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Anordnung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden
Mediums Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Messen der
Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums, speziell auf eine Anordnung zum
Messen relativ kleiner Strömungsgeschwindigkeiten von Gasen, beispielsweise Luft,
mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0,1 und 1,0 m/s.
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Es ist bekannt, beim Messen der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen
ein Meßorgan anzuwenden, das aus einem in dem strömenden Gas angebrachten, elektrisch
erwärmten dünnen Draht besteht, dessen elektrischer Widerstand bei konstanter Stromzufuhr
durch den Draht in einer gewissen Beziehung zu der Geschwindigkeit des den Draht
umspülenden Gases steht. Es ist auch bekannt, durch Änderung der Stromzufuhr den
Widerstand des Drahtes konstant zuhalten; in diesem Fall steht der erforderliche
Strom in einer gewissen Beziehung zu der Geschwindigkeit des Gases. Die Erfindung
bezieht sich auf eine Anordnung, die nach dem letztgenannten Prinzip arbeitet.
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In der Literatur des hier in Frage kommenden technischen Gebietes
ist folgender, durch experimentelle Untersuchungen bestätigte Zusammenhang angegeben:
r i2 = (ATo+B) (TtTg), wo r = Widerstand des Drahtes, i = dem elektrischen Strom
durch den Draht, c = der Geschwindigkeit des strömenden Gases, Tt und Tg = Temperatur
des Drahtes bzw. des Gases, A und B = Konstanten sind.
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Die bisher bekannten und gemäß diesem Prinzip arbeitenden Meßanordnungen
sind im wesentlichen mit zwei Nachteilen behaftet. Erstens einmal ist die Meßgenauigkeit
nicht immer die gewünschte, was darauf beruhen dürfte, daß in der oben angegebenen
Gleichung die Konstante B einen großen Wert gegenüber der Konstanten A hat, und
zweitens ist eine Kalibrierung beim Austausch des Meßdrahtes erforderlich. Bei einer
Meßanordnung gemäß der Erfindung sind die genannten Nachteile vermieden.
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Eine erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit
eines strömenden Mediums umfaßt ein zur Anbringung in dem strömenden Medium bestimmtes,
temperaturabhängiges Meßorgan und eine zum Messen und Regeln des elektrischen Widerstandes
des genannten Meßorgans bestimmte elektrische Meßbrücke mit zwei von einer Spannungsquelle
über einen ersten regelbaren Widerstand gespeisten parallelen Zweigen, wobei in
den einen dieser Zweige das genannte Meßorgan eingeschaltet ist und wobei ein die
Strömungsgeschwindig-
keit angebendes und von dem Strom durch das Meßorgan abhängiges
Meßinstrument in die Meßbrücke eingeschaltet ist.
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Gemäß der Erfindung ist eine derartige Anordnung dadurch gekennzeichnet,
daß das am weitesten vom Meßorgan belegene Ende des das Meßorgan enthaltenden Zweiges
an einen Punkt der Spannungsquelle und über einen zweiten regelbaren Widerstand
an einen zweiten Punkt der Spannungsquelle angeschlossen ist, wobei der genannte
zweite Punkt so gewählt ist, daß Punkte zu beiden Seiten und in der Nähe des Verbindungspunktes
zwischen dem das Meßorgan enthaltenden Zweig und dem zweiten regelbaren Widerstand
Potentiale mit gleichen Vorzeichen gegenüber dem Potential des genannten Verbindungspunktes
haben und daß beim Messen das Meßinstrument zwischen einen Punkt des das Meßorgan
enthaltenden Zweiges und einen Punkt des zweiten regelbaren Widerstandes eingeschaltet
ist, so daß das Meßinstrument und das Meßorgan über den zweiten regelbaren Widerstand
in einer Reihenschaltung an der Spannungsquelle liegen.
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An Hand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
veranschaulicht, ist diese näher beschrieben.
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Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung umfaßt ein für die Anbringung
in dem strömenden Medium, z. B. Luft, bestimmtes Meßorgan M, das aus einem dünnen
Draht mit temperaturabhängigem Widerstand, z. B. einem Nickeldraht mit einem Durchmesser
von
0,025 mm, besteht, und eine' zum Messen und Regeln des elektrischen Widerstands
des Meßorgans M bestimmte elektrische Meßbrücke R1 R6 mit zwei von einer Spannungsquelle
E über einen ersten regelbaren Widerstand R6 gespeisten parallelen Zweigen R1 bzw.
M R2 R3. In dem letztgenannten Zweig ist das Meßorgan M vorhanden, das mit den Widerständen
R2 und R3 in Reihe geschaltet ist. Der Zweig R1 umfaßt einen Widerstand (R1) mit
einem beweglich angeordneten Stromentnahmeorgan. Der Verbindungspunkt zwischen den
Widerständen R1 und R8 ist an einen Pol der Spannungsquelle E und über einen zweiten
regelbaren Widerstand R4 an einen Widerstand R5 an den anderen Pol der Spannungsquelle
E über einen Schließkontakt S angeschlossen. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß
der Punkt zwischen beiden Seiten und in der Nähe des Verbindungspunktes zwischen
R3 und R4 Potentiale mit gleichen Vorzeichen gegenüber dem Potential des genannten
Verbindungspunktes hat, was sowohl für den Fall, daß die Spannungsquelle E eine
Gleichstromquelle wie im Beispiel ist, als auch für den Fall gilt, daß die Spannungsquelle
E eine Wechselstromquelle ist.
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Für die Kontrolle des Gleichgewichts der Meßbrücke Ri R6 und für
die Angabe der Geschwindigkeit des strömenden Mediums (Gas) ist ein vom Strom durch
das Meßorgan M abhängiges Meßinstrument J angeordnet, das über einen Umschalter
0 entweder an den Verbindungspunkt zwischen dem Meßorgan 114 und dem Widerstand
R2 sowie an das bewegliche Stromentnahmeorgan an Ri oder auch an den Verbindungspunkt
zWischen den Widerständen R2 und R3 sowie an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen
R4 und R5 angeschlossen werden kann. Im letztgenannten Fall liegen das Meßorgan
M und das Meßinstrument J in einer Reihenschaltung an der Spannungsquelle E.
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Die beschriebene Anordnung arbeitet in folgender Weise: Nach dem
Einsetzen eines neuen Meßorgans M wird die Brücke bei einem geeigneten Wert des
Widerstandes des Meßorgans M durch Einstellung des beweglichen Entnahmeorgans am
Widerstand Ri in Gleichgewicht gebracht. Hierbei soll also der Umschalter 0 seine
in der Zeichnung mit gestrichelter Linie angegebene Lage einnehmen. Bei Gleichgewicht
ergibt das Instrument J, z. B. ein hochohmiges Galvanometer, keinen Ausschlag. Danach
wird die Spannung über die beiden parallel geschalteten Zweige R1 und M R2 R3 mit
Hilfe des regelbaren Widerstandes R6 so eingestellt, daß die Brücke bei der Geschwindigkeit
0 oder einer anderen Geschwindigkeit des strömenden Mediums, bei der man den einen
Endpunkt des Meßgebietes zu verlegen wünscht, im Gleichgewicht ist. Bei der in der
Zeichnung dargestellten Lage des Umschalters 0 wird danach der Widerstand R4 so
eingestellt, daß das Instrument J weiterhin keinen Ausschlag ergibt. Die genannten
Einstellungen von Ri und R4 werden bei der Kalibrierung bzw.
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Messung mit der Meßanordnung beibehalten. Erst bei einer wesentlichen
Veränderung bzw. beim Austausch des Meßorgans M brauchen diese Einstellungen gegebenenfalls
verändert zu werden.
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Beim Kalibrieren der Meßanordnung wird die Brücke mit Hilfe des regelbaren
Widerstandes R6 bei
verschiedenen bekannten S trömungsgeschwindigkeiten des strömenden
Mediums in Gleichgewicht gebracht.
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Das Instrument 1 gibt dann mit dem Umschalter O in der in der Zeichnung
gezeigten Lage die verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten an.
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Soll die Meßanordnung zum Messen einer unbekannten Geschwindigkeit
benutzt werden, wird das Meßorgan M in das strömende Medium gebracht und die Brücke
mit Hilfe des Widerstandes R6 und des Umschalters 0 in der gestrichelten Lage auf
Gleichgewicht eingestellt, wonach die gesuchte Geschwindigkeit auf dem Instrument
J mit dem Umschalter 0 in der in der Zeichnung dargestellten Lage abgelesen werden
kann.
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Sollte das Meßorgan M z. B. infolge eines mechanischen Defektes ausgetauscht
werden müssen, ist nur eine Einstellung von Ri erforderlich, dagegen braucht eine
neue Kalibrierung nicht zu erfolgen.