemometer mit zwei mit dem mittleren Bereich des Heizdrahts in wärme- 4- fl im Abstand voneinander angeordneten stabför- leitender Verbindung stehenden ersten Thermoele- ; ^ migen metallischen Halterungen, die an ihrem 5 ment aus einem ersten und einem zweiten Draht, die ζ ^ einen Ende an eine elektrische Energiequelle an- aus unterschiedlichen Metallverbindungen bestehen, j g geschlossen sind und deren andere Enden ein und einem zweiten Thermoelement aus dem zweiten ρ ^ elektrischer Heizdraht verbindet, einem mit dem und einem dritten Draht, die aus unterschiedlichen ; ^ mittleren Bereich des Heizdrahtes in wärme- Metallverbindungen bestehen, wobei der erste und r _£ leitender Verbindung stehenden ersten Thermo- io der dritte Draht aus dem gleichen Material bestehen | ^ element aus einem ersten und einem zweiten und die nicht mit dem zweiten Draht verbundenen ί · Draht, die aus unterschiedlichen Metallverbin- Enden des ersten und dritten Drahts über zwei stab- ί düngen bestehen, und einem zweiten Thermo- förmige Halterungen mit einer Meß- und Anzeige- J element aus dem zweiten und einem dritten vorrichtung verbunden sind. Es dient zur Ermittlung

Draht, die aus unterschiedlichen Metallverbin- 15 der Geschwindigkeit eines Gasstroms, indem der

düngen bestehen, wobei der erste und der dritte elektrische Heizdraht, der durch einen elektrischen

Draht aus dem gleichen Material bestehen und Strom erhitzt wird, durch einen Gasstrom, dem er |

die nicht mit dem zweiten Draht verbundenen ausgesetzt wird, gekühlt wird und die Temperatur |

Enden des ersten und dritten Drahtes über zwei des Heizdrahts mittels eines Thermoelements ge- |

stabförmige Halterungen mit einer Meß- und ao messen wird. ΐ

Anzeigevorrichtung verbunden sind, d a d μ r c h Eine derartige Vorrichtung mit zwei Thermoele- |

gekennzeichnet, daß die mit dem elektri- menten, von denen eines auf die Temperatur des jj

sehen Heizdraht (10) verbundenen Enden (60,70) elektrischen Heizdrahts anspricht, während das j

der stabförmigen Halterungen (6,7) abgeschrägt andere nur auf die Temperatur des Gasstroms an- ;

und ihre vorderen Abschnitte (62, 72) abgebogen 25 spricht, ist bekannt (USA.-Patentschrift 2 849 880). j

sind und im Abstand voneinander parallel zuein- Um die Teinperaturänderung des Heizdrahts, die |

ander verlaufen, während ihre anderen Enden durch die Temperaturänderung der Gasströmung !

(63,73) zusammen mit den stabförmigen Halte- verursacht wird, zu kompensieren und eine genaue ;

rungen (8, 9) für den ersten und dritten Draht Ermittlung ausschließlich der Temperaturänderung

(11,13) jeweils elektrisch voneinander isoliert zu 30 des Heizdrahts durchzuführen, sind diese Thermo-

einem Bündel zusammengefaßt sind, und daß elemente in Reihe und gegeneinander geschaltet, so

ein Ende einer der letzten Halterungen (8,9) daß die EMK des ersten Thermoelements durch die außerhalb der Ebene liegt, die durch die vorde- EMK des Temperaturkompensationsthermoelements

ren Abschnitte (62, 72) der Halterungen (6, 7) korrigiert wird. Das Anemometer ist in einer Venturi-

und den Heizdraht (10) gebildet wird, und so ge- 35 Blende fest angeordnet, weshalb sich dieses Anemo-

richtet ist, daß es schräg zu den gebogenen vorde- meter nicht zur genauen Messung örtlicher Gas- ~>

ren Abschnitten (62, 72) der stabförmigen Halte- gesehwindigkeiten eignet.

rungen (6,7) verläuft. . Diese und andere bekannte Vorrichtungen weisen

2. Anemometer nach Anspruch 1, dadurch ge- ferner den Nachteil auf, daß die Temperalurkompenkennzeichnet, daß die vorderen Abschnitte (62, 40 sation ungenau ist, da das Temperaturkompensa-72) rechtwinklig abgehoben sind. tionsthermoelement über Wärmestrahlung und den

3. Anemometer nach Anspruch 1 oder 2, da- Gasstrom vom Heizdraht wieder beeinußt wird. Bei durch gekennzeichnet, daß die temperaturemp- bekannten Anemometern wird außerdem der zu findliche Verbindungsstelle (131) des zweiten messende Gasstrom nicht unerheblich gestört. Ins-Thermoelements vor dem Heizdraht (10), bezo- 45 besondere sind mit den bekannten Anemometern gen auf die Längsrichtung der vorderen Ab- Luftgeschwindigkeitsverteilungen, wie sie hinter schnitte (62, 72) der Halterungen (6,7), liegt. einem Kraftfahrzeugkühler, an der Auslaßöffnung

4. Anemometer nach Anspruch 1, 2 oder 3, da- eines Heizkörpers, eines Luftkühlers oder eines Entdurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite frosters auftreten, nicht genau meßbar.

Draht (11,12) direkt mit dem Heizdraht (10) an 50 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einer einzigen Stelle im wesentlichen in dessen Anemometer der eingangs genannten Art anzugeben, Mitte verbunden ist. mittels dessen Messungen örtliche Gasstromgeschwin-

5. Anemometer nach Anspruch 1, 2 oder 3, digkeitsverteilungen mit hoher Genauigkeit auch in dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite einem sehr engen Raum und ohne wesentliche Stö-Draht(ll, 12) nahe dem Heizdraht (10) mitein- 55 rung des Gasstroms ermöglicht werden.

ander verbunden sind. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch·

6. Anemometer nach einem der Ansprüche I gelöst, daß die mit dem elektrischen Heizdraht verbis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht bundenen Enden der stabförmigen Halterungen ab-(10) zwischen den Enden (60,70) der stabförmi- geschrägt und ihre vorderen Abschnitte abgebogen gen Halterungen (6,7) geradlinig und senkrecht 60 sind und im Abstand voneinander parallel zueinzum Gasstrom gespannt ist. ander 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,

Die Erfindung bezieht sich auf ein thermoelektri- 65 und daß ein Ende einer der letzteren Halterungen ies Anemometer mit zwei im Abstand vonoin- außerhalb der Ebene liegt, die durch die vorderen Jer angeordneten stabförmigen metallischen Halte- Abschnitte der Halterungen und den Heizdraht geigen, die an ihrem einen Ende an eine elektrische bildet wird, und so gerichtet ist, daß es schräg zu den