DE3415507A1

DE3415507A1 - Konstanttemperatur-anemometer

Info

Publication number: DE3415507A1
Application number: DE19843415507
Authority: DE
Inventors: Kenneth J. Minneapolis Minn. Kolodjski
Original assignee: TSI Inc
Current assignee: TSI Inc
Priority date: 1983-05-16
Filing date: 1984-04-26
Publication date: 1984-11-22
Also published as: US4503706A; DK175884D0; JPS59212774A; DK175884A

Description

Konstanttemperatur-Anemometer oder CTAs sind in der Technik bekannt. In derartigen Vorrichtungen dient ein erwärmtes Widerstandselement als ein Meßelement in einem Windkanal. Das Meßelement hat einen Widerstandstemperaturkoeffizienten und wird bei einem konstanten Widerstand und somit bei einer konstanten Temperatur gehalten«

Bei typischen Vertretern bekannter Konstanttemperatur-Anemometer ist der Fühler in einem Zweig einer Brückenschaltung angeordnet, bei Verwendung eines Rückkopplungskreises einschließlich eines Verstärkers zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts der Brücke. Ein Beispiel eines solchen Anemometers ist in Fig. 1 gezeigt, in der ein Fühlerelement oder ein Fühler mit 10 bezeichnet ist und einen Zweig einer Brücke bildet, während die anderen Brückenzweige von Widerständen 11 bis 13 gebildet sind. Die Eingänge und Ausgänge des Operationsverstärkers 14 sind mit der Brücke zusammengeschaltet.

Der Brückenzweig des Fühlers 10 kann als mit dem Zweig des Widerstandes 11 in Reihenschaltung verbunden angesehen werden, wobei die Verbindung zwischen ihnen an den invertierenden Eingang des Verstärkers 14 angeschlossen ist. In ähnlicher Weise ist der Zweig des Widerstandes 12 als mit dem Zweig des Widerstandes 13 in Reihenschaltung verbunden anzusehen,

wobei die Verbindung zwischen ihnen an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 14 angeschlossen ist. Der Fühler 10 und Widerstand 11, die in Reihenschaltung miteinander verbunden sind, sind in Parallelschaltung mit den hintereinander geschalteten Widerständen 12 und 13 verbunden, wobei die Verbindung zwischen dem Zweig des Widerstandes 11 und dem Zwe,ig des Widerstandes 12 an den Ausgang des Operationsverstärkers 14 angeschlossen sind. Die Verbindung zwischen dem Zweig des Fühlers 10 und dem Zweig des Widerstandes 13 ist geerdet.

Die Schaltungselemente sowie ihre gegenseitige Verbindung, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 1 diskutiert wurden, sind in der Technik bekannt. Es ist ebenfalls bekannt, variable Elemente als die in Fig. 1 gezeigten Schaltungselemente oder zusätzlich zu ihnen zu verwenden. Die vorliegende Erfindung verwendet ein derartiges variables Element, ein Potentiometer, in einer Weise, die neuartig ist und gegenüber bekannten Vorrichtungen Vorteile erbringt.

Bekannte Schaltungselemente haben Temperaturkoeffizienten, die von Element zu Element schwanken können. So können veränderliche Bedingungen die Beziehung zwischen den Schaltungselementen und demzufolge den Zustand der Brücke in Abhängigkeit von den thermischen Charakteristika der Elemente verändern. Die vorliegende Erfindung vermindert die Auswirkungen

derartiger Veränderungen in den Bedingungen durch Austausch der Widerstandselemente von zwei der Brückenzweige gegen ein leitendes Kunststoffpotentiometer, das wenigstens einen Teil des Widerstandes in jedem der zwei Zweige aufbaut. Auf diese Weise kann durch Einstellung des Potentiometers ein Verhältnis zwischen den Widerständen der Zweige eingestellt werden. Außerdem hält das Potentiometer, obwohl es einen bedeutenden Temperaturkoeffizienteη haben mag, das einmal erstellte Verhältnis bei größerer Toleranz aufrecht. Ein bei der vorliegenden Erfindung verwendetes Potentiometer hat einen Temperaturkoeffizienten von annähernd -500 ppm/°C, während es ein eingestelltes Verhältnis bei annähernd -20 ppm/°C aufrechterhält. Außerdem gestattet die vorliegende Erfindung den Betrieb der Brücke, sowie eine Messung des Widerstandes des Fühlers.

Es zeigen:

Fig. 1 ein bekanntes Konstanttemperatur-Anemometer,

Fig. 2 eine Abwandlung des Konstanttemperatur-Anemometers nach Fig. 1 gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Erweiterung der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 2.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung in Form einer Abwandlung der bekannten Ausführungsform nach Fig. Innerhalb der einzelnen Figuren bezeichnen durchweg gleiche Bezugszeichen gleiche Schaltungselemente. In Fig. 2 ist ein Zweig einer Anemometer-Brückenschaltung, welcher den Fühler 10 enthält, in Reihenschaltung verbunden mit einem Zweig, der einen Widerstand 11 enthält, wobei die Verbindung zwischen den Zweigen des Fühlers 10 und des Widerstandes 11 an die invertierende Eingangsklemme eines Operationsverstärkers 14 angeschlossen ist. Jedoch sind in der Ausführungsform nach Fig. 2 der dritte und der vierte Zweig durch ein Potentiometer 15 gebildet, welches einen Schleiferarm 16 enthält, der an die nicht invertierende Klemne des Operationsverstärkers 14 angeschlossen ist. Das Potentiometer 15 errichtet einen dritten und vierten Zweigwiderstand und gewährleistet eine gleichzeitige Einstellung dieser Widerstände. Zusätzlich kann das Potentiometer 15 bei Temperaturwechseln eine engere "Verhältnis"-Toleranz aufrechterhalten als einen Widerstandswert. Auf diese Weise verschafft die Verwendung eines Potentiometers der Schaltung eine größere Stabilität. Der Kontaktwiderstand des Schleiferarms 16 hat auf die Gesamt anordnung nur eine geringe Auswirkung, da der Operationsverstärker 14 eine hohe Eingangsimpedanz hat.

Zusätzlich zu der größeren Temperaturstabilität, wie oben beschrieben, gestattet die Ausführungsform nach Fig. 2 auch

die Bestimmung des Arbeitswiderstandes der Brückenschaltung sowie auch eine Messung des Widerstandes des Fühlers 10. Normalerweise legt der Widerstand der Widerstände 11 bis 13 (siehe Fig. 1) den Arbeitswiderstand der Fühlerschaltung fest. Da jedoch eine einzige Einstellung zwei dieser Widerstände in der Ausführungsform nach Fig. 2 festlegt, ergibt eine Messung des Verhältnisses der beiden durch das Potentiometer in der Ausführungsform nach Fig. 2 festgelegten Widerstände den tatsächlichen Arbeitswiderstand in Abhängigkeit lediglich von dem Widerstand 11.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 2 und enthält nur die dritten und vierten Zweige der Brückenschaltung in Form des Potentiometers 15. Das obere Ende des Potentiometers 15 ist mit einem Schalter 20 und mit einem Paar Schaltarme 21a und 21b eines fünfpoligen Umschalters 21 verbunden. In ähnlicher Weise ist das untere Ende des Potentiometers 15 mit einem Schalter 23 und einem Paar Schaltarme 21d und 21e verbunden. Der Schleiferarm 16 ist mit einem Schalterarm 21c verbunden. Die Schaltkontakte für die Schalterarme 21a und 21e sind mit einer Energiequelle 27 verbunden, während die Kontakte für die Schalterarmschalter 21b, 2d und 21c mit einem Analog-Digital-Umsetzer 28 verbunden sind. Der Schalter 21b ist an die V_„„-Klemme des Umsetzers 28 angeschlossen, während

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der Schalter 21d an die V_IN-Klemme des Umsetzers angeschlossen ist. Der Schalter 21c ist an die Erdklemme des Umsetzers 28 angeschlossen. Der Ausgang des Umsetzers 28

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ist an ein LED-Display 29 angeschlossen.

Der Analog-Digital-Umsetzer 28 kann von der Art sein, wie sie auf Seite 4-139 etc. in dem INTERSIL Data Book, 10710 North Tantau Avenue, Coopertino, California 95014 für ein ICL 8052/ICL 71CD3-Chip beschrieben ist. Das LED-Display wird schematisch verbunden mit dem Analog-Digital-Umsetzer 28 auf Seite 4-143 und 4-147 dieser Veröffentlichung offenbart.

Wenn angeschlossen, erzeugt der Analog-Digital-Umsetzer 28 als Ausgang ein Verhältnis des über den Schalter 21d übertragenen Signals zu dem über den Schalter 21b übertragenen. Wenn die Schalter 21a, 21b, und 21c, 21d und 21e geschlossen und die Schalter 20 und 23 offen sind, so entspricht dies einem Verhältnis der Spannung des Teiles des Potentiometers 15 entsprechend den Widerständen 12 und 13. Wenn die Energiezufuhr 27 eine Energie bei konstanter Spannung ist, so entspricht dies direkt einem Verhältnis von Widerständen, von welchem der Arbeitswiderstand der Brückenschaltung nach Fig. direkt bestimmt werden kann. Es kann effektiv ein LED-Display, wie beispielsweise bei 29, verwendet werden, um eine direkte Anzeige des Arbeitswiderstandes zu erzeugen. Durch Schließen der Schalter 20 und 23 und Öffnen der verbleibenden Schalter 21a bis 21e kann die Brücke durch Bewegen des Schleiferarms des Potentiometers 15 ausgeglichen werden. An diesem Punkt können die Schalter 20 und 23 geöffnet und die anderen Schalter

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geschlossen werden, um eine direkte Anzeige des Widerstandes des Fühlers 10 zu erzeugen (unter Einbeziehung des Widerstandswertes des Widerstandes 11). Der Fühler 10 kann von der in dem Katalog von 1978 der TSI Incorporated, 500 Cardigan Road, P.O.Box 43394, St. Paul, Minnesota 55164 auf den Seiten 33 bis 75 beschriebenen Art sein.

Es sind offensichtlich in Kenntnis der obigen Lehren zahlreiche Abwandlungen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung möglich. Es kann beispielsweise ein Potentiometer zur Beistellung der Widerstandselemente in jedem der zwei Brückenschaltungszweige verwendet werden. Es ist daher darauf hinzuweisen, daß die Erfindung innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche anders als hier im einzelnen beschrieben zur Ausführung gelangt.

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Claims

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1.) Konstanttemperatur-Anemometer mit einer Bruckenschaltung, die gebildet ist aus einem ersten Zweig, einem in Reihenschaltung mit dem ersten Zweig verbundenen zweiten Zweig und einem dritten und vierten Zweig, die in Reihenschaltung miteinander und in Parallelschaltung mit dem ersten und dem zweiten Zweig verbunden sind, wobei der erste Zweig einen Fühler enthält· und der zweite, der dritte und der vierte Zweig Widerstände enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände des dritten und des vierten Zweiges Einrichtungen zur gleichzeitigen Einstellung des Widerstandes

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des dritten und des vierten Zweiges enthalten.

2. Konstanttemperatur-Anemometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Einstellvorrichtung ein Potentiometer enthält, das wenigstens einen Teil der Widerstände des dritten und des vierten Zweiges bildet.

3. Konstanttemperatur-Anemometer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Spannungsteilermittel, Energiezuführmittel und Mittel zur wahlweisen Verbindung des dritten und des vierten Zweiges miteinander innerhalb der Brückenschaltung, sowie mit dem Spannungsteilermittel und dem Energiezufuhrmitte1.

4. Konstanttemperatur-Anemometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß das Spannungsteilermittel einen Analog-Digital-Um-

setzer enthält,der an eine Displayeinrichtung gekoppelt ist.

5. Konstanttemperatur-Anemometer mit einer Brückenschaltung, die erste und zweite Zweige enthält, welche an einer ersten Verbindungsstelle in Reihenschaltung miteinander verbunden sind, sowie dritte und vierte Zweige, die an einer zweiten Verbindungsstelle in Reihenschaltung miteinander verbunden und mit den ersten und zweiten Zweigen an einer dritten Verbindungsstelle zwischen den ersten und vierten Zweigen in Parallelschaltung verbunden sind, wobei der erste Zweig einen Fühler enthält, und der zweite, dritte und vierte Zweig Widerstände enthalten und auch Verstärkungseinrich-

tungen aufweisen, deren Eingänge mit den ersten und zweiten Verbindungsstellen zusammengeschaltet sind/ und deren Ausgang mit der dritten Verbindungsstelle zusammengeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandseinrichtungen der dritten und vierten Zweige ein Potentiometer enthalten mit einem Schleiferarm, der die zweite Verbindungsstelle festlegt.

6. Konstanttemperatur-Anemometer nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Spannungsteilermittel, Energiezuführmittel und Mittel zum wahlweisen Zusammenschalten der dritten und vierten Zweige innerhalb der Brückenschaltung, sowie mit dem Spannungsteilermittel und dem Energiezuführmittel.

7. Konstanttemperatur-Anemometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsteilermittel einen Analog-Digital-Umsetzer enthält, der an eine Displayeinrichtung gekoppelt ist.

8. Konstanttemperatur-Anemometer nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Bestimmung des Widerstandsverhältnisses des Potentiometers und Einrichtungen zum wahlweisen Zusammenschalten des Potentiometers innerhalb der Brückenschaltung sowie mit der Verhältnisbestimmungseinrichtung .

9. Konstanttemperatur-Anemometer nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mit dem dritten und vierten Zweig wahlweise verbindbare Einrichtungen zur Bestimmung des Arbeitswiderstandes der Brückenschaltung«

10. Konstanttemperatur-Anemometer nach Anspruch 5/ gekennzeichnet durch mit dem dritten und vierten Zweig wahlweise verbindbare Einrichtungen zum Messen des Widerstandes der Fühlereinrichtung«