Gerät zur elektrischen Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten,
Die bisher verwendeten, mechanisch oder hydraulisch arbeitenden Strömungsgesehwin- digkeitsmesser für Flüssigkeiten sind ziemlich ungenau und versagen allenfalls überhaupt bei der Messung nichtlaminarer Strömungen und bei verhältnismässig kleinen Strömungsgeschwindigkeiten. Die Messung mit Hilfe solcher Geräte ist in zahlreichen Fällen auch deshalb ungenau, da dieselben infolge ihrer Grosse die Stromungsverhältnisse verzerren.
Das Messgerät gemäss der vorliegenden Er findung beruht auf dem bekannten Prinzip des bei der Gasströmungsmessung verwendeten Hitzdraht-Anemometers. Die Verwendung eines elektrisch beheizten Leiters zur Messung der Strömung von Flüssigkeiten erfordert jedoch eine besondere Ausbildung des Leiters.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird der als Messfühler dienende Leiter mindestens teilweise von einer warmeisolierenden Schicht umhüllt, welche den Zweck hat, den Leiter vor übermässig schneller Abkühlung zu schiitzen.
Die beiliegende Zeichnung veranschaulicht in Fig. 1 einen Querschnitt durch eine beispielsweise Ausführungsform des durch einen elektrischen Strom beheizten Leiters 1, welcher in eine Fliissigkeit 3 eintaueht, deren relative Bewegung in bezug auf den Leiter gemessen werden soll. Der direkte Wärme übergang vom elektrisch beheizten Leiter l an die umgebende Flüssigkeit ergäbe eine zu starke Abkühlung, und es wird d daher der elektrische Leiter mit einer wärmeisolierenden Schicht 2, z.
B. einer Gummisehicht, um hüllt, um den Wärmeübergang in geeignetem Masse zu hemmen, so dass eine zu starke Ab kiihlung des beheizten Leiters vermieden wird und der Leiter auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten stets eine höhere Temperatur annimmt als die umgebende Flüssigkeit.
Da die durch die Oberflache dieser Isolierschicht in die Fliissigkeit übergehende Wärmemenge von der Strömungsgeschwindig- keit der umgebenden Flüssigkeit 3 abhängig ist, hat jede Änderung der Strömungsge- schwindigkeit der Flüssigkeit eine Änderung des Temperaturgradienten in der Isolierschicht zur Folge und daher auch eine Änderung der Temperatur und des Widerstandes des Heizleiters. Dieser Widerstand läRt sich mittels an sich bekannter Vorrichtungen z. B. nach der beim thermischen Anemometer ge läufigen Brüekenmethode messen.
Die Abhängigkeit des Widerstandes von der Strömungs- geschwindigkeit der ihn umgebenden F'liissigkeit wird sowohl von den Eigenschaften des Leiters und der Isoliersehicht als aueh von den Eigenschaften der Plüssigkeit und der Art, wie der beheizte Leiter kalorisch isoliert und befestigt ist, beeinflusst. Es muss daher die Eichung des Gerätes bei gegebener Ausführung für jede Flüssigkeitsart und bei mehreren bekannten Strömungsgeschwindigkeiten derselben vorgenommen werden. Die Messbrüeke ist vor Beginn der Messung mit Rück- sieht auf die Temperatur der zu messenden Flüssigkeit abzugleichen. Die wärmeisolierende Schicht kann den Leiter auch nur teilweise umgeben, falls dies bestimmte Sonderbedingungen erfordern, wie z.
B. bei der Messung in schlecht wärmeleitenden Flüssig- keiten (Öl u. a.).
In Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung ist die Gesamtsehaltung einer Ausführungsform des Messgerätes dargestellt. Die Wheatstone- brüeke wird durch drei gleiche Widerstände R gebildet, während den vierten Zweig die durch einen Ausgleichswiderstand r annähernd auf den Wert R ergänzte Messschleife S bildet, in deren Stromkreis ein Amperemeter A eingeschaltet ist. Die eigentliche Heizsehleife S besteht aus einer Metallegierung von möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit und relativ grossem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes. Die Schleife S ist gemäss B Fig.
I von einer Isolierschicht. 2 derart umhüllt, dass sie auch mechanisch gegenüber Beschädigungen oder Verformungen durch die strömende Flüssigkeit geschützt ist.
Die Zuleitungen P zur Heizsehleife sind von hinreichend grossem Querschnitt, um die Wi- derstandsänderung der Heizschleife im Verlauf der Messung nicht zu beeinflussen. Der veränderliche Widerstand r dient zum Abgleich der Brücke zu Beginn der Messung, also bei ruhiger Flüssigkeit, und kompensiert die Temperaturimtersehiede der Flüssigkeit.
Der Widerstand r dient gleichfalls zum Abgleieh der Brücke bei Verwendung verschie- dener Heizsehleifen S. Die Brücke wird über einen veränderlichen Widerstand p von einer Gleiehstromquelle B gespeist,wobei das den Abgleieh der Brücke anzeigende Galvano- meter G den Nullwert in der Mitte der Skala hat und bei der eigentlichen Messung durch eine Taste T eingeschaltet wird. Die eigentliche Messung lässt sich entweder als Messung der dem Leiter zugeführten elektrischen Ener- gie oder als Messung der Leitertemperatur oder des elektrischen Widerstandes des Leiters oder durch deren Kombinationen ausführen.
Bei der Eichung und Messung können verwendet werden ent-weder
1. die Aussehlagmethode, bei der der entsprechende Aussehlag des Galvanometers G bei einem bestimmten und konstanten Strom, welcher mittels des Amperemeters A kontrolliert wird, als Mass für die Strömungsge- schwindigkeit dient, oder
2. die Nullmethode, wo für jede Strö mungsgeschwindigkeitmitHilfe des Wider standes # eine solehe Intensität des Stromes eingestellt wird, dass das Galvanometer G auf dem Nullwert bleibt.
In diesem Falle ist der Massstab für die Strömungsgeschwindigkeit entweder die Stellung des Läufers des Wider- standes e oder cler Aussehlag des Ampere meters A, oder
3. eine derartige Kombination beider vorstehender Methoden, dass z.
B. für die Einstellmg eines bestimmten Messbereiches eine entsprechende Anzapfung des Widerstandes # verwendet wird, welcher in diesem Falle mit geeigneten Anzapfnngen versehen ist, wobei die innerhalb eines bestimmten, durch die jo- weilige Anzapfung festgelegten Messbereiches aus den Ausschlägen des Galvanometers G abgelesen werden kann, dessen Skalennullpunkt in diesem Falle am seitliehen Ende der Skala liegt.
Die Heizsehleife kann derart ausgeführt werden, um entweder in allen Riehtungen die Flüssigkeitsströmung in gleicher Weise zu messen oder um einen bestimmten Richtungseffekt aufzuveisen, so dass dann nur die betreffende Komponente der Strömungsge- schwindigkeit gemessen wird. Die AVahl der Stärke, Ausführung und Eigenschaften der Isolie. rsehieht um den Heizleiter hängt von der gewünschten Messempfindlichkeit, der Art der Messung und der zulässigen Trägheit der Anzeige sowie von der Art. der zu messenden Flüssigkeit ab ; es lässt sich wohl eine solehe Empfindlichkeit erzielen, dass das Messgerät bereits auf unbedeutende Flüssigkeitsvibra- tionen anspricht.
Das beschriebene und in Fig. 2 veran schaulichte Messgerät, ist für die versehieden- sten Anwendungsmogliehkeiten geeignet, so @. B. in Registrierapparaten, bei Fernmess- geräten, Messungen von Flüssigkeitsvibra- tionen, Messungen an Flüssigkeitsgemischen, Messungen von Zähigkeiten usw. Für die Messung kann auch We, ehselstrom verwendet werden.
Das beschriebene Gerät unterliegt keiner- lei rlbnntzung, so dass seine Messangaben stets gleich verlässlieh bleiben, und praktisch wäre nur eine Beschädigung der Heizschleife möglich, welche sehr einfach ist, billig hergestellt und in ganz einfacher Weise ausgewechselt werden kann.
Das Gerät kann auch in Fabrikanlagen zur Stromungsmessung verschiedener Flüssig- keiten in Rohrleitungen, zur Kontrolle und Regelung der Mischung von Fliissigkeiten verwendet werden, namentlich in den Anlagen der chemischen, Nährmittelindustrie, Wasserbewirtschaftungsanlagen, Warmwasserheizungen usw.