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"Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungs geschwindigkeit und Strömungsrichtung
von Gasen und Flüssigkeiten" Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung
der Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung von Gasen und Flüssigkeiten unter
Verwendung von stromdurchflossemen, temperaturabhängigen Widerständen als Meßsonden
an der Spitze eines in den Meßraum hineinragenden, die Zuleitungen fübrenden Haltestabes.
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Eine derartige Vorrichtung zur Bestimmung der Strämungsgeschwindigkeit
mit Hilfe eines temperaturabhängigen Widerstandes an der Spitze eines Haltestabes,
umgeben von einem zylinderförmigen Rohrstück ist bekannt, die Ergebnisse der damit
vorgenommenen Messungen sind jedoch wenig zufriedenstellend, da sie-kcine absolute
Meßgröße, sondern nur einen Richtwert liefern Rowaen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche
eine genaue und reproduzierbare Bestimmung der Strömungsgeschwindlgkeit zuläßt und
gleichzeitig eine Feststellung der Strömungsrichtung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst} daS eine Meßsonde
in einem zylinderförmigen, auf einer Stirnseite geschlossenen und an dem Haltestab
befestigten Hohlkörper angeordnet und zusammen mit diesem drehbar ist.
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Der Meßeffekt dieser Anordnung beruht darauf, daß von einem aufgeheizten
temperaturabhängigen Widerstand Wärme an das vorbeiströmende
Medium
abgegeben wird und sich deshalb der Widerstandswert ändert. Dieser temperaturabhängige
Widerstand ist in einem Zweig einer Widerstandsmeßbrücke angeordnet, deren Brückenspannung
durch Änderung des Zweigwiderstandes verändert wird. Die Größe der Brückenspannung
ist von der Intensität der Kühlung bzw. von der Geschwindigkeit, der Temperatur
und der Art des die Sonde umstromenden Mediums abhängig. Ist die Sonde in bekannter
Art von einem beidseitig offenen zylindrischen Rohr umgeben, so ist in einem Bereich
von - 70 keinerlei Richtwirkung festzustellen, was damit zu erklären ist, daß in
diesem Bereich die Strömung an der Rchrinnen- und -außenseite gleich bleibt und
nur die Richtung ändert, was auf die Intensität der Kühlung keinen Einfluß hat Ist
der temperaturabhä.nige Widerstand hingegen gemäß der Erfindung von einem zylinderförmigen.
auf einer Stirnseite geschlossener Hchkl@rper umgeben, so herrscht in dessen Innerem
keine Strömung und die erzeugte Wärme wird nur über die Außenflächen des Holllkörpers
an das vorbeiströmende Mediuni abgegeben.
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Ein Maß für die Wärmeabgabe ist die der Strömung dargebotene Fläche,
d.1i. die Projektion des Hohlkörpers auf eine zur Strömungsrichtung senkrecht stehende
Ebene. Diese Fläche ist am geringsten, wenn die Mittelachse des Hohlkörpers parallel
zu Strömungsrichtung liegt. Diese Richtung ist durch Drehen des Hohlkörpers b?.
des Haltestabes feststellbar.
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Für die Bestin,mung der Strömungsgeschwindigkeit ist neben der Art
des die Sonde umströmenden Mediums auch dessen Temperatur maßgebend, da ein kühleres
Mediuin mehr Wärme abführen kann als ein wärmeres. Deshalb ist erfindwigsgemäß vorgesehen,
daß in unmittelbarer Nähe der Meßsonde ein Temperaturfülller angeordnet ist.
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Die vom Temperaturfühler gemessene Temperatur wirkt auf die Menbrücke
derart ein, daß deren Empfindlichkeit riiit sich andernder
Temperatur
so verändert wird, daß bei konstanter Geschwindigkeit des Hediuns die Verstimmung
der Brücke konstant bleibt.
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Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß der
Temperaturfühler gemeinsam mit der meßsonde und dem sie umgebenden Hohlkörper an
dem drehbaren Haltestab angebracht ist.
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Eine weitere }töblicHçeit nach der Erfindung besteht darin, an einem
nicht drehbaren Haltestab drei Sonden so anzuordnen, daß die Elittelachsen ihrer
Hohlkörper jeweils um 1200 zueinander versetzt sind und die geschlossenen Stirnseiten
dem gemeinsamen Mittelpunkt der Achsen zugewendet sind. Nit einer derartigen Anordnung
ist es ohne Drehung desselben unter Zuhilfenahme einer rechnergesteuerten Meßwerterfassung
und -verarbeitung möglich, die jeweiligen Werte für Strömungsoichtung und -geschlfindigkeit
digital anzuzeigen, fortlaufend auszudrUcken u.s.w.
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In der Zeichnung ist eine derartige drehbare Meßsonde schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht in natürlicher Größe und Fig. 2 einen
Querschnitt durch den Sondenkopf.
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Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform nach der Erfindung etwa in natürlicher
Größe. Die Wänd 1 des Gehäuses, in welches die Meßsonde hineinragt, ist im Schnitt
angedeutet. Der Haltestab 2 ist mit einem Flansch 3 an dieser Wand befestigt. In
einer zentralen Bohrung des Haltestabes 2 ist ein Rohr 4 drehbar gelagert, welches
mit einem flanschartigen Ende 5 am Flansch 3 anliegt.
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Am Flansch 3 kann eine Skala angebracht sein, welche eine Ablesung
der Verdrehung zwischen Rohr 4 und Haltestab 2 gestattet.
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Aus einer exzentrischen Bohrung des Haltestabes 2 ragt ein Thermoelement
6.
Am Ende des aus dem haltestab 2 herausragenden Rohres 4 ist ein zylinderförmiger,
auf einer Stirnseite geschlossener Hohlkörper 7 angebracht.
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In Fig. 2 jst die Sonde vergrößert und im Schnitt dargestellt.
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Man erkennt den Haltestab 2, das in ihm drehbar gelagerte Rohr 4 und
den Hohlkörper 7 sowie das Thermoelement 6. Im Rohr 4 befindet sich ein Isolierkörper
8, in welchem die Zuleitungen 9 und 10 des temperaturabhängigen Widerstandes 11
geführt werden, welcher sich am Ende des Isolierkörpers 8 etwa im Kreuzungspunkt
der Rohr- und der Hohlkörperachse befindet.
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Der temperaturabhängige Widerstand 11, hier ein lleiB.leiter, sowie
das Thermoelement 6 sind Teile einer nicht dargestellten elektrischen Widerstandsmeßbrücke.
Der temperaturabhängige Widerstand 11 wird auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt,
bei Messungen an Motorenölen, z.B. auf etwa 2500 C bis 3000 C. Die Temperatur darf
nur so hoch sein, daß der Zersetzungspunkt des zu messenden Mediums nicht erreicht
wird. Das die Sonde bzw.
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den Ifohlkörper 7 umströmende Medium führt nun je nach seiner Temperatur,
Geschwindigkeit und Strömungsrichtung eine bestimmte Wärmemenge ab, wodurch der
temperaturabhängige Widerstand 11 seinen Widerstandswert (bezogen auf Strömungsgeschwindigkeit
Null) ändert. Je größer nun die Strömungsgeschwindigkeit ist, um so mehr wird die
Widerstandsbrücke verstimmt und es tritt eine Brückenspannung auf, welche ein thß
für die StrömungBgeschwindigkeit darstellt. Der Einfluß der Temperatur des Mediums
wird durch das Thermoelement eliminiert. Die Verstimmung der Brücke ist am geringsten,
wenn die Strömungsrichtung des Mediums parallel zur Achse des Hohlkörpers 7, in
Fig. 2 durch einen Pfeil angedeutet, verläuft.
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Die Strömungsrichtung wird so gemessen, daß das Rohr 4 mit dem hohlkörper
7 in die Richtung gedreht wird, bei welcher die
Brückenspannung
ein Minimum erreicht. Diese Richtung ist auf der Skala an Flansch 3 ablesbar. Die
Strömungsgeschwindigkeit ergibt sic dann aus der höhe der Brückenspannung bei dieser
Richtungseinstellung. Selbstverständlich muß infolge der großen Exemplarstreuungen
bei Heißleitern jeder Heißleiter im entsprechenden zu messenden Medium vorher geeicht
werden.