DE1222292B - Geraet zur Messung der Geschwindigkeit stroemender Gase, insbesondere zur Messung von Wettergeschwindigkeiten im Bergbau - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

GOIp

Deutsche Kl.: 42 ο -15

1 222 292
B67928IXb/42o
5. Juli 1962
4. August 1966

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung der Geschwindigkeit strömender Gase, insbesondere zur Messung von Wettergeschwindigkeiten im Bergbau mit Hilfe eines Staukörpers und wenigstens eines beheizten Drahtes in einem sich zwischen Strömungssonden des Staukörpers ausbildenden Staukörperströmungskreis.

Die genaue Messung geringer Strömungsgeschwindigkeiten, nämlich solcher unter lm/sec, ist bisher technisch noch nicht befriedigend gelöst worden. Die für höhere Strömungsgeschwindigkeiten üblichen Meßgeräte, wie z. B. Flügelradanemometer, versagen bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten, weil die mechanischen Verstellkräfte gegenüber der Reibung zu gering werden und weil ferner der Einfluß der Trägheitsmomente bei diesen Geschwindigkeiten das Meßergebnis zu stark verfälscht.

Die Messung geringer Strömungsgeschwindigkeiten ist jedoch insbesondere im Bergbau von großer Bedeutung, vorzugsweise in Strecken mit großem Querschnitt, in denen bereits geringe Luftströmungen eine vergleichsweise hohe Wettermenge darstellen.

Bisher wurden geringe Strömungsgeschwindigkeiten mit Hilfe von Staukörpern gemessen, bei denen die Messung des Staudrucks entweder direkt oder über die zwischen den Drucksonden sich ausbildende Strömung erfolgt. Bei sehr kleinen Strömungsgeschwindigkeiten sind jedoch auch die Staudrücke sehr gering, so daß es schwierig wird, auf diesem Wege ein genaues Meßergebnis zu erhalten, insbesondere dann, wenn, wie es in aller Regel im Bergbau der Fall ist, das Meßgerät hohen Anforderungen an seine Widerstandsfähigkeit und Wartungsfreiheit genügen muß, die durch die Schlagwettergefahr, den Staubgehalt der Luft und die beengten Räume unter Tage bedingt sind.

Zur Messung sehr kleiner Gasgeschwindigkeiten ist bereits vorgeschlagen worden, einen Heizdraht im Inneren eines Pilotrohres anzubringen. Die Anordnung nur eines Heizdrahtes genügt jedoch zur genauen Messung sehr kleiner Gasgeschwindigkeiten nicht.

Daneben ist bereits vorgeschlagen worden, zwei Heizdrähte zu verwenden, wobei einer der Heizdrähte gegenüber dem anderen Heizdraht abgeschirmt in einer Brückenschaltung angeordnet ist. Bei dieser Meßanordnung befinden sich beide Heizdrähte auf einem gemeinsamen Rahmen, der dem zu messenden Luftstrom ausgesetzt wird, wobei einer der beiden Drähte vor der Kühlwirkung des Luftstromes durch ein ihn umgebendes dünnes Metall-Gerät zur Messung der Geschwindigkeit
strömender Gase, insbesondere zur Messung von
Wettergeschwindigkeiten im Bergbau

Anmelder:

Bergwerksverband G. m. b. H.,
Essen-Kray, Dortmunder Str. 151

Als Erfinder benannt:

Dr. phil. nat. Karl-Friedrich Luft,

Essen-Haarzopf

rohr geschützt wird. Jener zum Stande der Technik gehörige Vorschlag soll Temperaturschwankungen kompensieren. Bei seiner Verwirklichung führt er jedoch zu einem Meßgerät, das neigungsabhängig ist und bei dem auch der Einfluß der thermischen Konvektion nicht beseitigt werden kann.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Gerät zur Messung der Geschwindigkeit strömender Gase, insbesondere zur Messung von Wettergeschwindigkeiten, im Bergbau zu schaffen, das neigungsunempfindlich ist und das bei der an sich bekannten thermischen Meßmethode den in dieser eintretenden Einfluß thermischer Konvektion beseitigt. Das geschieht mit dem Ziel, ein solches Meßgerät für besondere Verhältnisse, insbesondere den Bergbau verwendbar zu machen, bei denen es erforderlich wird, die Messung von Gasgeschwindigkeiten, also insbesondere von Wettergeschwindigkeiten, unter allen Neigungswinkeln des Gerätes vornehmen zu können.

Die genannte Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß in an sich bekannter Weise der beheizte Draht mit einem weiteren Heizdraht eine Brückenschaltung bildet und dieser Heizdraht in einem parallel zu dem Staukörperströmungskreis liegenden Parallelströmungskreis, der mit dem Staukörperströmungskreis verbunden und dessen Strömungswiderstand einstellbar ist, untergebracht ist.

Die beiden Heizdrähte sind erfindungsgemäß in geometrisch und damit thermisch völlig äquivalenter Anordnung im Meßgerät untergebracht, wodurch die Einstellung beider Kreise auf gleichen Konvektionswiderstand erfolgen kann. Der zweite Heizdraht ist im Ergebnis nicht abgeschirmt, befindet sich aber unter genau gleichen thermischen Bedingungen wie der eigentliche Meßdraht.

609 608/85

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Das Meßgerät gemäß der Erfindung beruht auf Verwendung im Bergbau besonders geeignet, weil es der Verstimmung der Brückenschaltung durch die sich auch in zündfähigen Gemischen ohne die Gefahr Verschiebung des Temperaturgleichgewichtes in der der Auslösung einer Explosion verwenden läßt.
Meßanordnung und ist deshalb in der Lage, auch Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Abgeringste Strömungsgeschwindigkeiten mit hoher 5 bildungen in der Zeichnung beispielsweise weiter Genauigkeit zu messen. Seine Handhabung ist also beschrieben. Es zeigt

außerordentlich einfach, weil es bei der Messung Abb. 1 schematisch und teilweise im Schnitt das

nicht darauf ankommt, das Gerät in einer bestimmten Meßgerät nach der Erfindung und

Lage zu halten; denn der Staudruck ist innerhalb der A b b. 2 eine Einzelheit der A b b. 1, nämlich den

praktisch benötigten Grenzen von 10 bis 15°/» nicht io Aufbau des in den Strömungskreis eingeschalteten

von der Neigung des Staukörpers abhängig und der Filters.

Vergleichsdraht kompensiert wegen seiner Lage Ein Prandtlsches Staurohr 1 ist mit dem thermiaußerhalb der zu messenden Strömung jede Nei- sehen Strömungsmesser 3 verbunden, der z. B. aus gungsabhängigkeit des Meßergebnisses von selbst. einer frei im Rohr 2 aufgehängten, in eine dünne Diese Eigenschaft des Gerätes gemäß der Erfindung 15 Kunststoffschicht eingebetteten Spirale aus feinem ist für die Messung von Wettergeschwindigkeiten Platin- oder Nickeldraht besteht. Parallel zum Meßunter Tage von ausschlaggebender Bedeutung, weil rohr liegt der geschlossene Kreis 4 mit dem analog eine bestimmte Lage des Meßgerätes zur Strömungs- aufgebauten Strömungsmesser 5. Die Verbindung richtung nur in Ausnahmefällen eingehalten werden zwischen dem Rohr 2 und dem Kreis 4 wird mit Hilfe kann. 20 von Kapillaren 6 a, 6 b hergestellt, deren Weite so

Vorzugsweise ist gemäß einem weiteren Merkmal gewählt ist, daß infolge des zu hohen Strömungs-

der Erfindung der parallele Strömungskreis an den Widerstandes die Strömung bei 5 praktisch gegen die

Staukörperströmungskreis über Kapillaren ange- bei 3 vernachlässigt werden kann,

schlossen, wobei vorzugsweise so vorgegangen wer- Die beiden mit Mittelanzapfungen versehenen

den soll, daß der Strömungswiderstand des parallelen 25 Strömungsmesser 3 und 5 sind mit einer Spannungs-

Strömungskreises einstellbar ist. quelle 7 und dem Meß- und Registriergerät 8 zu

Da die Anzeige des Meßgerätes bei einem gege- einer Brücke geschaltet. Zwischen Prandtlrohr 1 und benen Staudruck vom Strömungswiderstand des aus Strömungsmesser 3 ist der Filter 9 geschaltet.
Verbindungskanälen und Strömungsmesser bestehen- Der Aufbau des Filters ist aus A b b. 2 zu erkenden Strömungskreises abhängt, muß dafür gesorgt 30 nen. Zwischen Haltenetzen 10 a, 10 b, 10 c, 1Od bewerden, daß sich dieser Strömungswiderstand, vor findet sich jeweils eine Packung 11, 12 und 13 von allem auch durch Verstaubung, nicht ändert. Des- Kugeln, beispielsweise von Glaskugeln gleichen halb ist in weiterer Ausbildung des Meßgerätes nach Durchmessers, die mit einer dünnen, z. B. aus der Erfindung in den Staukörperströmungskreis ein Vaseline oder Fett bestehenden Haftschicht überFilter eingeschaltet, dessen Strömungswiderstand 35 zogen sind. Der Durchmesser der Kugel nimmt in kleiner als der des StaukörperstrÖmungskreises ist. Strömungsrichtung ab.

Durch diesen Filter wird der in der Atmosphäre ent- Das Gerät arbeitet in folgender Weise: Tritt infolge haltende Staub, welcher ohne diese Maßnahme sehr einer Strömung in das Prandtlrohr ein Staudruck auf, rasch, aber auch durch thermische Abscheidung zu so fließt ein dem Staudruck proportionaler Gasstrom einer Verschmutzung des Meßsystems und dadurch 40 durch das Rohr 2, der eine Verschiebung des Temzu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen peraturgleichgewichts der beiden Hälften der Meßwürden, praktisch vollständig abgeschieden. spirale 3 und damit eine entsprechende, vom Instru-

Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einem ment 8 angezeigte Änderung des Brückengleichweiteren Merkmal der Erfindung der Filter aus meh- gewichts bewirkt. Während sich die zu messende reren, voneinander getrennten Lagen von mit einer 45 Strömung auf die Vergleichsspirale 5 praktisch nicht Haftschicht versehenen Kugeln besteht, deren Durch- auswirkt, kompensieren sich die störenden Strömungsmesser von Lage zu Lage in Strömungsrichtung ab- effekte bei geeigneter Einstellung des Strömungsnimmt. Widerstandes des Hilfskreises 4 mit Hufe von

Die üblichen Filter sind infolge ihres hohen, von Schrauben 14.

der Staubbeladung abhängigen Strömungswider- 50 Da der Strömungswiderstand innerhalb der prak-

standes für den Zweck des Gerätes nach der Erfin- tisch benötigten Grenzen nicht von der Neigung des

dung unbrauchbar, während der beschriebene Filter Staurohres abhängt, kann, wie ersichtlich, auf die

nach der Erfindung einen so hohen Abscheidungs- geschilderte Weise auch die Neigungsabhängigkeit

grad besitzt, daß der noch hindurchgelassene Staub des thermischen Strömungsmessers kompensiert und

selbst in längerem Zeitraum keine wesentliche Ver- 55 damit die Handhabung des Gerätes wesentlich er-

schmutzung des Meßgerätes bewirkt. leichtert werden.

Mit einem Meßgerät gemäß der Erfindung wurden Der Strömungswiderstand des Filters hängt im Meßergebnisse erzielt, die allen anderen Messungen wesentlichen nur von der Schicht der Kugel kleinsten bezüglich ihrer Genauigkeit weit überlegen sind. Es Durchmessers ab, weil die Ablagerung des Staubes erwies sich, daß eine Messung von Strömungs- 60 entsprechend der Strömungsrichtung zuerst an den geschwindigkeiten bis zu wenigen cm/sec störungs- größeren Kugeln erfolgt. Deshalb ist der Strömungsfrei und kontinuierlich möglich war. widerstand des Filters auch bei höherer Staub-

Dabei war die zum Betrieb des Gerätes notwen- belastung der Atmosphäre in weiteren Grenzen von dige elektrische Leistung so gering, daß sie die für der Staubbeladung der Kugeln unabhängig. Die Vereigensichere Strömungskreise geforderten Bedingun- 65 wendung klassierter Kugeln mit für jede Schicht im gen erfüllte, d.h., die Leistung lag in einer Größen- Filter gewählten und von Schicht zu Schicht Unterordnung, die nicht zur Zündung von Schlagwetter- schiedlichen Durchmessern ermöglicht einen genau gemischen ausreicht. Das Gerät ist daher für die zu bestimmenden minimalen Strömungswiderstand

in jeder Schicht, der ohne Schwierigkeiten in der Meßordnung 8 berücksichtigt werden kann.

Die Eigenschaften des in den Abbildungen dargestellten und vorstehend im einzelnen beschriebenen Meßgerätes nach der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Messungen.

Bei einer Geschwindigkeit von 1 m/sec beträgt der Staudruck am Prandtlrohr etwa 6 dyn/cm². Legt man die Strömungswiderstände im Meßgerät so aus, daß bei diesem Differenzdruck eine Querströmung von 5 cm³/min durch den Strömungsmesser fließt, so läßt sich hiermit ohne weiteres ein hinreichend genauer Endausschlag an einem technischen Anzeigeoder Schreibgerät erzielen. Die hierfür erforderliche elektrische Leistung für die Brückenspeisung beträgt nur 0,4 Watt, ist also eigensicher.

An einem aus vier Schichten von Glaskugeln mit Durchmessern von 2,2; 1,1; 0,75 und 0,5 mm aufgebauten Filter mit einer Schichtdicke von jeweils 20 mm und einem Durchmesser von 34 mm beträgt ao der Druck ebenfalls bei 5 cnWmin nur 2 dyn/cm², d. h. nur ein Drittel des zur Verfugung stehenden Druckgefälles. Gleichwohl hat sich ergeben, daß der Abscheidungsgrad des Staubes mehr als 99,9 °/o beträgt. Hierbei werden Teilchen größer als 0,5 μ quantitativ abgeschieden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gerät zur Messung der Geschwindigkeit strömender Gase, insbesondere zur Messung von Wettergeschwindigkeiten im Bergbau mit Hilfe eines Staukörpers und wenigstens eines beheizten Drahtes in einem sich zwischen Strömungssonden des Staukörpers ausbildenden Staukörperströmungskreis, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der beheizte Draht (3) mit einem weiteren Heizdraht (5) eine Brückenschaltung bildet und dieser Heizdraht (5) in einem parallel zu dem Staukörperströmungskreis (2) liegenden Parallelströmungskreis (4), der mit dem Staukörperströmungskreis (2) verbunden und dessen Strömungswiderstand einstellbar ist, untergebracht ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelströmungskreis (4) an den Staukörperströmungskreis über Kapillaren (6 a, 6 b) angeschlossen ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand des Parallelströmungskreises (4) über Schrauben (14) "einstellbar ist.

4. Gerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Staukörperströmungskreis (2) ein Filter (9) eingeschaltet ist, dessen Strömungswiderstand kleiner als der des Staukörperströmungskreises ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (9) aus mehreren voneinander getrennten Lagen (11, 12, 13) von mit einer Haftschicht versehenen Kugeln besteht, deren Durchmesser von Lage zu Lage in Strömungsrichtung abnimmt.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht aus Vaseline oder Fett besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Archiv für Technisches Messen«, Blatt V 1248-1,

vom Juli 1933;

Zeitschrift »Instruments«, Dezember 1931,

S. 675 bis 684.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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