DE1062442B - Geraet zur Feststellung der Bewegung eines Mediums - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums.

Die Erfindung ist besonders, obwohl nicht ausschließlich, für die Feststellung von sehr langsamen Bewegungen geeignet, die sich z. B. bei der thermischen Expansion eines Mediums oder einer Strömung durch ein Rohr ergeben und in der Größenordnung von cm/sec und darunter liegen .

Eine bekannte Ausführung eines Strömungsmessers besteht aus einem feinen Draht, der in das zu messende Medium gebracht wird und mit einer elektrischen Stromquelle verbunden ist und der in dem einen Zweig einer Wheatstonschen Brücke angeordnet ist. Die Gesetze über die Abkühlung eines erhitzten Drahtes in einem strömenden Medium sind heute weifgehend bekannt, und mit Hilfe eines solchen Gerätes kann die Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums durch Messungen am Draht selbst bestimmt werden. Die Geschwindigkeit kann z. B. aus Änderungen in dem Widerstand des Drahtes (bei einer Änderung der Geschwindigkeit) oder aus Änderungen des Stromes abgeleitet werden, der durch den Draht fließen muß, um die Temperatur konstant zu halten.

Die vorliegende Erfindung weicht von all diesen bekannten Verfahren dadurch ab, daß der Draht selbst nicht zur Messung oder Beobachtung herangezogen wird. Statt dessen wird ein erhitzter Draht oder irgendeine andere örtliche Wärmequelle benutzt, um ein stetiges Temperaturgefälle in einem Medium zu erzeugen, das z. B. das untersuchte strömende Medium sein kann, und die Strömung wird dann benutzt, um das Temperaturgefälle zu ändern, wobei die sich ergebenden Änderungen der Temperatur an einem ausgewählten Punkt des Temperaturgefälles gemessen werden und aus diesen Messungen die Bewegung des untersuchten Mediums bestimmt wird.

Gemäß der Erfindung ist das Gerät zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums mit einem Behälter für ein Medium, welches das Medium sein kann, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, und einem Heizelement in dem Behälter sowie mit einer temperaturempfindlichen Einrichtung in dem Behälter und zwei Durchlässen in der Wandung des Behälters auf gegenüberliegenden Seiten des Heizelementes, die mit einer Leitung für das Medium verbunden werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturempfindliche Einrichtung in der Bahn der Konvektionsströmung des Mediums, die durch das Heizelement hervorgerufen wird, angeordnet ist und daß eine unsymmetrische Strömung des Mediums durch die beiden Durchlässe eine Ablenkung des Konvektionsstromes nach der einen oder anderen Seite der temperaturempfindlichen Einrichtung bewirkt.

Gerät zur Feststellung der Bewegung
eines Mediums

Anmelder:
National Research Development
Corporation, London

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Earkstr. 13

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 8. September 1953

Dr. Archer John Porter Martin, London,
ist als Erfinder genannt worden

Der Teil des Mediums, in welchem das Temperaturgefälle erzeugt wird, kann in geeigneter Weise in as einem Behälter, wie z. B. einem Kupferblock, eingeschlossen sein, der auf konstanter Temperatur gehalten wird. '

Das Temperaturgefälle kann durch einen erhitzten Körper, z. B. eine Windung eines Widerstandsdrahtes, erzeugt werden, der durch eine Dichtung in den Behälter eingeführt ist und elektrisch erhitzt wird, so daß in dem Behälter ein aufsteigender Konvektionsstrom eines relativ erwärmten Mediums entsteht.

Das Temperaturgefälle kann andererseits auch hauptsächlich durch Wärmeleitung hervorgerufen werden. Falls das zu messende Medium einen niedrigen Druck hat, spielt die Leitung bei dem Vorgang eine verhältnismäßig große Rolle. In diesem Fall kann die Änderung der Strömung als Maß für den niedrigen Druck benutzt werden.

Die Temperaturmeßeinrichtung kann ein Thermoelement sein, dessen eine Berührungsstelle sich in der Strömung und dessen andere Berührungsstelle sich außerhalb des Behälters auf konstanter Temperatur befindet.

Wenn das erzeugte Temperaturgefälle ein Maximum enthält, dann können beide Berührungsstellen in dem Gefälle, und zwar je eine auf beiden Seiten des Maximums, angeordnet sein, so daß sie sich an zwei Stellen von im wesentlichen gleicher Temperatur befinden, so daß kein elektrisches Potential in dem Thermoelement erzeugt wird, solange das Temperäturgefälle stetig bleibt. Wenn jedoch der Punkt

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Claims (1)

maximaler Temperatur sich nach der einen oder anderen Seite bewegt, wird die Temperatur der einen Berührungsstelle erhöht und die der anderen erniedrigt und in dem Thermoelement ein elektrisches Potential erzeugt. Wenn die örtliche Wärmequelle benutzt wird, um einen aufsteigenden Konvektionsstrom zu erzeugen, wird das untersuchte Medium gegen den Konvektionsstrom derart gerichtet, daß, wenn eine Änderung in der Strömungsgeschwindigkeit des untersuchten Mediums eintritt, der Konvektionsstrom nach einer Seite geblasen wird, so daß die Temperaturbedingungen an der Temperaturmeßeinrichtung geändert werden und mit Hilfe einer geeigneten Eichung ein Ergebnis der Strömungsgeschwindigkeit des untersuchten Mediums erhalten wird. Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind schematisch in den Zeichnungen wiedergegeben, in denen Fig. 1 ein Teilschnitt durch die Vorrichtung ist; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig.l; Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie III-III der Fig.l; Fig.4 ist ein Diagramm, welches zeigt, wie die Strömung eines Gases durch ein Rohr gemessen werden kann, und Fig. 5 zeigt, wie niedrige Drücke gemessen werden können. Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung enthält einen Behälter 10 in Form eines kurzen Zylinders, dessen Achse waagerecht liegt und in dem ein Hohlraum 11 oder eine Kammer von Scheibenform gebildet ist. In den Hohlraum münden zwei Durchlässe 12 und 13. Ein haarnadelförmiger Widerstandsdraht 15, der elektrisch erhitzt werden kann, ist in den Behälter bei 14 durch eine Abdichtung eingeführt. Durch die koaxialen Durchlässe 12 und 13 geht ein Thermoelement hindurch, dessen Berührungsstellen bei 16 und 17 angedeutet sind. Wenn der Draht 15 erhitzt wird, steigt ein Strom von verhältnismäßig warmem Gas von dem erhitzten Draht 15 an dem Thermoelement auf, und durch eine Bewegung der Berührungsstellen 16 und 17 nach rechts oder links oder durch eine Bewegung des Heizdrahtes gegenüber dem Element oder durch eine Neigung des Behälters kann eine Stellung gefunden werden, in der die beiden Berührungsstellen im wesentlichen die gleiche Temperatur haben. Wenn jedoch aus irgendeinem Grund ein zu messendes Gas oder ein Dampf durch den Behälter in irgendeiner Richtung zwischen den Durchlässen 12 und 13 strömt, wird der von dem Draht aufsteigende verhältnismäßig warme Gasstrom gewissermaßen nach der einen Seite oder der anderen Seite geblasen, so daß die eine Berührungsstelle des Thermoelementes erwärmt und die andere abgekühlt wird. Durch eine Beobachtung der Temperaturänderung kann nach geeigneter Eichung die Geschwindigkeit der Strömung des Mediums bestimmt werden. Wenn aus irgendeinem Grund erwünscht ist, das zu untersuchende Medium am Eintritt in den Behälter zu hindern, wenn z. B. das Medium ein explosives Gas ist, kann ein inertes Gas dem Behälter durch eine Einlaßöffnung 18 mit konstantem Druck zugeführt werden, so daß es durch die beiden Durchlässe 12 und 13 ausströmt. Das strömende Medium, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, wird den beiden Auslässen so zugeführt, daß eine Druckdifferenz entsteht, die genügt, um das in dem Behälter er- zeugte Temperaturgefälle zu verschieben. Der Druck mit dem das inerte Gas zugeführt wird, genügt jedoch, um zu verhindern, daß irgendein Teil des explosiven Gases in den Behälter eintritt. Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung kann dazu benutzt werden, um eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit eines Gases durch eine Leitung zu messen. Ein Teil des Gases, das durch eine Hauptleitung 19 fließt, wird durch ein Rohr 20 abgezweigt und fließt ίο durch einen Behälter 21, der ähnlich wie der in Fig. 1 bis 3 dargestellte ausgebildet ist, durch ein Rohr 22 und zurück zur Hauptleitung 19, wobei die Vorrichtung in der mit Bezug auf Fig. 1 bis 3 beschriebenen Weise benutzt wird. Wenn es gewünscht wird, nur eine Änderung in der Strömungsgeschwindigkeit zu messen, werden die Hähne 23 und 24 zuerst geöffnet, dann wird ein Bezugstemperaturgefälle in dem Behälter 21 erzeugt, von dem alle Abweichungen gemessen werden, um die Änderung in der Strömungsgeschwindigkeit zu erhalten. Bei Laboratoriumsuntersuchungen ist es häufig notwendig, den Verlust an Vakuum an einem Apparat an einem Punkt zu messen, an dem ein im wesentlichen konstanter niedriger Druck aufrechterhalten wird. Fig. 5 zeigt, wie die Erfindung für diesen Zweck benutzt werden kann. Der konstante niedrige Druck wird zuerst beiden Seiten einer Vorrichtung 25, die der von Fig. 1 bis 3 ähnlich ist, zugeführt, während ein Bezugstemperaturgefälle in der Vorrichtung erzeugt wird. Danach wird der konstante bekannte niedrige Druck der einen Seite der Vorrichtung bei 26 in Fig. 5 zugeführt, und der zu messende Druck wird der anderen Seite bei 27 zugeleitet, wobei Druckdifferenzen aus den beobachteten Temperaturänderungen abgeleitet werden. Je niedriger die Drücke sind, bei denen die Strömung gemessen wird, desto größer ist die Rolle, die von der Wärmeleitung bei der Erzeugung des stetigen Temperaturgefälles gespielt wird, und um so geringer ist der Einfluß der Konvektion. Bei niedrigen Drücken braucht daher die örtliche Wärmequelle nicht unter die Temperaturmeßeinrichtung gelegt zu werden. Wenn jedoch das Gefälle hauptsächlich durch Konvektion zustande kommt, kann eine Feineinstellung des Gerätes, z. B. um gleiche Temperaturen an den Berührungsstellen des Thermoelementes zu erhalten, wenn sich diese auf beiden Seiten eines Temperaturmaximums befinden, durch eine Neigung des Behälters 10 (Fig. 1 bis 3) im positiven oder negativen Winkel mit Bezug auf Fig. 2 erhalten werden. Die Strömung der Flüssigkeit durch den Behälter in horizontaler Richtung kann aus einer sehr geringen Bewegung bestehen und kann auf verschiedenem Wege erzeugt werden, z. B. durch Erzeugung einer Änderung in der Dichtedifferenz, der Temperaturdifferenz oder der Druckdifferenz des Prüfgases an den beiden Durchlässen oder durch Veränderung von zwei oder drei dieser Faktoren in Kombination, in welchem Fall die gemessene Bewegung oder Strömung benutzt werden kann, um die Differenz der betreffenden Größe zu messen. Patentansprüche:

1. Gerät zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums mit einem Behälter für ein Medium, welches das Medium sein kann, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, und einem Heizelement in dem Behälter sowie mit einer tem-