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Anordnung zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines strömenden Mediums
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines strömenden
Mediums mittels eines beheizten temperaturabhängigen elektrischen Widerstandes (Strömungsmeßsonde),
der in einem Brückenzweig einer Brückenschaltung angeordnet ist und dessen durch
das etrömende Medium bewirkte Abkühlung durch Vergrößerung des Brückeneingangastromes
ausgeglichen wird, wobei die Stromänderung als Maß für die Strömungsgeschwindigkeit
dient.
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Anordnungen dieser Art sind bekannt. Sie werden mit einer Trägerfrequenz
in der Größenordnung von 20 bis 80 kHz betrieben, um Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit
in einem Frequenzbereich
von 0 bis 2 kHz messen zu kdnnen.
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Ziel dieser Erfindung ist eine Vereinfachung der bekannten Anordnung.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in der Brückendiagonale die
Steuerwicklung eines Hallgenerators oder eines magnetfeldabhängigen Widerstandes
angeordnet ist und die Eallspannung bzw. die Widerstandsändermg des magnetfeldabhängigen
Widerstandes zur Steuerung eines Transistors dient, der zusammen mit einer Gleichapannungsquelle
im Eingangskreis der B-ückenschaltung liegt.
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Durch die Verwendung eines Hallgenerators bzw. eines magnetfeldabhängigen
Widerstandes wird auf einfache Weise eine Potentialfreiheit zwischen der Ausgangsspannung
der Brücke und der Eingangsspannung erzielt. Zur Wahrung der Potentialtrennung zwischen
dem Brückenausgang und dem Brückeneingang ist weder ein Betrieb mit Trägerfrequenz
noch ein Trennverstärker erforderlich. Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme besteht
auch die Möglichkelt, Heißleiter oder Kaltleiter als temperaturabhängige Widerstände
wahlweise zu verwenden. Hei3leiter besitzen zwar im allgemeinen eine größereTrägheit
als Kaltleiter, ihre Empfindlichkeit ist jedoch um Zehnerpotenzen größer als bei
handelsüblichen Kaltleitern. Man wird deshalb bei Strömungsmessungen, bei denen
langsame Anderungen der Strömungsgeschwindigkeit genau ermittelt werden sollen,
einen Heißleiter verwenden und bei Stromungsmessungen mit schneller Änderung der
Geschwindigkeit einen Kaltleiter. Bei der erfindungsgemäßen Brückenschaltung ist
ein Auswechseln auf einfache Weise möglich. Vorzugsweise ist zu dem Transistor,
der im
Eingangskreis der Brückenschaltung liegt, ein Widerstand
parallel geschaltet, über den der Ruhestrom der BrUckenschaltung geleitet wird.
In diesem Fall empfiehlt es sich, im Steuerstromkreis des Transistors eine Ansprechschwelle
vorzusehen. Durch einen veränderbaren Widerstand im Stromkreis des Hallplättchens
bzw. des magnetfeldabhängigen Widerstandes läßt sich die Empfindlichkeit der Schaltung
verändern.
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Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von 4 Figuren
näher erläutert.
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Figue 1 zeigt eine Brückenschaltung mit einem Hallgenerator, in den
Figuren 2 bis 4 sind Schaltungen mit einem magnetfeldabhängigen Widerstand dargestellt.
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Bei de-in Fig. 1 dargestellten Anordnung zur Bestimmung der Geschwindigkeit
eines strömenden Mediums ist in einer Brückenschal-. tung 1 ein temperaturabhängiger
elektrischer Widerstand 2, der ale Strömungsmeßsonde ausgebildet ist, angeordnet.
Die reetlichen Widerstände der Brücke sind mit den Zahlen 3 bis 5 bezeichnet.
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In der Brückendiagonale liegt die Steuerwicklung 6 eines Hallgenerators
7. Dae Hallplättchen 8, das dem Magnetfeld der Steuerwicklung 6 ausgesetzt ist,
wird mit einem konstanten aus der Spannungsque 9 gelieferten Strom gespeist. Zur
Binregelung dieses Stromes dient ain veränderbarer Vorwiderstand 10. Die an den
Klemmen 11 abnehaba@e hallspannung dient nach Verstrkung in einen Verstärker 12
zur Steuerung eines Transistore 13, de@ in Ringangekreis der '
Brückenschaltung
1 liegt. Der Eingangskreis wird aus einer konstanten Gleichspannungsquelle 14 gespeist.
Ein im Eingangskreis angeordneter Strommesser 15 zeigt die Größe des Eingangsstromes,
die ais ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit angesehen werden kann, an. Zu dem
Transistor 13 liegt ein Widerstand 16 parallel, tuber den der Ruhestrom der Brückenschaltung
fließt. Durch den @ Ruhestrom der BrUckenschaltung wird der temperaturabhängige
Widerstand 2 auf etwa 300° C aufgeheizt. Damit wird die Meßanordnung von des unabhängig,
falls diese sich in der Größenordnung der Raumtemperatur bewegt. In der Schaltung
ist noch ein Wideretand 17 enthalten, der zur Linearisierung des Meßbereiches dient.
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Die beschriebene Schaltung wirkt in der folgenden Weise. Durch den
Ruhestrom wird der temperaturabhängige Widerstand 2 auf etwa 300° C aufgeheizt.
Wird der temperaturabhängige Widerstand, also die Strömungsmeßsonde, einer Strdmung
auagesetzt, eo wird sie abgekühlt. Je nachdem ob ein Heißleiter oder ein Kaltleiter
ale temperaturabhängiger Widerstand verwendet ist, verringert oder vergrößert sich
der Widerstandswert der Strömungsmeßsonde. Das Brückengleichgewicht wird dadurch
gestört und es fließt ein 3twom durch die 8truevwicklung 6. Die Hallepannung ändert
eich und damit die Steuerapannung fUr den Transistor 13. Der Transistor wird stromleitend
gesteuert und damit der Brückeneingangsstrm erhöht.
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Die am Strommesser 15 ablesbare Vergrößerung des Brückenstromes bewirkt
eine zusätzliche Erwärnung des temperaturabhängigen Widerstandes 2 und gleicht somit
die durch die Strömung bewirkte Abkühlung aus. Je größer die durch die Strömung
verursachte Abkünlung ist, desto mehr wird der Brückeneingangsstrom erhöht, da die
Regelschaltung
das B-ckengleichgewicht wieder herzustellen versucht. Die Vergrößerung des Brückeneingangsstromes
ißt somit ein Maß für die Abkühlung und damit für die Strömungsgeschwindigkeit.
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<' Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist an Stelle des Hallplättchens
ein magnetfeldabhängiger Widerstand 18 vorgesehen.
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Er befindet sich im Magnetfeld der Steuerwicklung 6, die bei Störung
des Brückengleichgewichts erregt wird. Die hierdurch bewirkte Widerstandsänderungbestimmt
die Größe des Steuerstromes fUr einen Transistor 19, der wiederum den Transistor
13 aussteuert. Im Steuerkreis des Transistors 19 befindet sich eine Spannungsquelle
20 und ein einstellbarer Vorwiderstand 21.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 im wesentlichen dadurch, daß der magnetfeldabhängige Widerstand 18 zusammen
mit einem einstellbaren Widerstand 22 einen Spannungsteiler bildet, dessen Abgriff
mit der Steuerelektrode des Transistors 13 verbunden ist. Durch eine Vorspannungsquelle
23 wird ermöglicht, da8 im abgeglichenen Zustand der BrUcke der Transistor 13 völlig
gesperrt iat. Es flieBt der gesamte Ruhestrom Uber den Widerstand 16. Erst bei einer
Verstimmung der Brücke wird das Potential am Spannungsteilerabgriff so weit herabgezogen,
daß der Transistor 13 leitend wird.
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Im folgenden sind die Werte fiir die einzelnen Schaltungsslemente
angegeben.
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Brückenwiderstände 3 bis 5'15-fL, temperaturabhängiger Widerstand
2 bei 300° C: 15 #,
Spannungsquelle 14 : 15 V, Spannungsquelle 23:
1,8 V, Ruhestrom durch den Widerstand 16 t etwa 160 mA, Spannungsteilerwiderstand
22: 550 #, Größe des magnetfeldabhängigen Widerstandes: 50 bis 250 #, Veranderur.
g des Kollektorstromes des Transistors 13 hierbei :" 0 bis 750 mA, Die Vorspannungsquelle
23 dient dazu, den Transistor 13 erst beim Vorhandensein eines Steuersignals aufzusteuern.
Hierdurch ld2t sich ein größerer Bereich überstreichen als wenn, wie bei der Schaltungsanordnung
nach Fig. 2 der Transistor 13 bereits im abgeglichenen Zustand der Brücke stromführend
ist. Kommt es nicht so sehr darauf an, einen möglichst großen Regelbereich zu haben,
so kann die Vorspannungsquelle 23 entfallen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit
der Steuerung für den Transistor 13 mittels eines magnetfeldabhängigen Widerstandes
18 angedeutet. Hier wird eine Anspreehschwelle durch eine Spannungsquelle 24 im
Basis-Emitterkreis des Transistors 6 bewirkt.
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4 Patentansprüche 4 Figuren