DE1093569B - Vorrichtung mit linearer Ableseskala zur Mengenmessung stroemender Medien nach dem Hitzdrahtverfahren - Google Patents

Description

• Vorrichtung mit linearer Ableseskala zur Mengenmessung strömender Medien nach dem Hitzdrahtverfahren Hitzdrahtgeräte, wie sie z. B. schon frühzeitig von den Meteorologen zur Untersuchung der Windgeschwindigkeit eingesetzt wurden, eignen sich ganz allgemein zur Messung der Geschwindigkeit strömender Medien, wie etwa Gase und Flüssigkeiten, insbesondere wenn die Geschwindigkeiten oder Mengen in zeitlicher Folge raschen Schwankungen unterliegen.
• Das Meßprinzip beruht auf der Tatsache, daß ein durch elektrischen Strom geheizter Metalldraht mit hohem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes, z. B. einem Luftstrom ausgesetzt, einen Teil seines Wärmeinhaltes an die vorbeistreichende Luft abgibt.
• Es werden zwei grundsätzliche Verfahren unterschieden. Man kann entweder den Heizstrom des Hitzdrahtes konstant halten, so daß sich durch Abkühlung des Drahtes dessen elektrischer Widerstand ändert, oder man hält umgekehrt den elektrischen Widerstand durch Nachregeln des Heizstromes konstant. Beides, die Änderung des elektrischen Widerstandes oder die Änderung der Heizstromstärke, ist ein Maß für die durchgesetzte Gas- bzw. Flüssigkeitsmenge und wird unter Anwendung einer Brücken- oder einer Kompensationsschaltung gemessen. Je dünner der Hitzdraht gewählt wird, desto trägheitsloser lassen sich Geschwindigkeitsschwankungen des strömenden Mediums feststellen. Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit an den Hitzdrähten nimmt aber die Empfindlichkeit derselben nach einer anfänglichen Steigerung wieder ab, so daß die für jedes Medium zu ermittelnde Eichkurve nicht linear ansteigt, sondern langsam in eine Horizontale übergeht.
• Es wurden deshalb schon viele Versuche zur Erzielung einer geradlinigen Eichkurve über einen größeren Geschwindigkeitsbereich hinweg unternommen die aber alle nicht sehr befriedigen. Diese Verfahren benutzen zum Ausgleich der Krümmung der Eichkurve einen nichtlinearen Widerstand, wie z. B. einen zweiten Hitzdraht (King: Engineering, 117, S. 249 [1924j; Huguenard, Magnan und Planiol: Comp. Rend. hebd. d. Seances de l'Acad. des Sciences, 176, S. 287 [1923]), oder ein Instrument mit quadratischer Anzeige (B u r g e r s in Wien-Harms Handbuch der Experimentalphysik, Bd. IV). Eine Ausnahme dürfte lediglich eine Schaltung mit Gleichrichtern machen, die nach Literaturangaben zu einer linearen Eichkurve geführt haben soll (Jacob: ATOM, V 116-4 [Februar 1954]). Ob dieses Verfahren aber auch für kleinste Durchsätze geeignet ist, ist nicht bekannt.
• Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Hitzdraht in ein sich konisch erweiterndes Gehäuse mit beliebiger Querschnittsform verlegt wird, und zwar so, daß mit zunehmendem Ge- häusequerschnitt (mit Ausnahme der kleinsten Querschnitte) die Drahtlänge je Längeneinheit der Gehäuselängsachse ebenfalls größer wird (Abb. 1).
• Denkt man sich die ganze Meßkammer in einzelne Querschnittselemente zerlegt, die elektrisch hintereinandergeschaltet sind, so hat der Hitzdraht in diesen einzelnen Elementen nach den obigen Ausführungen eine um so höhere Empfindlichkeit, je niedriger die in dem Querschnittselement herrschende Strömungsgeschwindigkeit ist. Mit wachsendem Durchsatz wandern die Stellen hoher Empfindlichkeit in Richtung des größer werdenden Querschnittes des konischen Gehäuses. Dadurch wird ein Empfindlichkeitsverlust, den Elemente mit zu hoher Strömungsgeschwindigkeit erleiden, von Elementen mit niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit kompensiert.
• Durch diese erfindungsgemäße Anordnung und entsprechende Wahl der Heizstromstärke gleichen sich die Stellen niedriger Empfindlichkeit mit denjenigen hoher Empfindlichkeit aus, und die Meßwerte steigen bei Verwendung der Anordnung in einer Brückenschaltung, mit Ausnahme des untersten Meßbereiches, linear über dem Durchsatz an. Gemäß der Erfindung wurde die Empfindlichkeitssteigerung bei größeren Durchsätzen noch durch die kontinuierliche Zunahme der Drahtlänge je Längeneinheit der Sonde, mit Ausnahme der engsten Querschnitte, nach dem größeren Gehäusequerschnitt hin erhöht.
• Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wurde zur Messung kleinster Luftmengen, von 0 bis etwa 758 ml/min, entwickelt. Ohne weiteres kann das Gerät, in größeren Dimensionen gebaut, bei größeren Durchsätzen eingesetzt werden. Es erlaubt allerdings nicht die Untersuchung der Strömungsgeschwindigkeit an verschiedenen Stellen eines Stömungsfeldes. Bei einem Gerät mit einem Meßbereich wie vorstehend angegeben kann die Eichkurve des untersten Meßbereiches, ein Fünfzehntel des angegehenen maximalen Durchsatzes, infolge der kleinen Abmessungen des Gerätes nicht linearisiert werden. Der unterste Bereich der Eichkurve läßt sich aber ebenfalls geradlinig gestalten, wenn man dafür sorgt, daß außer der zu messenden Menge eine zweite, durch besondere Hilfsmittel konstant gehaltene Menge die Meßkammer durchströmt.
• Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß man zwischen die Meßkammer und den Verbraucher, dessen Durchsatzmenge gemessen werden soll, eine Kapillare einschaltet, durch die bei konstantem Druck am Eingang des Verbrauchers immer die gleiche Menge pro Zeiteinheit entweicht (Abb. 2). Die Kapillare muß so bemessen sein, daß durch sie bei geschlossener Verbraucher- bzw. Meßleitung eine Menge entweicht, die demjenigen Durchsatz durch die Meßkammer entspricht, bei dem die Kennlinie in eine Gerade übergeht. Gleicht man an diesem Punkt die Brücke ab, so schneidet man gewissermaßen den unteren gekrümmten Teil der Kennlinie weg. Die neu erhaltene Kennlinie für den Durchsatz durch den Verbraucher bzw. die Meßleitung allein steigt dann vom Nullpunkt ab geradlinig an (Abb.3). Mit der Vorrichtung ge- mäß der Erfindung läßt sich ohne besonderen WIehraufwand mit einfachen Alitteln eine geradlinige Eichkurve fiir die Durchflußmengen bzw. Durchflußgeschwindigkeiten strömender Medien erzielen. Das Gerät kann bei entsprechenden Dimensionen auch zur Messung kleinster Durchsätze verwendet werden.
• PATENTANSPR8CHE: 1. Vorrichtung zur Messung der Durchsatzmengen bzw. Durchsatzgeschwindigkeiten stre mender Medien nach dem Hitzdrahtverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der Hitzdraht in ein sich konisch erweiterndes Gehäuse so verlegt wird, daß mit größer werdendem Gehäusequerschnitt die Drahtlänge je Längeneinheit der Gehäuseachse ebenfalls zunimmt.

Claims (1)

1. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Durchströmen der den Hitzdraht enthaltenden Meßkammer ein konstanter Teil der Durchflußmenge über eine Kapillare abgezweigt und somit nicht dem Verbraucher zugeführt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Handbuch für Experimentalphysik, Bd. IV, Teil 1, § 2 des 8. Kapitels, S. 629 bis 630.