<Desc/Clms Page number 1>
Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit strömender Gase
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit strömender Gase, insbesondere der Windgeschwindigkeit mit einem durch Stromdurchgang erwärmbaren Hitzdraht, der dem Gas, dessen Geschwindigkeit zu messen ist, ausgesetzt wird.
Es sind Windmesser bekannt, die nach dem Prinzip arbeiten, dass ein elektrisch geheizter Draht dem Wind oder dem strömenden Gas ausgesetzt wird und die Abkühlung des Drahtes-die Temperatur- verringerung-als Mass für die Windgeschwindigkeit bzw. die Geschwindigkeit des strömenden Gases bestimmt wird. Diese Hitzdrahtanemometer haben gegenüber den Schalenkreuz-Anemometern den Vorteil einer höheren Ansprechempfindlichkeit, im besonderen bei kleinen Wind- oder Gasgeschwindigkeiten, sowie einer grösseren Ansprechgeschwindigkeit an sich. Anderseits haben diese Hitzdraht-Anemometer aber den Nachteil, dass die Anzeige sehr stark unlinear ist.
Weiters kann die Ansprechgeschwindigkeit infolge der Wärmekapazität der Drahtbefestigung und des Drahtes selbst nicht beliebig gesteigert werden und ausserdem muss das Gerät vor jeder Messung justiert oder eingeregelt werden, da jede Änderung der Gastemperatur und den Feuchtigkeitsgehaltes, insbesondere der Luft, andere Wärmeleitwerte zur Folge hat und in die Messung eingeht, eben wie Änderungen in der Heizung des Hitzdrahtes.
Die Mängel der bisher bekannten Arten der Messung von Gas- oder Luftgeschwindigkeiten können dadurch beseitigt werden, dass gemäss der Erfindung die Vorrichtung aus einer elektrischen Brückenschaltung, in deren einem Zweig der durch Stromdurchgang beheizbare Draht liegt, aus einem von der Brükkenquerspannung gesteuerten Verstärker, von dessen Ausgang der Brückenlängsstrom geliefert wird, und aus einem Messgerät zur Bestimmung der Änderung des Brückenlängsstromes besteht. In Abänderung die- ser Konstruktion weist nach einem andern Merkmal der Erfindung die Vorrichtung ein zur Bestimmung der Temperatur des beheizbaren Drahtes dienendes Thermoelement, einen in an sich bekannter Weise von diesem gesteuerten Verstärker, an dessen Ausgang der Hitzdraht liegt, und ein Messgerät zur Bestimmung der Änderung des den Draht durchfliessenden Stromes.
Wohl ist er bei Temperaturmessanlagen mit mehreren Thermoelementen bekannt, zur Erhöhung der anzuzeigenden Spannungen Verstärker zwischen die Thermoelemente und die Anzeigegeräte zu schalten. Dieser Vorschlag an sich löst aber noch nicht das eingangs erwähnte, der Erfindung zugrunde liegende Problem.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, welche in den beiden Figuren zwei Ausführungsbeispielc der erfindungsgemässen Vorrichtung in schematischer Darstellung zeigt.
In dem in Fig. l gezeigten Schaltbild ist der Hitzdraht mit H Dr bezeichnet. Dieser Draht ist aus einem Material hergestellt, das einen grossen Temperaturkoeffizienten hat und besitzt einen sehr kleinen Durchmesser. Zu seiner Erwärmung genügt daher ein sehr geringer Strom. Die Halterung des Drahtes tragen die Bezugszeichen H 1 und H 2. Der Hitzdraht H Dr gehört zu einer elektrischen Widerstandsbrücke mit den Widerständen Ri, und Ra. Der die Brücke durchfliessende Längsstrom, welcher sich über die beiden Zweige R1'R Rbzw.
Rg und H Dr verteilt und den Hitzdraht erwärmt, wird von einem Verstärker V geliefert, dessen Eingang mit den beiden Abgriffen zwischen den Widerständen Ri
<Desc/Clms Page number 2>
und R2 bzw. zwischen Hg und dem Hitzdraht H Dr verbunden ist. Der Verstärker V wird demnach von der Brückenquerspannung gesteuert. In jenem Zweig der Brücke, in welchem sich der Hitzdraht H Dr befindet, ist ein Messgerät - ein Strommesser - angeordnet, der mit M bezeichnet ist.
Zum Ausgleich der Umgebungstemperatur kann in einem der beiden Brückenzweige ein temperaturabhängiger Widerstand angeordnet sein (nicht dargestellt) bzw. kann einer der drei zusammen mit dem Hitzdraht 1I Dr die Brücke bildenden Widerstände 1\. R, Rg durch einen temperaturabhängigen Widerstand ersetzt sein.
Zur Erklärung der Wirkungsweise sei angenommen, dass sich der Hitzdraht vorerst in ruhender Luft bzw. in ruhendem Gas befindet. Dies kann beispielsweise durch Überschieben einer entsprechend grossen, Wärme nicht reflektierenden Hülse über den Hitzdraht und die Halterungen bewirkt werden. Mit dem Einschalten des Verstärkers liefert dieser einen Strom, der über die beiden Brückenzweige fliesst und die Erwärmung des Hitzdrahtes herbeiführt.
Infolge des grossen Temperaturkoeffizienten, den der Hitzdraht bezüglich seines ohmschen Widerstandes im Interesse einer hohen Empfindlichkeit haben muss, ist die Brücke während der Anheizzeit des Hitzdrahtes stark unausgeglichen : die hiebei zwischen R und R2 einerseits und Rs und H Dr auftretende Querspannung bewirkt, dass der Verstärker einen hohen Strom liefert, welcher mit zunehmender Temperatur des Hitzdrahtes so wie auch die Querspannung abnimmt und bei Erreichen der Nenntemperatur des Hitzdrahtes, wobei die Querspannung Null wird, einen bestimmten Wert erreicht. Die Nenn-Stromstärke und damit die gewünschte Betriebstemperatur des Hitzdrahtes kann am Verstärker eingestellt werden.
Das Messgerät zeigt diese Stromstärke an, welche der Strömungs- insbesondere Windgeschwindigkeit Null entspricht. Wird der Hitzdrant jetzt der Strömung ausgesetzt, was etwa durch Abnehmen der Hülse geschieht, so wird die Temperatur des Hitzdrahtes infolge der grösseren Wärmeabfuhr sinken. Damit tritt auch wieder eine Querspannung an der Brückenschaltung auf, welche den Verstärker so beeinflusst, dass sich die Stromstärke erhöht. Dem Hitzdraht wird damit mehr Wärme zugeführt und die Temperatur des Hitzdrahtes wird den früheren Wert erreichen, womit die Querspannung wieder Null wird. Die Temperatur des Hitzdrahtes bleibt somit konstant. Die Erhöhung des Stromes (der Differenzwert) wird am Messgerät abgelesen und bildet ein Mass für die Strömungsgeschwindigkeit.
Das Messgerät kann natürlich mit einer Skala ausgestattet sein, welche die unmittelbare Ablesung der Geschwindigkeit gestattet. Die Skala kann gegenüber dem Zeiger des Messgerätes verdrehbar sein, um eine Nachjustierung (Einstellung des Nullpunktes-Geschwindigkeit = Null) jederzeit mühelos vornehmen zu können.
Die zu Beginn erläuterte Einstellung der Vorrichtung braucht selbstverständlich nicht vor jeder Messung vorgenommen zu werden.
Fig. 2 zeigt das Schaltbild einer andern Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung. Der Hitzdraht ist wieder mit H Dr bezeichnet und in Halterungen Hi und H2 befestigt. Der Strom zur Erwärmung des Hitzdrahtes wird von einem Verstärker V geliefert. Die Grösse des Stromes bzw. die Änderungen desselben werden mittels des von diesem Strom durchflossenen Messgerätes M bestimmt. Dieses Messgerät kann wie beim beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einer verstellbaren Skala versehen sein ; diese kann eine Teilung zur unmittelbaren Ablesung der Strömungsgeschwindigkeit haben.
Zur Steuerung des Verstärkers ist hier jedoch ein dem Hitzdraht zugeordnetes Thermoelement Th vorgesehen, das eine von der Temperatur des Hitzdrahtes abhängige Steuerspannung an den Verstärker V I liefert.
Die Messung der Strömungsgeschwindigkeit wird in der gleichen Weise durchgeführt wie mit der Einrichtung nach der Fig. l. Der Verstärker V muss jedoch anders geschaltet sein als der Verstärker V, da die ihn steuernde Spannung bei Erreichen der Nenntemperatur nicht Null wird, sondern einen bestimmten Wert annimmt. Es ist allerdings möglich, eine eine Gegenspannung erzeugende Kompensationsschaltung vorzusehen, welche bewirkt, dass die Steuerspannung für den Verstärker beim Erreichen der Nenntemperatur des Hitzdrahtes Null wird. Auch dieser Verstärker V kann mit einer Einrichtung zur Veränderung des Nennstromes und damit der Arbeitstemperatur des Hitzdrahtes versehen sein. Die Einwirkung des strömenden Gases auf den Hitzdraht verursacht eine Temperaturabnahme desselben und damit eine Änderung der vom Thermoelement abgegebenen Steuerspannung.
Dadurch wird im Verstärker V t eine Erhöhung des durch den Hitzdraht gehenden Stromes verursacht, so dass der Hitzdraht wieder seine ursprüngliche Temperatur annimmt und die vom Thermoelement gelieferte Spannung ihren vorigen Wert annimmt (bzw. die Steuerspannung bei Anordnung einer Kompensationsschaltung Null wird). Die Zunahme des Stromes bzw. die Strömungsgeschwindigkeit wird am Messgerät abgelesen.