DE1940324U - Anordnung zum messen der geschwindigkeit und richtung eines gasstroms mit optischer und akustischer anzeige des messergebnisses, insbesondere zum ermitteln der vertikalgeschwindigkeit eines luftfahrzeugs. - Google Patents
Anordnung zum messen der geschwindigkeit und richtung eines gasstroms mit optischer und akustischer anzeige des messergebnisses, insbesondere zum ermitteln der vertikalgeschwindigkeit eines luftfahrzeugs.Info
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Description
Prof. Dr» Oskar Vierling 13. April 1966
Anordnung zum Messen der Geschwindigkeit und Richtung eines Gasstroms mit optischer und akustischer Anzeige
des Meßergebnisses, insbesondere zum Ermitteln der Vertikalgeschwindigkeit eines Luftfahrzeugs
Die Neuerung betrifft eine Anordnung zum Hessen der Geschwindigkeit
und Richtung eines Gasstroms, der durch unterschiedliche Druckverhältnisse hervorgerufen wird, und ist
insbesondere zum Ermitteln der Vertikalgeschwindigkeit von Luftfahrzeugen gedacht«
Die Kenntnis der jeweiligen Vertikalgeschwindigkeit, also der Steig« oder Sinkgeschwindigkeit, ist beim Motorflug
wichtig zur genauen Steuerung, vor allem bei Blindflug, beim Segelflug ist sie sogar unerläßlich, da dort die Aufwindgebiete
ausgenutzt werden müssen, um die notwendige Höhe zu gewinnen. Meßgeräte für die Vertikalgeschwindigkeit, sogenannte
Luftdruck-Variometer oder kurz Variometer, messen die Steig- oder Sinkgeschwindigkeit im allgemeinen anhand der
Geschwindigkeit eines Luftstroms, der sich aufgrund der Luftdruckveränderung bei wechselnder Höhe zwischen der Außenluft
und einem Ausgleichsgefäß einstellt. Beim Steigen fließt
dieser Ausgleichsstrom, da der Druck der Außenluft sinkt, vom Ausgleichsgefäß nach außen, beim Sinken dagegen wird
der Druck der Außenluft größer und bewirkt einen Luftstrom in entgegengesetzter Richtung, Die jeweilige Geschwindigkeit
des Ausgleichsstroms ist der entsprechenden Vertikalgeschwindigkeit proportionale
Die bekannten Variometer, die die Geschwindigkeit des Ausgleichsluftstroms
messen und als Vertikalgeschwindigkeit des Plugkörpers anzeigen, arbeiten zum größten Teil mechanisch.
— 2 *=
Dazu gehören Stauscheiben-Variometer und Dosen-Variometer,
Bei den letzteren wird der Ausgleichsluftstrom durch eine Kapillare gedrosselt und der entstehende Druckunterschied
mit einem Druckmesser angezeigt. Alle mechanischen Variometer sind jedoch sehr träge und gegenüber kleinen Strömungsgeschwindigkeiten
nicht empfindlich genug, so daß sie in Gebieten mit schwachen Aufwinden überhaupt nicht ansprechen
und bei begrenzten Aufwindfeldern vielfach erst dann eine Steigung anzeigen., wenn das Flugzeug diesen Bereich
bereits wieder verlassen hat.
Man ist deshalb in letzter Zeit dazu übergegangen, elektrische
Variometer zu bauen, die neben den Vorteilen der höheren Empfindlichkeit und geringeren Anzeigeverzögerung auch die
Möglichkeiten der Meßbereichumschaltung und des Zusammenschaltens mit elektrischen Zusatzgeräten gewähren. Als Meßwert
aufnehmer enthalten die bekannten elektrischen Variometer
Heißleiter oder Thermistoren, das sind Widerstände mit negativem
Temperaturkoeffizienten (NTC). Zwei solcher Heißleiter sind in dem Kanal, durch den der Ausgleichsluftstrom fließt,
hintereinander angeordnet und bilden zusammen mit zwei
anderen Widerständen eine Brückenschaltung» Im Ruhezustand sind beide Heißleiter auf eine Temperatur von beispielsweise
180 0C aufgeheizt. Wenn Luft durch den Ausgleichskanal strömt,
kühlt sie die Heißleiter ab, wobei der in bezug auf die Strömungsrichtung erste Heißleiter stärker gekühlt wird als der
zweite. Durch die unterschiedliche Abkühlung nehmen die Heißleiter
verschiedene Widerstandswerte an, und die Brücke wird verstimmt. Ein Anzeigeinstrument im Diagonalzweig der Brücke
zeigt jetzt eine Spannung an, die der Temperaturdifferenz der Heißleiter und damit der Strömungsgeschwindigkeit der Luft
entspricht ο Parallel zum Instrument wird bei elektrischen Variometern häufig ein Tonfrequenz-Generator vorgesehen, der
bei von Null aus steigenden Anzeigewerten schwingt, und zwar mit umso höherer Frequenz, je größer die Ausgangsspannung der
Brücke ist«.
Variometer mit Heißleitern zeigen zwar keine störende Anzeigeverzögerung
und weisen die oben aufgezählten Vorteile elektrischer Meßgeräte auf, doch machen sich bei ihnen
andere schwerwiegende Nachteile bemerkbar. Die Kennlinien der Heißleiter, die die Abhängigkeit des Widerstands von der
Temperatur wiedergeben, sind nicht linear und kaum für zwei Exemplare gleich» Man kann durch Ausmessen und zusätzliche
Schaltungsmaßnahmen Übereinstimmung in einem Punkt oder vielleicht auch in einem kleinen Teilbereich der Kennlinien
erzielen, darüber und darunter laufen aber die Kennlinien auseinander, so daß die Anzeigewerte stark mit der Umgebungstemperatur
und der Heizleistung schwanken und die Lage des Nullpunkts in gleicher Weise wandert. Alterungsbedingte
Kennlinienänderungen verstärken diesen Effekt noch, da die beiden Elemente im allgemeinen unterschiedlich von ihnen betroffen
werden. Somit ist unter wechselnden Temperaturen oder sich ändernder Betriebsspannung auf die Anzeigewerte
wenig Verlaß. Durch die Verschiebung des Nullpunkts kann sogar eine Steiggeschwindigkeit vorgetäuscht werden, wenn
das Flugzeug in Wirklichkeit horizontal fliegt oder sinkt. Ein Nacheichen der Nullstellung im Fluge ist ohne zusätzliche
Hilfsmittel nicht möglich, weil kein Bezugspunkt vorhanden ist. Zudem sind Flugzeugführer und Flugzeug gefährdet, wenn
jener so sehr durch sein Variometer beansprucht wird, daß
er der Umgebung nicht die erforderliche Aufmerksamkeit schenken kann.
Schon aufgrund der nichtlinearen Kennlinien ist es bei Verwendung von Heißleitern äußerst schwierig, einen mit der
Vertikalgeschwindigkeit linear ansteigenden Instrumentenausschlag zu erzielen. Hinzu kommt, daß sich die Strömungen im
Bereich der Heißleiter je nach Geschwindigkeit verschiedenartig ausbilden, da die hier in Frage kommenden Heißleiter
(Zwerg-NTC-YJiderstände) kugelförmig sind und die durchströmende
Luft zur Wirbelbildung anregen. Bei kleinen Durchflußgeschwindig-
keiten geht aber die hinter dem ersten Heißleiter auftretende
Turbulenz stärker in das Meßergebnis ein als bei hohen Geschwindigkeiten. Insofern ist die Anzeige auch von dieser
Seite her Ungenauigkeiten ausgesetzt»
Bevor man zu den elektrischen Variometern mit Heißleitern überging., wurde schon versucht, das von anderen Anwendungen
her bekannte Hitzdrahtverfahren auf Variometer zu übertragen*
Diesbezügliche Versuche scheiterten aber daran, daß man keine geeignete Aufhängung für den Hitzdraht finden konnte. In der
üblichen Technik ist der geheizte Draht gespannt zwischen federnden Halterungen aufgehängt. Um die bei elektrischen
Variometern gewünschte Empfindlichkeit gegenüber kleinsten Durchflußmengen hervorzubringen, müßte der Hitzdraht hier
bedeutend kürzer sein als bei bekannten Anordnungen. Ein sehr kurzer Draht läßt sich aber wieder nicht in konventioneller
Weise aufhängen, da über die Halterung unverhältnismäßig hohe Störwirkungen hervorgerufen werden. Darüber hinaus
ergeben kurze Drahtlängen kleine Widerstandswerte, was wiederum
hohe Ströme zur Aufheizung erfordert« Deshalb ist die Idee eines elektrischen Hitzdraht-Variometers nie über das Stadium
eines Versuchsmusters hinausgekommen, und man wandte sich in der Folgezeit ausschließlich dem beschriebenen Aufbau elektrischer
Variometer mit Heißleitern zu.
Die Neuerung bietet eine neue Lösung an, die die Vorteile elektrischer Geräte, hohe Empfindlichkeit, geringe Ansprechverzögerung,
Möglichkeit der Meßbereichumschaltung, Verbindung mit elektrischen Zusatzgeräten usw., mit denen der mechanischen
Geräte, nämlich Alterungsbeständigkeit, lineare Abhängigkeit zwischen Meß- und Anzeigegrößen, Temperatur-Unabhängigkeit,
NullpunktStabilität usw., verknüpft, ohne die jeweiligen
Nachteile beider Verfahren aufzuweisen. In der neuen Anordnung wird der die Vertikalgeschwindigkeit bestimmende Gasstrom
ebenfalls über eine temperaturempfindliche Meßsonde geleitet, die Teil einer Widerstands-Brückenschaltung ist, und
die Ausgangsspannung der Brücke wird über einen Verstärker
einem Anzeigeinstrument zur optischen Anzeige sowie einem Oszillator mit angeschlossenem Lautsprecher zur akustischen
Anzeige zugeführt» Gekennzeichnet ist diese Anordnung aber dadurch., daß die Meßsonde aus zwei Wicklungen von jeweils
mehreren Windungen eines Metalldrahts besteht., wobei beide
Wicklungen für den Gasstrom in Reihe liegen und ihre Windungsflächen
sich quer zum Gasstrom erstrecken. Durch diese Maßnahme werden zwei an sich gegensätzliche Forderungen übereingebracht,,
die darin bestehen,, daß man einerseits große Drahtlängen braucht s um die notwendige Heizleistung mit
geringern Strom zu erzeugen., und andererseits eine kleine
Ausdehnung der Sonde wünscht, um eine hohe Anzeigeempfindlichkeit und niedrige Anzeigeverzögerung zu erhalten.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung dieser Sonde ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungen je in Form
eines Kegelstumpfes ausgebildet sind und mit ihren kleinen Deckflächen aneinanderstoßend angeordnet sind. Auf die durch
diese Form bewirkten günstigen Eigenschaften wird weiter unten eingegangen.
Um eine Halterung für die Sonde vollkommen zu umgehen, ist
nach einer Weiterbildung der neuen Anordnung vorgesehen^ daß die Wicklungen mit einem Lacküberzug versehen sind, der ihre
Windungen in der Wickellage festhält, und die Sonde somit freitragend ausgebildet ist.
In der praktischen Erprobung hat sich die Verwendung von isoliertem Nickel-Draht als Material für die Wicklungen der
Sonde als sowohl wirtschaftlich wie auch herstellungs- und meßtechnisch günstig erwiesen.
Eine Meßanordnung mit der beschriebenen Sonde zeichnet sich durch hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit in bezug auf
Linearität und NullpunktStabilität aus. Diesen Eigenschaften
angepaßt ist in einer weiteren Ausbildung der neuen Meßanordnung das von der Sonde gesteuerte Anzeigesystem,, indem
nämlich vorgesehen ist, daß die beiden Wicklungen der Sonde in an sich bekannter Weise in einer Widerstands-Brückenschaltung
angeordnet sind, deren Ausgangsspannung ebenfalls in
bekannter Weise über einen mit Llitteln zur Bereichsumschaltung
versehenen Verstärker ein Anzeigeinstrument beaufschlagt und ferner einen Tonfrequenz=»Oszillator steuert, wobei die
Ausgangsspannungen der Brücke, die positive Anzeigewerte
am Instrument hervorrufen, die Frequenz des Oszillators erhöhen, während die Ausgangsspannungen der Brücke, die negative
Anzeigwerte am Instrument verursachen, die Frequenz des Oszillators absenken» Eine akustische Anzeige sowohl der Steig- als
auch der Sinkgeschwindigkeit hat gegenüber der üblichen auf die Steiggeschwindigkeit beschränkten Anzeige natürlich erhebliche
Vorteile, da sie den Flugzeugführer auch im Sinkflug akustisch vor Veränderungen und vor Gefahren warnt« Sie setzt
aber voraus, daß der Meßwertaufnehmer, hier die Sonde, mit
geringer Verzögerung reagiert, eine der Meßgröße proportionale Anzeigegröße liefert und außerdem keine Scheinanzeigen (Nullpunktverschiebung)
hervorruft. Sofern diese Voraussetzungen nicht erfüllt sind, führt eine akustische Anzeige der Vertikalgeschwindigkeit
in beiden Richtungen nur zu Verwirrungen und gefährdet den Flieger. Insofern ist die hier verwirklichte
Art der Anzeige nur im Verein mit der neuen Sonde sinnvoll.
Um die Sicherheit der akustischen Anzeige noch weiter zu erhöhen, ist eine scharfe Trennung zwischen den beiden von der
Horizontallage abweichenden Richtungen vorteilhaft, die dem Flieger eine Entscheidung darüber erspart, ob der gehörte Ton
zur Aufwärts- oder Abwärtsbewegung gehört. Eine solche Unterscheidung
läßt sich besonders einprägsam dadurch bewirken, daß der Ton in einer Richtung stetig hörbar bleibt, während
er in der anderen Richtung von Null an ständig kurzzeitig unterbrochen wird,, Eine Weiterbildung der neuen Anordnung
_ 1J _
ist zu diesem Zweck durch einen Zerhacker ergänzt, der parallel zum Oszillator liegt und wie dieser über den Verstärker
von den Ausgangsspannungen der Brückenschaltung gesteuert wird., der aber nur von den einer Anzeigerichtung
(entweder positive oder negative Werte) entsprechenden Ausgangs
spannungen einschaltbar ist. Für die technische Ausführung ist es gleichgültig, Vielehe Schwingungen von der
Nullage an zerhackt werden, die dem Steigbereich oder die dem Sinkbereich zugeordneten Frequenzen. In der Auffassung
des Piloten aber wird sich der stetige Ton leichter mit dem Heruntergleiten verbinden und der intermittierende Ton mit
dem Steigen. Daher ist in einer praktischen Ausführung diese Zuordnung getroffen.
Im folgenden wird die Neuerung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels näher beschrieben und in ihrer
Wirkungsweise erläutert. Es stellen dars
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Anordnung zum Messen der Geschwindigkeit und Richtung eines Gasstroms mit optischer
und akustischer Anzeige des Meßergebnissesj
Fig. 2 die in der Anordnung von Fig. 1 als Meßwertaufnehmer
eingesetzte Sonde.
Die Meßanordnung nach Fig. 1 enthält einen normalen Ausgleichsbehälter
1 bekannter Bauart, der über einen Strömungskanal 4 mit der Außenluft bzw. der Abnahmestelle für den sogenannten
statischen Druck j> verbunden ist. Im Strömungskanal 4 befindet
sich die Sonde 2, die gemäß Fig. 2 aus zwei kegelstumpf förmigen Wicklungen 21, 22 von je mehreren VJindungen
eines Metalldrahts besteht. Sie ist in einen Metallblock 2j5
eingeschlossen, durch den nur die Wicklungsenden herausgeführt sind. Die inneren Anschlüsse beider Wicklungen sind miteinander
verbunden, und die gesamte Sonde bildet so den einen Zweig einer Brückenschaltung 5.» in deren anderem Zweig zwei ohmsche
Widerstände liegen« Die Mittelabgriffe von Sonde und Brückenwiderständen
führen zu einem Verstärker 7, dessen Eingangsklemmen umschaltbare Widerstände β zur Empfindlichkeitseinstellung
(Meßbereichumschaltung) parallel liegen. Am Verstärkerausgang sind ein Spannungsmesser 8 als Anzeigeinstrument
zur optischen Anzeige und ein Oszillator 10 sowie ein Zerhacker 9 fflit nachgeschaltetem Lautsprecher 11 zur akustischen
Anzeige angeschlossen«
Wenn das Plugzeug steigt., fließt infolge des erniedrigten
Außendrucks Luft aus dem Ausgleichsbehälter 1 in Richtung der ausgezogenen Pfeile durch den Kanal 4, in dem sich die
Sonde 2 befindet. Die Sonde ist im Ruhezustand auf eine Oberflächentemperatur
von über 100 C aufgeheizt. Infolge der besonderen Sondenform ist die Temperatur aber nicht an allen
Punkten der Oberfläche gleich, sondern steigt gegen die Mitte ZUj, wo die beiden Wicklungen 21, 22 zusammenstoßen, da dort
der Abstand von den Wänden des Metallblocks 23 und damit der
Wärmewiderstand größer ist als an den Außenkanten« Die von links einströmende Luft kühlt die linke Wicklung 21 je nach
Strömungsgeschwindigkeit mehr oder weniger ab und setzt dadurch den ohmschen Widerstand des Drahtes herunter. Während
dieses Vorgangs wird die Luft selbst erwärmt, und zwar bei Passieren des heißen Sondenzentrums auf eine höhere Temperatur
als sie die rechte Wicklung 22 im Mittel aufweist» Die Wicklung 22 erfährt also durch den Luftstrom statt der sonst üblichen
schwächeren Abkühlung sogar noch eine Temperaturerhöhung und damit eine Widerstandszunahme. Da die Ausgangsspannung der
Brückenschaltung 5 der Differmz der beiden Wicklungswiderstände
21, 22 proportional ist, wird durch den beschriebenen
Effekt eine beträchtliche Steigerung der Ansprechempfindlichkeit
erzielt.
Bei kleinen Vertikalgeschwindigkeiten ist das in der Zeiteinheit durch die Sonde transportierte Luftvolurnen so klein,
daß es mehrere Sekunden dauert, bis die Sondenwicklungen in
— Q —
ihrer gesamten Längsausdehnung passiert sind. Die dadurch
bedingte unerwünschte Anzeigeverzögerung bei kleinen Anzeigewerten wird indes durch die besondere Ausbildung der Sonde
weitgehend aufgehoben* weil der größte Beitrag zur Anzeige von dem heißeren und im Vergleich zur Gesamtausdehnung der
Sonde viel kleineren Zentrum hervorgebracht wird»
Nebenher verbessert die Sondenform die Linearität zwischen Meßgröße und Anzeigewert. Die Sonde selbst kann als lineares
Bauelement betrachtet werden,, da ihre Widerstandsänderung
exakt linear mit der Temperaturänderung verläuft. Die nachgeschalteten elektrischen Anordnungen lassen sich ebenfalls
so aufbauen,, daß sie - bis zu einem oberen Grenzwert natürlich linear
arbeiten, Linearitätsabweichungen sind somit nur im Verhältnis Temperaturdifferenz (Grad der Abkühlung) zu Strömungsgeschwindigkeit
zu befürchten. Praktische Erfahrungen, die von verschiedenen Seiten bestätigt werden* haben erwiesen*
daß die Temperaturdifferenz bei mittleren und höheren
Strömungsgeschwindigkeiten eine lineare Funktion der Geschwindigkeit des LuftStroms ist* bei sehr kleinen Strömungsgeschwindigkeiten
aber die lineare Funktion zu kleineren Werten hin verläßt. Bei zylindrischer Form der Sonde und demzufolge
gleichmäßiger Temperaturverteilung auf ihrer Oberfläche würde ein sehr langsamer Luftstrom überhaupt keine
wahrnehmbare Abkühlung hervorrufen* jedenfalls keine unterschiedliche Abkühlung beider Wicklungen. Vielmehr müßte man
sogar mit den in der Praxis beobachteten Umkehreffekten rechnen* daß nämlich die in Strömungsrichtung zweite Wicklung stärker
gekühlt wird als die erste. Bei der hier beschriebenen Sonde kann dieser Fehler nicht auftreten. Je langsamer sich hier
die Luft durch das heißere Zentrum bewegt* umso stärker wird sie erhitzt. Wenn jetzt auch der Luftstrom zu schwach ist* die
erste Wicklung wirksam abzukühlen* wird er doch die äußeren* kühleren Teile der zweiten Wicklung erwärmen* und damit ergibt
sich wieder eine richtige Anzeige. Durch die beschriebene Erhöhung der Empfindlichkeit an der unteren Meßgrenze wird also
die gesamte Funktion weitgehend linearisiert.
- 10 -
Am oberen Ausgang der Brückenschaltung 5 tritt, wenn die Luft
wie bisher angenommen von links nach rechts strömt, bei der gezeichneten Polung der Batterie eine gegenüber der Bezugsspannung
am gemeinsamen Punkt der beiden unteren Widerstände positive Spannung auf, deren Höhe der Strömungsgeschwindigkeit
proportional ist. Bei umgekehrter Strömungsrichtung ist die Spannung am oberen Brückenausgang dementsprechend negativ
gegen die Bezugsspannung, und im Ruhezustand ist die Brücke abgeglichen und liefert keine Spannung bzw. an beiden Ausgängen
die gleiche Spannung. Natürlich ist diese Art der Polung nicht zwingend, vielmehr kann sie nach Belieben
umgekehrt werden. Die beiden Vergleichswiderstände der Brücke können übrigens relativ groß gegenüber den ohmschen
Widerständen der Wicklungen sein, da sie in bezug auf die Spannungszuführung einen eigenen Zweig bilden und die Höhe
der am Mittelabgriff der Wicklungen abnehmbaren Differenzspannung nicht beeinflussen.
An die beiden Ausgänge der Brückenschaltung 5 ist ein an sich
bekannter Differentialverstärker 7 mit hoher NullpunktStabilität
angeschlossen. Zur Meßbereichumschaltung können dem Verstärkereingang Widerstände 6 parallelgeschaltet werden, die
die bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten auftretenden hohen Spannungen herunterteilen, bevor sie verstärkt werden. Auf
diese Weise werden sowohl der Verstärkungsbereich des Verstärkers 7 wie auch der Anzeigebereich des Instruments 8 und
der Tonfrequenzbereich des Oszillators 10 optimal ausgenutzt, ohne daß die hohe Anzeigegenauigkeit bei kleinen Meßwerten
zu Lasten des insgesamt zu verarbeitenden Meßbereichs ginge oder die Anzeige bis hinauf zu großen Meßwerten die Genauigkeit
an der unteren Grenze beeinträchtigte.
Am Ausgang des Verstärkers 7 ist ein Voltmeter 8 angeschlossen, dessen Zeiger in der Ruhelage in Mittelstellung
steht. Die Skala des Instruments ist in m/sec geeicht und
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zeigt in einer Richtung von der Mittelstellung positive Werte., also Steiggeschwindigkeiten, in der anderen Richtung
negative Werte, also Sinkgeschwindigkeiten an. Die Mittelstel^
lung, die der Spannungsdifferenz Null am Ausgang der Brücke
entspricht, kann mit dem mechanischen Nullpunkt des Instruments übereinstimmen, sie braucht es aber nicht, wenn man zwischen
Brückenschaltung 5 und Instrument 8 in bekannter Weise eine
Potentialverschiebung in der einen oder anderen Richtung vornimmt, so daß am Ausgang des Verstärkers beispielsweise nur
negative Spannungen auftreten, von denen ein mittlerer Viert der Anzeigegröße Null entspricht, während die darüberliegenden
Spannungen positive und die darunterliegenden Spannungen negative Anzeigewerte ergeben. Derartige Maßnahmen sind dem Fachmann
geläufig und brauchen daher nicht näher erläutert zu werden.
Der Verstärker 7 ist ausgangsseitig ferner mit einem Zerhacker
und einem Tonfrequenz-Oszillator 10, jeweils bekannter Bauart, verbunden. Der Oszillator erzeugt Schwingungen, deren Frequenz
von der Ausgangsspannung des Verstärkers und damit von der Ausgangsspannung der Brückenschaltung 5 abhängt. Je höher die
Brückenspannung der Polarität ist, die der Strömungsrichtung von links nach rechts, also dem Steigen des Flugzeugs entspricht,
umso größer ist auch die Oszillatorfrequenz. Je größer dagegen die Brückenspannung mit umgekehrtem Vorzeichen
ist, umso kleiner ist die Oszillatorfrequenz. Der angeschlossene Lautsprecher 11 gibt dementsprechend umso höhere Töne wieder,
je größer die Steiggeschwindigkeit (positive Vertikalgeschwindigkeit)
ist, und umso tiefere, je größer die Sinkgeschwindigkeit (negative Vertikalgeschwindigkeit) ist. Als Tonfrequenz-Oszillator
eignet sich besonders gut ein astabiler Multivibrator mit linear ansteigender Frequenz.
Die Ausgangsspannungen des Verstärkers 7, die bei der gezeichneten
Polung der Batterie positiven Ausgangsspannungen der Brücke entsprechen, also durch Luftströmungen von links
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nach rechts hervorgerufen werden, machen einen Zerhacker 9
wirksam, der die dem Steigbereich zugeordneten Oszillatorschwingungen
zerhackt. Der Pilot erhält auf diese V/eise eine eindeutige akustische Aussage darüber, ob sein Plugzeug steigt
oder sinkt und mit welcher Geschwindigkeit es sich aufwärts oder abwärts bewegt. Wenn der Ton tiefer wird, aber nach wie
vor intermittierend klingt, bedeutet das, daß die Steiggeschwindigkeit zwar geringer geworden ist, die Vertikalbewegung
aber immer noch aufwärts verläuft. Wird der Ton jedoch tiefer und klingt stetig fort, weiß der Flieger, daß er sich
abwärts bewegt, und zwar je nach Frequenz mit kleinerer oder größerer Geschwindigkeit, Dieses Doppeltonprinzip gibt die
größte Anzeigesicherheit und macht nach einiger Übung die Beobachtung des Instruments überflüssig und erhöht dadurch
die Flugsicherheit. Voraussetzung für sein fehlerfreies Funktionieren sind allerdings die mit der oben beschriebenen
Sonde erzielte Nullpunktstabilität und das dadurch garantierte exakte Ein- und Aussetzen des Zerhackers 9 bei jedem Polaritätswechsel der Brückenausgangsspannung.
Die beschriebene Anordnung ist nach vorstehendem durchaus auch ohne Anzeigeinstrument 8 einsatzfähig, wie sie desgleichen
funktionstauglich ist, wenn nur das Anzeigeinstrument vorgesehen wird und die akustische Anzeige ausgeschaltet oder entfernt
wird. Mit akustischer und optischer Anzeige wird jedoch eine doppelte Zuverlässigkeit erreicht, die bei der hier herausgestellten
Anwendung in Flugzeugen besonders zweckdienlich ist. Wenn die Anordnung dagegen auf anderen Gebieten, wo die
Strömungsgeschwindigkeit von Gasen zu ermitteln ist, eingesetzt wird, kann man auch auf eines der beiden Anzeigesysteme verzichten.
Anschließend soll noch der Aufbau der Sonde beschrieben werden. Wie schon erwähnt, besteht sie aus zwei Wicklungen 21, 22, je
in Form eines Kegelstumpfes, die mit ihren kleinen Deckflächen
gegeneinander gerichtet sind. Als Material dient ein rein metallener Draht; so wurde in einem praktischen Ausführungsbeispiel Nickel-Draht von 0,03 mm Querschnitt mit Außenisolierung
verwendet. Dieser Draht wird auf einem entsprechenden Wickeldorn in der dargestellten konischen Form gewickelt
und die Wicklung vor dem Abziehen vorn Wickeldorn mit einem Klebemittel "geheftet", d. h. stellenweise dünn betupft., urn
die Windungen in der gewünschten Form zu halten. Alsdann werden zwei Wicklungen dieser Art in die Rinne eines Metallblocks
23 gesetzt und ihre Anschlüsse durch die dort vorgesehenen Bohrungen nach unten herausgeführt« Zweckmäßig legt
man die Anschlüsse durch Wachs mit hohem Schmelzpunkt o. ä. in den Bohrlöchern fest. Nach der Justage werden alle Teile
der Wicklungen mit einem temperaturbeständigen Lack überstrichen, der nach mehrstündiger Erwärmung auf eine Temperatur
von z, B. 150 °C aushärtet. Das vorher aufgebrachte Klebemittel
verflüchtigt sich bei diesem Aushärtungsprozeß. Das Wachs in den Bohrungen aber wird vorübergehend weich und
füllt jetzt die Löcher vollständig aus. Nach dem Erkalten ist die Sonde somit exakt in der Rinne des Blocks 23 fixiert,
und zwar freitragend, also ohne Halterung, Verspannung oder
sonstige Hilfsmittel, die die Meßergebnisse beeinträchtigen könnten. Der Block 23 wird anschließend mit einem entsprechenden
Gegenstück verschraubt, vernietet oder ähnlich fest verbunden. Von außen zugänglich bleiben dann nur die Wicklungsanschlüsse,
die an den elektrischen Teil angeschlossen werden, und der Strömungskanal, der als Rinne durch den Block 23 geführt
ist und der durch Schlauchleitungen o. ä. mit dem Ausgleichsbehälter 1 und der Abnahmestelle für den statischen Druck 3
verbunden wird. .,
Claims (6)
1. Anordnung zum Messen der Geschwindigkeit und Richtung
eines Gasstroms mit optischer und akustischer Anzeige des Meßergebnisses., bei der der Gasstrom über eine
temperaturempfindliche Meßsonde geleitet wird, die Teil einer Widerstands-Brückenschaltung ist, und die
Ausgangsspannung der Brücke über einen Verstärker einem
Anzeigeinstrument zur optischen Anzeige sowie einem Oszillator mit angeschlossenem Lautsprecher zur akustischen
Anzeige zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde (2) aus zwei Wicklungen (21, 22) von jeweils
mehreren Windungen eines Metalldrahts besteht, wobei beide Wicklungen für den Gasstrom in FLiihe liegen und
ihre Windungsflächen sich quer zum Gasstrom erstrecken.
2, Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Wicklungen (21, 22) je in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet sind und mit ihren kleinen Deckflächen
aneinanderstoßend angeordnet sind (Fig» 2).
J5. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wicklungen (21, 22) mit einem Lacküberzug versehen sind, der ihre Windungen in dar Wickellage festhält, und
die Sonde somit freitragend ausgebildet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis Anspruch ~5, gekennzeichnet
durch die Verwendung von isoliertem Nickel-Draht als Material für die Wicklungen (21, 22) der Sonde.
5« Anordnung nach Anspruch 1 bis Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet.,
daß die beiden Wicklungen (21, 22) der Sonde (2) in an sich bekannter V/eise in einer Widerstands-Brückenschaltung
(5) angeordnet sind., deren Ausgangs spannung ebenfalls
in bekannter Weise über einen mit Mitteln zur Bereichsumschaltung (6) versehenen Verstärker (7) ein Anzeigeinstrument
(8) beaufschlagt und ferner einen Tonfrequenz-Oszillator (10) steuert., wobei die Ausgangsspannungen der
Brücke (5)» die steigende Anzeigwerte am Instrument (8) hervorruf en, die Frequenz des Oszillators (10) erhöhen.,
während die Ausgangs spannungen der Brücke (5)j> die fallende
Anzeigewerte am Instrument (8) verursachen, die Frequenz des Oszillators absenken.
6. Anordnung nach Anspruch 5j>
dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Oszillator (10) ein Zerhacker (9) vorgesehen
ist, der ebenfalls von den Ausgangsspannungen der Brückenschaltung
gesteuert wird, aber nur von einer Anzeigerichtung (steigende oder fallende Werte) entsprechenden Ausgangsspannungen
einschaltbar ist«..
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEV18875U DE1940324U (de) | 1966-04-16 | 1966-04-16 | Anordnung zum messen der geschwindigkeit und richtung eines gasstroms mit optischer und akustischer anzeige des messergebnisses, insbesondere zum ermitteln der vertikalgeschwindigkeit eines luftfahrzeugs. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DEV18875U DE1940324U (de) | 1966-04-16 | 1966-04-16 | Anordnung zum messen der geschwindigkeit und richtung eines gasstroms mit optischer und akustischer anzeige des messergebnisses, insbesondere zum ermitteln der vertikalgeschwindigkeit eines luftfahrzeugs. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1940324U true DE1940324U (de) | 1966-06-08 |
Family
ID=33387518
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEV18875U Expired DE1940324U (de) | 1966-04-16 | 1966-04-16 | Anordnung zum messen der geschwindigkeit und richtung eines gasstroms mit optischer und akustischer anzeige des messergebnisses, insbesondere zum ermitteln der vertikalgeschwindigkeit eines luftfahrzeugs. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1940324U (de) |
-
1966
- 1966-04-16 DE DEV18875U patent/DE1940324U/de not_active Expired
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