DE1698050A1

DE1698050A1 - Einrichtung zur Messung schwacher Gasstroemungen

Info

Publication number: DE1698050A1
Application number: DE19681698050
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl-Ing Schunck; Winfried Speeter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-11-30
Filing date: 1968-02-15
Publication date: 1972-04-06
Also published as: FR2001941A6

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München, den 15.FEB. 1968

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Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen

Zusatz zu Patent (Anm.: S 107 186 IXb/42 e)

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen, bei der im ¥ege der Gasströmungen und senkrecht dazu mindestens zwei vorzugsweise ebene Metaligitter angeordnet sind, die Zweige einer Brückenschaltung bilden, bei der die Gitter von einer in einer Brückendiagonale liegenden Konstantstromquelle auf eine Über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur aufheizbar sind, bei

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der die Gitter in einem derartigen Abstand voneinander angeordnet sind, daß Wärmekopplung besteht, und bei der in der anderen Brückendiagonale in an sich bekannter Weise doßwertanzeigende oder -verarbeitende Geräte angeordnet sind, gemäß der Hauptanmeldung (Anm. S 107 186 IXb/42 e).

Um eine möglichst starke Wärmekopplung zu erreichen, ist die Temperatur der Gitter möglichst hoch zu wählen, jedoch so, daß keine Umwandlung des zu untersuchenden Gases zu befürchten ist. Starke Wärmekopplung kann auch durch möglichst geringen Abstand zwischen den beiden Gittern erreicht werden. Die zu messende Gasströmung verschiebt das an dem strömungsseitig gelegenen Gitter auftretende Wärmeprofil derart, daß es zu einer weiteren Aufheizung des zweiten Gitters kommt, wobei das zuerst durchströmte Gitter eine Abkühlung erfährt. Bei dieser Unordnung wird der Meßeffekt z.B. gegenüber einem Hitzdrahtströmungsmesser üblicher Bauart infolge der größeren Widerstandsänderung des Gitters, an dem das Meßsignal abgenommen wird, erheblich erhöht.

Die zwei vorzugsweise ebenen Metallgitter bilden Zweige einer Brückenschaltung, wobei die Gitter von einer in einer Brückendiagonalen liegenden Konstantstromquelle auf eine über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur aufheizbar sind. Mit dieser Einrichtung kann die Empfindlichkeit weiter gesteigert werden, da die zwischen den beiden Gittern

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auftretende Widerstendsdifferenz und damit die Größe der in der Meßdiagonale der Brücke erreichbaren Spannung auch "bei sehr schwachen Gasströmungen derart ist, daß zur Meßwertverarbeitung einfache und weniger aufwendige Mittel eingesetzt -werden können. Eine v/eitere Steigerung der Empfindlichkeit kann noch durch die Anordnung mehrerer Gitterkombinationen hintereinander oder parallel zueinander erreicht werden.

Die für die Messungen benötigten Widerstandskombinationen v/erden zweckmäßigerweise durch zwei weitere Widerstände zu einer Brücke ergänzt. Eine derartige Brücke *aeigt aber einen beachtlichen Umgebungstemperatureinfluß.

Pur die Beseitigung des Umgebungstemperatureinflusses in weiten Bereichen sieht die erfindungsgemäße Einrichtung vor, in den anderen Zweigen der Brückenschaltung Konstantwiderstände anzuordnen, die derart ausgelegt sind, daß die Empfindlichkeit der Brückenschaltung in einem weiten Bereich von der Umgebungstemperatur nahezu unabhängig ist. Die Brückenergänzungswiderstände sind Konstantwiderstände bestimmter Größe. Da diese Konstantwiderstände temperaturunabhängig sind, ist ihre örtliche lage in der Schaltung gleichgültig. Die in solchen Fällen übliche Beschaltung der Brücke mit temperaturabhängigen Widerständen ist demgegenüber im Nachteil, weil zur exakten Korabination stets Meßstelle und Kompensationsstelle

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gleiche bzw. zueinander in Beziehung stehende Temperaturen haben müssen. Stimmen die Temperaturverhältnisse nicht, so · ist die Ausgangsgröße mit Fehlern behaftet, was sich bei Temperatursprüngen oder bei Anblasen in Abweichungen vom Sollwert der Ausgangsgröße äußert. Die erfindungsgemäße Einrichtung vermeidet diese Fehler.

fc Ein ^usführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Einrichtung gemäß der Erfindung ist die Infrarot-Gaeanalyse. Eine gasgefüllte Impfängerkammer ist in zwei Teile aufgeteilt, deren einer Teil in einem Vergleichsstrahlengang und deren, anderer Teil im Meßstrahlengang liegt, wobei die Strahlengänge periodisch unterbrochen werden können. Die dadurch entstehenden periodischen Druckschwankungen in den beiden Teilen der Empfängerkammer werden durch in einem Verbindungsrohr angeordnete, gitterförmig ausgebildete Widerstände in elektrische Strombzw. Spannungsänderungen umgesetzt. Die beiden gleichartigen Gitter G₁ und Gg bilden Zweige einer Brückenschaltung, die außerdem noch die beiden Konstantwiderstände K^ und K^ anweist. Eine in der einen Brückendiagonale liegende Konetantspannung UK heizt die Gitter G^ und Gp, deren Widerstand in der Größenordnung von einigen 10 Ohm liegt, auf eine Übertemperatur auf ,z.B. 100° C. An der Meßdiagonale der Brücke wird

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eine Ausgangsspannung UA abgegriffen, die mit anzeigenden oder auswertenden Meßgeräten in Verbindung steht.

Das Gitter CL wird durch einen elektrischen Strom auf eine über der Umgebungstemperatur liegende !Temperatur aufgeheizt. Das andere Gitter G« wird durch einen zweiten elektrischen Strom auf eine Temperatur aufgeheizt, die vorteilhafterweiae in der Nähe der Temperatur des Gitters G₁ liegt. Die Gitter % G^ und G₂ befinden sich in Wärmekopplung - angedeutet durch den Doppelpfeil -. Die Konstantspannung UK der Brückenschaltung ist von der zulässigen Temperatur der beiden Gitter G₁ und G2 oder von der gewünschten Empfindlichkeit E (z.B. gemessen in mV/mm; ) der Brücke bestimmt.

Um die Empfindlichkeit E der Brückenschaltung in einem weiten Bereich unabhängig von der Umgebungstemperatur zu woiachen, muß ein bestimmtes Konstantwiderstandsp'aar K₁ , Κ2 ausgesucht werden. Man ermittelt dieses Paar mit Hilfe eines Diagramms, das in Figur 2 dargestellt ist.

Es wird die Empfindlichkeit E für eine bestimmte Gleich- oder Wechselbeströmung der Gitter Gj und G₂ über verschiedenen Vierten VZK₁ für z.B. den Konstantwiderstand K₁ zu zwei verschiedenen Umgebungstemperaturen T₁ und 2« aufgetragen. (Es ist als Variable auch der Konstantwiderstend Kg.wählbar. Da zu jedem Widerstandswert des einen Konstantwiderstandes - da-

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mit die Brücke abgeglichen ist - ein entsprechender Wert für den zweiten Konstantwiderstand gehört, genügt es, die Empfindlichkeit E in Abhängigkeit nur eines der beiden Konstantwiderstände Κ., oder Kp aufzutragen).

Für den Widerstandswert WK₁₁ wird, bei festgehaltener Konstantspannung UK für die Brückenspeisung, für die beiden Temperaturen T₁ und T₂ die Empfindlichkeit E (Werte E₁ und E₂) der Brückenschaltung gemessen. Das gleiche erfolgt für einen zweiten Widerstandswert WK₁₂I wobei man ebenfalls zwei Werte E₁ und E^ für die Empfindlichkeit E erhält. Dabei ist es für die Ermittlung des gesuchten Widerstands- ' wertes WK-, für den die Briickenschaltung umgebungstemperaturunempfindlich ist, zweckmäßig, die Empfindlichkeit E der Brückenschaltung für z.B. die Temperatur T₁ bei verschiedenen WK₁ konstant zu halten. Verbindet man die Punkte mit den Werten E₁ bzw. E, und E₂, so erhält man zwei Geraden A₁ und A„, die sich in einem Punkte mit den Koordinaten WK und Empfindlichkeit E₁ schneiden. Pur diesen Wert WK_x des Konstantwiderstandes K₁ ist der dazugehörende V/ert für den Konstantwiderstand K₂ leicht ermittelbar (z.B. durch Messungen an der Brückenschaltung). Eür die so ermittelten Werte für die Konstantwiderstände K₁ und K₂ ist die Brückenschaltung temperaturunempfindlich. Liegt der ermittelte Widerstand weit außerhalb des Bereiches zwischen WK₁₁ und VZK₁₂, so wird zweckmäßigerweise das Verfahren mit günstigeren Wider-

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ständen wiederholt, da die angenommenen Geraden in Wirklichkeit leicht gekrümmte Linien sind.

Es ist auch der Fall möglich, daß die "beiden Widerstandswerte der beiden temperaturabhängigen Heizwiderstände (Gitter G^ und Gp) von vornherein nicht gleich sind. Dann ergibt sich aus der Brückenabgleichbedingung bei einer Gasbeströmung "ITuIl" stets ein zueinander gehörendes Konstantwiderstandspaar K₁ und Kg anstelle z.B. gleicher Konstantwiderstände K₁ = Kg. Die Bedingungen für die Ermittlung des Schnittpunktes der beiden Geraden A- und An "bleiben die gleichen.

1 Patentanspruch
1 Bl. Zeichnungen

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Claims

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Patentanspruch

Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen, bei der im Wege der Gasströmungen und senkrecht dazu mindestens" zwei vorzugsweise ebene Metallgitter angeordnet sind, die Zweige einer Brückenschaltung bilden, bei der die Gitter von einer in einer Brückendiagonale^liegenden Konstantstromquelle auf eine über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur aufheizbar sind, bei der die Gitter in einem derartigen Abstand voneinander angeordnet sind, daß Wärmekopplung besteht, und bei der in der anderen Brüekendiagonale. in an sich bekannter V^reise meßwertanzeigende oder -verarbeitende Geräte angeordnet sind gemäß dem Hauptpatent (Anm. S 107 186 IXb/42 e), dadurch gekennzeichnet, daß in den anderen Zweigen der Brückenschaltung Konstantwiderstände (K₁ und K₂) angeordnet sind, die derart ausgelegt sind, daß die Empfindlichkeit (E) der Brückenschaltung in einem weiten Bereich von der Umgebungstemperatur (I- bzw. T₂) nahezu unabhängig ist.

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