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Meßkörper für Messung von Strömungsgeschwindigkeiten eines Mediums
Die Erfindung bezieht sich auf Meßkörper zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkleit
eines Mediums.
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Es ist bekannt, die Geschwindigkeit strömender Gase dadurch zu bestimmen,
daß sie über elektrische geheizt Drähte geführt, dieren dadurch erfolgende Kühlung
gemessen wird, z. B. durch Widerstandsmessung.
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Diese Methode wird namentlich in Laboratorien verwendet. Obwohl sie
sehr empfindlich und verhältnismäßig einfach ist, stand ihrer größeren Verbreitung
in der Technik und im Laboratorium die Feinheit der Meßelemente und die Unbeständigkeit
ihrer Kennlinien entgegen. Diese Empfindlichkeit wird durch den Gebrauch sehr dünner
Drähte verursacht. Der Grund für die Unbeständigkeit der Kennlinien sind Änderungen
der Eigenschaften und Form der Drähte während des Betriebes und ferner das Haftenbleiben
von Staub auf dem Draht, dessen Abkühlung dadurch beeinflußt wird.
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Die Anwendung dieser Methode zum Messen der Strömungsgeschwindiglçeit
von Flüssigkeiten stößt auf große Schwierigkeiten. In diesen bilden sich auf den
heißen Drähten Dampfbläschen, die die Kühlung der Drähte wesentlich beeinflussen.
Man muß deshalb mit verhältnismäßig niedrigen Heiztemperaturen arbeiten. Bei diesen
wirkt jedoch der Hitzdrahtanemometer wenig empfindlich.
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Zur Verbesserung der Eigenschaften der Hitzdrähte wurden Versuche
mit dünnen Deckschichten der Drähte aus Glas oder durch Lagerung des Drahtes in
einem keramischen Rohr unternommen, welches den Draht erhitzt und dessen Oberfläche
durch den Luftstrom gekühlt wurde. Bemerkenswerte Erfolge wurden jedoch dadurch
nicht erzielt. Die Umhüllung des Drahtes mit Glas bereitet bei der Erzeugung Schwierigkeiten,
da sich dabei die Drähte überhitzen und ihre Festigkeit verlieren. Glas ist als
Hülle nicht gut geeignet, da die Körper mit einer Glashülle brüchig sind und springen.
Durch die verschieden Wärmeausdehnung des Glases und Drahtes wird Springen der Gllashülle
und Lockerung des Drahtes verursacht.
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Aus diesen Gründen ist es nötig, eine möglichst dünne I-Iülle zu verwenden.
Das hat aber eine hohe Oberflächentemperatur der Hülle zur Folge, so daß sich diese
Körper in ihren Eigenschaften nicht viel von den Körpern ohne Hülle unterscheiden.
Auch die zweite Lösung mit einem keramischen Körper brachte keine wesentliche Besserung.
Ihr hauptsächlicher Nachteil ist die Luftschicht innerhalb des keramischell Körpers,
welche einerseits einen beständigen Luftwechsel und dadurch unkontrollierbare Schwankungen
der Temperatur verursacht, andererseits der unbestimmbare Kontakt zwischen Draht
und keramischen Körper, was eine stetige Änderung des Wärmeüber-
gangskoeffizienten
zur Folge hat. Die bekannten Hüllen aus keramischen Stoffen sind auch zu stark,
so daß das Verhältnis zwischen der Heizenergie und der beheizten Nilasse des Körpers
sehr unvorteilhaft ist.
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Erfindungsgemäß wird der elektrisch beheizte Draht mit einer Kittschicht
überzogen, die gegenüber dem Medium chemisch neutral ist und bei Betriebstemperaturen
noch plastisch oder elastisch bleibt. Ein solcher Kitt ist z. B Silikon. Um eine
mechanische Beschädigung der Körper zu verhüten, kann der mit Kitt versehene Draht
noch in eine feste Hülle z. B. aus Metall eingelegt werden.
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Ein so bereiteter Körper hat gegenüber allen bisher verwendeten eine
Reihe von Vorteilen, von weldien der bedeutendste ein beständiger Wärmeübergangskoeffizient
ist, der sich im Betrieb durch eine große Beständigkeit der Eichkurve äußert. Dieser
ausschlaggebende technische Effekt wurde bisher bei keinem bekannten Körper dieser
Art erzielt. Das ist in erster Linie dadurch erreicht, daß der eingekittete Draht
eine beständige geometrische Form hat, so daß sich die Bedingungen für die Wärmeabführung
innerhalb des Körpers nicht ändern. Man kann dem Draht eine beliebige Form gehen.
er kann z.R. zu einer
Spirale gewunden werden od. dgl., wobei man
wesentlich die Heizleistung für die Masseneinheit oder die Oberfläclleneinheit des
Körpers erhöhen kann, was bei anderen Hüllen mit verschiedenen Schwierigkeiten verbunden
war. Der Draht kommt nicht in direkten Kontakt mit dem strömenden Medium, sondern
ist mit einem chemisch neutralen Kitt umhüllt, so daß eine Beschädigung der Oberfläche
des Drahtes ausgeschlossen ist. Die Empfindlichkeit des Anemometers hängt wesentlich
von der Temperatur des Drahtes und nicht von der Temperatur an der Oberfläche des
Körpers ab, welche wesentlich niedriger sein kann, da sich die Wärme vom Draht gleichmäßig
auf eine größere Oberfläche verbreitet, namentlich bei Verwendung eines Metalldeckrohres.
Bei Verwendung eines nadften Drahtes wurde auch die Eichkurve in hohem Maße durch
Staub beeinflußt, welcher am Draht haftete. Bei dem Körper gemäß der Erfindung bleibt
der Staub fast ohne Einfluß, es ist zumindest möglich, diesen Einfluß leicht zu
beseitigen. Es ist der größeren Oberfläche und der niedrigeren Temperatur dieser
Oberfläche zuzuschreiben, daß der Staub nicht anbäckt; wenn dies doch geschehen
sollte, kann man ihn leicht mechanisch entfernen.
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Mit Erfolg kann man diese Körper auch für Messungen in Flüssigkeiten
verwenden, da ihre Hülle vollkommen dicht ist und die Stromzuführungen leicht isoliert
werden können. Die wesentlich niedrigere Oberflächentemperatur dieser Körper erniedrigt
auch die Möglichkeit einer Luftblasenbildung auf der Oberfläche. Die Wärmeträgheit
des Körpers ermöglicht auch bei veränderlicher Geschwindigkeit des Mediums, die
Mittelwerte zu messen. Alle diese Vorteile ermöglichen verhältnismäßig genaue Geschwindigkeitsmessungen
auch dort auszuführen, wo es mit bestehenden Meßkörpern überhaupt unmöglich oder
sehr
unvollkommen war, namentlich im Bereich von kleinen Geschwindigkeiten (im Bereich
von dm/Sek. bis m/Sek.).
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Meßkörper dieser Art finden eine weite Verwendung in vielen wissenschaftlichen
und technischen Zweigen. In vielen Fällen war das Fehlen eines geeigw neten Meßkörpers
dieser Art sehr unangenehm fühlbar.
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Diese Meßkörper finden Verwendung insbesondere in der Meteorologie,
Biokiimatologie oder Antropoklimatologie, beim Messen der Lüftungsintensität in
Bergwerken und an verschiedenen Arbeitsstellen, beim Messen der Strömung des Mediums
in Maschinen usw., abgesehen von der weiten Verwendung in der Luftfahrt, insbesondere
in der Aerodynamik und Hydromechanik.
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PATENTANSPROCHE: 1. Meßkörper zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten
eines Mediums, mittels eines durch das strömende Medium gekühlten elektrisch beheizten
Drahtes, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch beheizte Draht mit einer Kittschicht
überzogen ist, die gegenüber dem Medium chemisch neutral ist und bei Betriebstemperaturen
noch plastisch oder elastisch bleibt.