DE2052645A1 - Vorrichtung zur thermoelektnschen Ermittlung der Geschwindigkeit eines Gases - Google Patents
Vorrichtung zur thermoelektnschen Ermittlung der Geschwindigkeit eines GasesInfo
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Description
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; Bi SUN. DAH LE M 33 · PODBIE LS KIALLEE 68 8 MÜNCHEN 22 -WIDENM AY ERSTRASSt
ΓΗ. 0311 . 762907 · TELEGR. PROPINDUS . TELEX 0184057 TEL. 0811 · 225585 . TELEGR PROPINDUS . TELEX 0524244
23 626
2-12, Hisakata, Show-ku, Nagoya-shi, Aichi-ken/japan
Vorrichtung zur thermoelektrischen Ermittlung der Geschwindigkeit eines Gases
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermoelektrischen Ermittlung der Geschwindigkeit eines Gases, bestehend
aus einem ersten Thermoelement mit einem Heizdraht und einem zweiten Thermoelement·
Es sind thermoelektrisch arbeitende Vorrichtungen bekannt, bei denen ein elektrischer Heizdraht, z.B. ein Chromnickeldraht, der durch einen elektrischen Strom erhitzt wird,
durch einen Gasstrom, dem er ausgesetzt wird, gekühlt wird· Diese Wirkung ermöglicht die Messung der Geschwindigkeit
des Gasstrome durch Ermittlung der Temperaturänderungen in
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dem Heizdraht mittels Thermoelementen aus z.B. Chrome1-Alumel-
oder Chrome1-Constantan-Drähten.
Derartige Vorrichtungen besitzen im allgemeinen zwei Thermoelemente
in dem Fühlerteil, von denen eines auf die Temperatur des elektrischen Heizdrahtes anspricht, um eine EMK zu
erzeugen, während das andere nur auf die Temperatur des Gasstrome anspricht, um eine weitere EMK zu erzeugen. Das
erste Thermoelement wird im folgenden als strömungsempfindliches
Thermoelement und das zweite als Temperaturkompensationsthermoelement bezeichnet. Um die Temperaturänderung
des Heizdrahtes, die durch die Temperaturänderung der Gasströmung verursacht wird, zu kompensieren und eine genaue
Ermittlung ausschliesslich der Temperaturänderung des Heizdrahtes
durchzuführen, sind diese Thermoelemente in Reihe
und gegeneinander geschaltet, so dass die EMK des strömungsempfindlichen
Thermoelements durch Verwendung der EMK des Temperaturkompensationsthermoelements korrigiert werden kann,
bevor das Ausgangssignal des ersteren zu einer Anzeige- oder
Messeinrichtung geleitet wird, die die Gasgeschwindigkeiten anzeigt oder aufzeichnet«
Diese bekannten Vorrichtungen weisen Jedoch viele Nachteile auf, die im folgenden anhand der Fig. 1 der Zeichnungen, die
eine bekannte Vorrichtungffeeigt, erläutert werden· Die Vorrichtung
besteht aus einem Fühler 1, der zwei Thermoelemente aufweist, nämlich ein strömungsempfindliches Thermoelement
2, das in einem Glasrohr 3 eingeschlossen ist, das von einer Spule des elektrischen Heizdrahtes k umgeben ist und so die
Temperatur des Heizdrahtes k indirekt durch das Glasrohr 3
ermittelt, und einem Temperaturkompensationsthermoelement 5, das in einem gröeseren Abstand von dem Heizdraht k angeordnet
ist, um nicht von der Heizdrahttemperatur beeinflusst zu werden. Die Geschwindigkeit des Gasstroms wird dadurch
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gemessen, dass die Vorrichtung so angeordnet wird, dass der Fühler 1 in den (Sasstrom gerichtet ist, der in Fig« 1
senkrecht zu der Zeichenebene verläuft·
Da die bekannte Vorrichtung einen Fühler erheblicher Grosse
mit Abmessungen von z»B· 11 mm φ χ 50 mm besitzt, werden
Störungen des Gasstroms verursacht und es ist schwierig, die örtliche Gasgeschwindigkeit in einem engen Raum genau
zu ermitteln. Ausserdem ergibt sich wegen der grossen
Wärmekapazität des Teils, das von dem Heizdraht k umgeben ist und wegen der indirekten Übertragung der Temperatur- Λ
änderungen in dem Heizdraht auf das strömungsempfindliche
Thermoelement 2 mittels des Glasrohrs 3 eine sehr geringe
Empfindlichkeit des Thermoelements 2. Ein weiterer Nachteil
wird durch den grossen Abstand von z.B. etwa 10 mm zwischen dem strömungsempfindlichen Thermoelement 2 und
dem Temperaturkompensationselament 5 verursacht, der eine
genaue Messung der Gasströmung durch eine fehlerhafte Temperaturkompensation verhindert, die durch das Thermoelement
5 verursacht wird, wenn ein Temperaturgradient quer zur Richtung des Gasstroms auftritt·
Die bekannten Vorrichtungen eignen sich daher nicht zur genauen
Messung der örtlichen Gasgeschwindigkeit in einem f engen Raum, in dem sehr rasche Änderungen der Temperatur
auftreten, z.B. im Falle der Luftgeschwindigkeitsverteilungen
hinter einem Kraftfahrzeugkühler, an dej* Auslassöffnung
eines Heizkörpers, eines Luftkühlers oder eines Entfrosters.
Der Erfindung liegt dahor die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zu schaffen, die die zuvor erwähnten Nachteile
nicht aurwpität. Die Vorrichtung soll «»inen Kompakten Auf-
bau besitzen, so dass eine genaue Messung in einem sehr
engen Raum verursacht wird, ohne dass Störungen des Gasstroms auftreten· Die Vorrichtung soll durch lokale Tempera tür änderungen in dem Gasstrom nicht beeinflusst werden. Ausserden soll nur die Geschwindigkeit der Gasströmung allein genau gemessen werden« Die Vorrichtung soll
auch schnell auf Temperatüränderungen des Heizdrahtes
ansprechen. Auch soll die Vorrichtung leicht herzustellen und zu handhaben sein und eine stabilisierte Gasgeschwindigkeit s-Ausgangssignalkennlinie aufweisen.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass sich der Heizdraht über die einen Enden zweier Halterungen erstreckt,
deren andere Enden an eine elektrische Energiequelle an« schliessbar sind, dass das erste Thermoelement aus einem
ersten Draht und einem zweiten Draht aus unterschiedlichen Metallen besteht, dass der erste Draht und der zweite Draht
an ihren einem Ende und der Heizdraht mit seinem mittleren Bereich leitend miteinander verbunden sind, dass das zweite
Thermoelement aus dem ersten Draht und einem dritten Draht aus unterschiedlichen Metallen besteht, dass der zweite
Draht und dar dritte Draht aus dem gleichen Metall bestehen, dass das andere Ende des ersten Drahtes mit dem einen Ende
des dritten Drahtes leitend verbunden ist, und dass die Enden des zweiten und dritten Drahtes, die nicht mit dem
ersten Draht verbunden sind, an eine Mess- und Anzeigeeinrichtung anschliessbar sind.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von in den Figuren 1 bis 13 dargestellten AusfUhrungsbeispielen erläutert.t Es
zeigtt
Fig. 1 «ine perspektivische Darstellung einer teilweise geschnittenen bekannten Vorrichtung,
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· 2 eine schematische Darstellung des grundlegenden Aufbaus einer Vorrichtung gemäss der Erfindung»
Fig. 3 bis 7 verschiedene Ausführungsformen der Verbindung
eines elektrischen Heizdrahtes mit dem einem Thermoelement der Vorrichtung, das in deren Spitze angeordnet ist,
Fig· 8 eine perspektivische Darstellung einer ersten Auefüh
rungsform der Erfindung,
Fig. 9 in vergrössertem Masßstab und teilweise geschnitten
Teile der Vorrichtung der Fig. 8,
Fig«10 eine schematische Darstellung einer Anzeigeeinrichtung, die zusammen mit der Vorrichtung gemäss der
Erfindung verwendet werden kann,
Fig.11 ein Diagramm, aus dem die Gasgeschwindigkeits-Ausgangseignalkennlinie der ersten Ausführungsform
hervorgeht,
Fig.12 eine perspektivische Darstellung des vorderen Teils
der Vorrichtung gemäss der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform
und
Fig.13 eine perspektivische Darstellung des vorderen Teils
der Vorrichtung gemäss der Erfindung in einer dritten Ausführungsform·
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Der grundlegende Aufbau der Vorrichtung zur thermoelektrischen Ermittlung der Geschwindigkeit eines Gases gemass der Erfindung ist schematisch in Fig. 2 gezeigt.
Die Vorrichtung weist zwei Metallstäbe a und b auf, die in Form von Streben elektrisch isoliert voneinander angeordnet sind und an einem Ende mit einer Energiequelle
E verbunden werden können· Quer zu den Metallstäben und an deren Spitzen befestigt, ist ein elektrischer Heizdraht 1 angeordnet, an dem im wesentlichen in dessen
Mitte ein Ende eines Metalldrahtes e befestigt ist, der zusammen mit einem weiteren Metalldraht c ein Thermoelement bildet. Die Drähte e und c können z.B. aus
Chromel und Alumel bestehen. Das eine Ende des Drahtes c ist leitend mit dem Draht e an der Stelle ο verbunden,
wodurch ein erstes Thermoelement gebildet wird. Das andere Ende des Drahtes c ist leitend mit dem einen Ende
eines Metalldrahtes d verbunden, der aus dem gleichen Material wie der Draht e besteht, wodurch ein zweites
Thermoelement gebildet wird. Die beiden Thermoelemente sind somit einander entgegengesetzt in Reihe geschaltet.
Die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements c-d ist so nahe wie möglich an der temperaturempfindlichen Verbindungsetelle des ersten Thermoelements c-e angeordnet, go lange in der Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements keine Einwirkung durch
die Temperaturänderung des Gasstromes auftritt, der durch die Erwärmung des elektrischen Heizdrahteβ 1 bei
dessen Erregung verursacht wird· Der Draht c ist so lang, dass die von dem Heizdraht 1 erzeugte Värae daran gehindert wird, die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements durch Wärmeleitung
Über den Draht c zu beeinflussen·
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Um die temperatürempfindliche Verbindungsstelle des zweiten
Thermoelements bzw· die Verbindungsstelle zwischen den Drähten c und d so nahe wie möglich an der temperaturempfindlichen Verbindungsstelle des ersten Thermoelements bzw· an
der Verbindungsstelle zwischen den Drähten c und e anzuordnen» ohne dass der erwärmte Gasstrom des Heizdrahtes 1 einen
Einfluss ausübt, sollte die· temperaturempfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements so angeordnet werden,
dass sie frei von dem Einfluss des erwärmten Gasstromes des Holzdrahtes 1 ist, wenn die Vorrichtung gemäss der Erfindung
i:i einem Gasstrom angeordnet wird, dessen Geschwindigkeit zu bestimmen ist· Im allgemeinen gibt eine thermoelektrische Orasgeschwindigkeitsmessvorrichtung eine genaue Messung
der Geschwindigkeit des Gasstromes in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des Heizdrahtes· Die Vorrichtung
gamäfeä der Erfindung kann daher bei ihrer Benutzung so angsordnet werden, dass die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements in einer bevorzugten Betriebsstellung ist, in der der Gasstrom senkrecht zu dem
Heizdraht 1 verläuft, wie durch die Pfeile P in Fig. 2 angegeben ist. Insbesondere ist die temperaturempfindliche
Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements vorzugsweise in Strömungsrichtung des zu messenden Gasstromes oberhalb
des Heizdrahtes 1 und nahe der temperaturempfindliche Verbindungsstelle des ersten Thermoelements angeordnet, wie
in Fig. 2 gezeigt ist.
Es ist jedoch auch möglich, die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements in einer vertikalen Ebene anzuordnen, in der sich der Heizdraht normal zu
der Richtung des zu messenden Gasstroms befindet} sie ist
dann in seitlichem Abstand von dem Heizdraht in dieser
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Ebene angeordnet· Sie kann jedoch auch in Strömungsrichtung
unterhalb und in seitlichem Abstand von einer zu der Richtung des Gasstroms parallelen und den Heizdraht 1 einschliessenden
Ebene angeordnet werden·
Venn die Stäbe a und b, die an einem Ende mit dem Heizdraht
1 verbunden sind, mit ihren anderen Enden an die Energiequelle E angeschlossen werden, so dass der Heizdraht 1 erwärmt
wird, wird eine EMK über der temperaturempfindlichen Verbindungsstelle des ersten Thermoelements c-e und damit
mittels eines elektrischen Auegangssignale eine Anzeige der Temperatur des Heizdrahts 1 erzeugt.
Venn die Vorrichtung einem Gasstrom ausgesetzt wird, ist
die Temperatur des Heizdrahts 1 unter dem Einfluss der Geschwindigkeit und der Temperatur des Gasstroms einer
Änderung unterworfen· Diese Änderung kann schnell als Änderung der in dem ersten Thermoelement aufgrund seiner
temperaturempfindlichen, dirtakt mit dem Heizdraht verbundenen
Verbindungsstelle ermittelt werden· Die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des zweiten Thermoelements
c-d ist dagegen nicht dem Einfluss des erwärmten Gasstroms von dem Heizdraht 1 unterworfen, sondern
spricht nur auf die Temperaturänderung des zu messenden Gasstroms an und erzeugt eine entsprechende EMK.
Die Zusammenschaltung des ersten und des zweiten Thermoelements führt zu einer teilweisen Aufhebung der von den
jeweiligen Thermoelementen erzeugten elektromotorischen Kräfte und die sich ergebende Ausgangs-EMK Es der Vorrichtung
entspricht nur der Geschwindigkeit des Gasstroms, der senkrecht zu dem Heizstrom unabhängig von den Temperaturänderungen
des Gasstroms strömt· Dieses Ausgangs-
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— Q —
signal liefert, wenn es einer Gasgeschwindigkeitsanzeige und Registriervorrichtung zugeführt wird, ein genaues
Mass der Gasgeschwindigkeit. Damit dient das erste Thermoelement, das direkt mit dem Heizdraht 1 verbunden ist, als
strömungsempfindliches Thermoelement, während das zweite Element als Temperaturkompensationsthermoelement dient,
wodurch die Geschwindigkeit des Gasstroms genau und unabhängig von der Temperatur des Gasstroms gemessen werden
kann. Insbesondere ändert sich die Temperatur des Heizdrahtes
1, der mit einem konstanten Strom versorgt und in einem Gasstrom F angeordnet wird, mit der Geschwindigkeit g
des Gasstroms und eine elektromotorische Kraft Es kann
erhalten werden, die der Differenz zwischen der Temperatur des Heizdrahtes 1 und der Temperatur des GasStroms
entspricht« Dies bedeutet, dass eine elektromotorische Kraft Es erhalten werden kann, die nur zu der Gasgeschwindigkeit
in Beziehung steht und von der Temperatur des Gasstroms unabhängig ist.
Die elektromotorische Kraft Es kann durch die Gleichung
Es » KU"n
ausgedrückt werden, in der U die Gasgeschwindigkeit ist, |
und K und η Konstante sind, die von der aufgebrachten Heizenergie und den Abmessungen und der Anordnung des
Heizdrahtes 1 abhängen. Die Konstante η wird im folgenden als Gasgeschwindigkeitsindex bezeichnet. Wenn der
Heizdraht 1 so angeordnet ist, dass er stets dem senkrechten Gasstrom ausgesetzt ist, nimmt der Gasgeschwindigkeitsindex
η einen konstanten Wert an, nämlichι
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η = 0,33 für ud =0,4 bis 4, und
JC
η β 0,39 für ud β k bis 4o,
wobei d der Durchmesser des Heizdrahtes 1 und -X der dynamische Viskositätskoeffizient des Gasstroms ist· Vie oben
angegeben wurde, ist das Ausgangssignal Es, das als Differenz-EMK zwischen dem strömungsempfindlichen Thermoelement
und dem Temperaturkompensationselement erzeugt wird, eine
exponentielle Funktion dee Gasstroms u mit dem Exponenten -n.
Die Messung der Gasgeschwindigkeit und ihre Genauigkeit
können verbessert werden, wenn die Gasgeschwindigkeits-Ausgangssignalkennlinie linear!siert werden kann. Um die
gewünschte Linearisierung&zu erreichen, kann ein elektronischer Schaltkreis verwendet werden, dessen Ausgangssignal Eo mit der Gasgeschwindigkeit u durch die Gleichung
Eo β K'u
in Beziehung steht, wobei K* ein Faktor ist, der durch die
Ausbildung des elektronischen Schaltkreises bestimmt wird· Durch Substitution de
Gleichung erhält mani
Die Linearisierung kann dann durch Verwendung bekannter Techniken erreicht werden, um einen elektronischen Schaltkreis aufzubauen, der die Eingangsspannung Es der Vorrichtung um den Exponenten -l/n erhöht. Solch ein elektronischer Schaltkreis wird im folgenden als Linearisierungsverstärker bezeichnet.
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Wenn der Linearisierungeverstärker verwendet wird, um die
gleichzeitige Messung der Gasgeschwindigkeit an einer Anzahl von Stellen durchzuführen oder eine Austauschbarkeit
der Vorrichtung zu erzielen, benötigt man eine Vorrichtung, die eine feste Gasgeschwindigkeits-Ausgangssignalkennlinie bzw» einen festen Gasgeschwindigkeitsindex n
besitzt. Im idealen Zustand hat der Gasgeschwindigkeitsindvx η einen festen Vert, wenn die Vorrichtung so angeordnet wird, dass der Gasstrom stets rechtwinklig auf
den Heizdraht 1 trifft, wie zuvor erwähnt wurde«
Da bei der Vorrichtung gemäss der Erfindung ein einziger
Metalldraht c für beide Thermoelemente verwendet wird, kann das Temperaturkompensationsthermoelement dem strömungsempfindlichen Thermoelement gerade so weit genähert
werden, dass der Einfluss des durch den Heizdraht 1 erwärmten Gasstroms ausgeschlossen wird. Die Vorrichtung
hat dann keinen grossen Platzbedarf und kann kompakt
aufgebaut werden· Dies führt vorteilhafterweise dazu,
dass die Vorrichtung in dem zu messenden Gasstrom angeordnet werden kann, ohne den fasstroa zu stören, dass
die örtliche Gasgeschwindigkeit in einem kleinen Raum gemessen werden kann und dass eine Temperaturkompensation selbst dann möglich ist, wenn die Messung in einem
solchen kleinen Raum bei Vorhandensein eines Temperaturgradienten quer zur Richtung des Gasstroms auftritt, wodurch eine genaue Bestimmung der Gasgeschwindigkeit in
dem sehr kleinen Raum ermöglicht wird.
In der vorangegangenen Beschreibung wurde angegeben, dass Die Verbindungsstelle des ersten Thermoelements, d.h. die
Verbindungsstelle zwischen den Drähten e und c, direkt
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mit der einzigen Stelle ο des Heizdrahtes 1 verbunden ist.
In der Praxis sind die Drähte θ und c, die zusammen das Thermoelement bilden, sehr dünn und haben z.B. einen
Durchmesser von 0,027 mm, so dass es nicht immer leicht ist, die Enden dieser dünnen Drähte mit dem Draht 1, der
ebenfalls sehr dünn ist und z.B. einen Durchmesser von 0,005 mm aufweist, an einer einzigen Stelle ο zu verbinden.
Wenn dieser VerbindungsVorgang nicht sehr sorgfältig
ausgeführt wird, ist es möglich, dass das Ende des Drahtes e mit einer Stelle ρ des Heizdrahtes 1 verbunden ist, während
das Ende des Drahtes c mit einer anderen Stelle q des Heizdrahtes verbunden ist, die von der Stelle ρ z.B.
0,03 n«n entfernt ist, wie Fig. 3 zeigt. Wenn unter diesen
Umständen eine Gleichspannungsquelle E verwendet wird, wird der Spannungsabfall über den Stellen ρ und q zu dem
Ausgangssignal des strömungsempfindlichen Thermoelements c-e in Abhängigkeit von der Richtung des Stromflusses
addiert oder von diesem subtrahiert. Das sich ergebende Ausgangesignal Es enthält ebenfalls einen solchen Spannungsabfall,
wodurch die Gasgeschwindigkeits-Ausgangssignalkennlinie
für verschiedene Vorrichtungen nicht einheitlich ist, so dass die Austauschbarkeit der Vorrichtungen
verhindert und die Messung, die an verschiedenen Stellen unter Verwendung mehrerer Vorrichtungen durchgeführt
werden muss, begrenzt wird. Dieser Nachteil kann teilweise durch Verwendung einer Wechselspannungsquelle
vermieden werden; dies erfordert jedoch einen relativ komplizierten elektronischen Schaltkreis zur Erzeugung
eines konstanten Wechselstroms im Vergleich zu der Erzeugung eines konstanten Gleichstroms} ausserdem wird
die Vorrichtung vergrössert.
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Bevorzugte Arten, die Drähte in geeigneter Weise zu verbinden,
sind in den Figuren 4 bis 7 gezeigt. In Fig. 4 ist das Ende des Drahtes e im wesentlichen mit der Mitte
ρ des Heizdrahtes 1 verbunden, während das Ende des anderen Drahtes c an der Stelle r mit dem Draht e verbunden
ist, die sehr nahe an der Stelle ρ liegt und die temperaturempfindliche Verbindungsstelle des ersten Thermoelements
c-e ist. Obwohl diese Verbindungsstelle nicht dirket
mit dem Heizdraht 1 verbunden ist, wie dies in Fig. 2 der Fall ist, ist das in Fig. 4 gezeigte Thermoelement in der
Lage, als strömungsempfindliches Thermoelement im wesentlichen
in der gleichen Weise wie das in Fig. 2 dargestellte zu arbeiten, da es sehr nahe an dem Heizdraht 1 liegt, wobei
der Abstand zwischen den Stellen ρ und r z.B. 0,05 mm beträgt, und da die Wärme des Heizdrahts 1 auf die temperaturempfindliche
Verbindungsstelle r in Fig. 4 unmittelbar übergeht.
Die Figuren 5 bis 7 zeigen Abwandlungen der Art der in Fig. 4 dargestellten Verbindung. Wie in Fig. 5 gezeigt
ist, kann das Ende des Drahtes c im wesentlichen mit der Mitte q des Heizdrahts 1 verbunden werden, während das
Ende des anderen Drahtes e mit dem Draht c an einer Stelle s verbunden ist, die sehr nahe an der Stelle q liegt, wodurch
ein Strömungsempfindliches Thermoelement geschaffen
wird, dessen temperatürempfindliche Verbindungsstelle an
der Stelle s liegt. Der Draht e kann aber auch, wie Fig.6
zeigt, an einer Stelle r* sehrnahe an seinem Ende t mit dem Heizdraht 1 im wesentlichen in dessen Mitte verbunden
werden, während das Ende t des Drahtes e mit dem Ende des anderen Metalldrahte c verbunden ist. Das sich ergebend·
strömungsempfindliche Thermoelement besitzt an der Stelle
t eine temperaturvempfindliche Verbindungsstelle. Der
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Draht c kann aber auch an einer Stelle s* nahe dessen Ende
t1 mit dem Heizdraht 1 im wesentlichen in dessen Mitte verbunden sein und das Ende des Drahtes e kann mit dem Ende
des Drahtes c nahe der Stelle sf verbunden sein, wie in
Fig. 7 gezeigt ist. Das sich ergebende strömungsempfindliche Thermoelement besitzt an der Stelle t' eine temperaturempfindliche Verbindungsstelle.
Die oben erwähnten Verbindnngearten können angewandt werden, um die Herstellung eines strömungsempfindlichen
Thermoelements zu erleichtern, das sehr schnell auf Temperaturänderungen im wesentlichen in der gleichen Weise anspricht, wie wenn die temperatürempfindliche Verbindungsstelle des Thermoelements direkt mit dem Heizdraht verbunden ist. Diese Verbindungsarten sind besonders vorteilhaft für den Aufbau der Vorrichtung gemäss der Erfindung·
Im folgenden werden nun Ausführungsformen der Erfindung
im einzelnen beschrieben.
Die Figuren 8 und 9 zeigen eine erste Ausfuhrungsform der
Erfindung. Es sind zwei dünne zylindrische Stäbe 6 und 7
gezeigt, die aus einem Netall bestehen, das eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzt, z.B. Phosphorbronze·
Jeder Stab ist an seiner Endfläche 60 bzw. 70 abgeschrägt und bei 61 bzw. 71 rechtwinklig abgebogen· Die dünnen
Metallstäbe 6 und 7 sind so angeordnet, dass ihre Teile 62 und 72 zwischen den Biegungen 61 bzw. 71 und ihren
abgeschrägten Endflächen 60 bzw· 70 parallel in einer
gemeinsamen Ebene und in einem konstanten Abstand voneinander parallel verlaufen, und dass die Endflächen 60 und
70 einander gegenüberliegen· Die Schaftteile 63 und 73
der Stäbe 6 und 7t die sich von den Biegungen nach hinten erstrecken, sind miteinander verbunden, jedoch elektrisch
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voneinander z.B. durch eine Schicht eines Kunstharzes, z.B. Araldit, isoliert. Ein elektrischer Heizdraht 10 aus Chromnickel
od.dgl. verläuft geradlinig über die Enden der Stäbe 6 und 7 und ist leitend z.B. durch Schweissen mit diesen
verbunden.
Dünne Stäbe 8 und 9 aus öinem Material mit einer guten elektrischen
Leitfähigkeit, z.B. Phosphorbronze, verlaufen parallel zu den verbundenen Schaftteilen 63 und 73 der
Stäbe 6 und 7 an gegenüberliegenden Seiten von diesen und in Berührung mit diesen. Der Stab 8 verläuft nach oben bis
zu der Mitte zwischen die Biegungen 61 und 71 der Stäbe υ und 7· Das obere Ende des anderen Stabes 9 ist etwas unterhalb
der Biegung 71 des Stabes 7 so gebogen, dass er sich
aus der Ebene heraus erstreckt, in der die Teile 62 und 72
der Stäbe 6 und 7 liegen, und zwar quer zu der Richtung, in der die Teile 62 und 72 gebogen sind, wie bei 91 gezeigt
ist. Die Stäbe 8 und 9 sind verbunden, jedoch von den Stäben 6 und 7 z.B. durch eine Klebstoffschicht eines
Kunstharzes, z.B. Araldit, elektrisch voneinander isoliert.
Ein dünner Draht 11, z.B. aus Chrome1, das eines der Materia
lien zur Bildung eines Thermoelements ist, ist an dem einen Ende mit dem im wesentlichen mittleren Teil 101 des Heizdrahtes
10 z.B. durch Schweissen verbunden. Das andere Ende des Drahtes 11 ist leitend in ähnlicher Weise mit dem oberen
Ende des Stabes 8 verbunden. Ein Ende eines weiteren dünnen Drahtes 12, der aus einem anderen Material, z.B.
Alumel, hergestellt ist und der zusammen mit dem Draht 11 das Thermoelement vervollständigt, ist z.B. durch
Schweissen leitend mit dem Draht 11 an der Stelle 111 verbunden, die sehr nahe an der Verbindungsstelle 101 liegt.
Die Drähto 11 und 12 bilden so ein erstes bzw. strömungs-
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empfindliches Thermoelement mit seiner temperaturempfindlichen Verbindungsstelle bei 111. Das andere Ende des
Drahtes 12 ist leitend z.B. durch Schweissen mit einem Ende eines anderen dünnen Drahtes 13 aus dem gleichen
Metall wie der Draht 11, z.B. aus Ghromel, verbunden. Die
Verbindungsstelle 131 zwischen den Drähten 12 und 13 besitzt
einen ausreichenden seitlichen Abstand von der Ebene, in der die Teile 62 und 72 und der Draht 10 liegen, um ausreichend
von dem Teil des Gasstroms F entfernt zu sein, der parallel zu dieser Ebene und senkrecht zu dem Heizdraht
strömt. Das andere Ende des Drahtes 13 ist z.li, durch
Schweissen leitend mit dem Ende des abgezogenen Teils 91
des Stabes 9 verbunden. Beide Drähte 12 und 13 verlaufen geradlinig über die Stelle 111 und das Ende des Stabes 9.
Auf diese Weise bilden die Drähte 12 und 13 zusammen das zweite Thermoelement bzw· das Temperaturkompensationsthermoelement,
das seine temperaturempfindliche Verbindungsstelle
bei 131 besitzt.
Die hinteren Enden der vier Stäbe 6 bis 9 befinden sich in der oberen Öffnung eines Halters 14 und sind darin elektrisch
voneinander isoliert durch ein Füllmaterial aus Kunstharz, das z.B. Araldit enthalten kann, verbunden.
Die hinteren Enden der Stäbe 6 und 7 sind leitend mit Leitungen 65 bzw. 75 verbunden und die hinteren Enden der
Stäbe 8 und 9 sind leitend mit Leitungen 85 bzw. 95 verbunden.
Die beiden Leitungspaare 65i 75 und 85» 95 verlaufen
durch eine untere Öffnung des Halters 14 isoliert von diesem nach aussen. Sie sind zusammengebündelt und
durch ein geeignetes Verbindungselement, z.B. einen Stecker 17, mit einer Heizenergiequelle 16 bzw. der Anzeigeeinrichtung
15 der Vorrichtung verbunden, wie Fig.10 zeigt.
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Fig* 10 «eigt ein Blockschaltbild eines Beispiels einer
Mess- und Anzeigeeinrichtung der Vorrichtung, die zur Messung der Geschwindigkeit eines Gasstroms zusammen
mit der Vorrichtung gemass der Erfindung geeignet ist.
18 ist eine Buchse entsprechend dem Stecker 17* Das elektrische
Ausgangssignal der Vorrichtung wird über die Teile 16-17 zu einem Linear!sierungsverstärker 151 geleitet,
der die Mess- und Anzeigeeinrichtung 15 versorgt. Der Linearisierungsverstärker 151 ist in bekannter Weise
aufgebaut und besitzt einen Vorverstärker 1511, der das
Ausgangssignal der Vorrichtung gemäss der Erfindung verstärkt, einen Annäherungekreis 1512, der eine abschnittsweise
lineare'Annäherung zwischen der Spannung und der Gasgeschwindigkeit erzeugt, und einen Verstärker 1513»
der ein verstärktes Ausgangssignal liefert, das der Anzeigeeinrichtung
152 zugeführt wird, die eine gleichmassige Skala für eine direkte Ablesung der Gasgeschwindigkeit
besitzt. Die Energiequelle 16 versorgt den Heizdraht 1 der Vorrichtung der Erfindung ist ist in geeigneter
Weise mit den Leitungen 65 und 75 verbunden, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist.
Bei der Benutzung wird der Stecker 17 in die entsprechende
Buchse 18 gesteckt, um von der Energiequelle 16 über die
Leitungen 65 und 75 einen konstanten Strom zu dem Heizdraht 10 zu leiten. Das empfindliche vordere Ende der
Vorrichtung wird in dem zu messenden Gasstrom so angeordnet, dass die Richtung des Gas'stroms im wesentlichen mit
der Ebene der vorderen Teile 62 und fZ und des Heizdrahtes 10 zusammenfällt und im wesentlichen senkrecht zu dem Heiz-
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ORiGiNAL INSPECTED
draht 10 verläuft· Die Vorrichtung liefert dann eine Ausgangs spannung, die nur der Geschwindigkeit des Gasstromes
durch Kompensation des Einflusses der Temperatur des Gasstroms entspricht, da die Ausgangsspannung als Ergebnis
einer teilweisen Kompensation der elektromotorischen
Kraft über der temperaturempfindlichen Verbindungsstelle 111 des sehe nahe dem Heizdraht 10 angeordneten strömungs·
empfindlichen Thermoelements durch die elektromotorische Kraft fiber der temperatürempfindlichen Verbindungsstelle
wird, das so angeordnet ist, dass es die Temperaturänderungen des zu messenden Gasstroms ohne den Einfluss des
erhitzten Gasstromes von dem Heizdraht 10 her ermittelt. Diese Ansgangsspannung wird auf die Einrichtung 15 gegeben, die aufgrund ihres Linearisierungeverstärkers 151
eine im wesentlichen linearisierte Gasgeschwindigkeitsempfindlichkeit liefert und eine direkte Ablesung der
Gasgeschwindigkeit entsprechend der Ausgangsspannung der Anzeigeeinrichtung 152 ermöglicht. Obwohl die Energiequelle 16 als Gleichspannungsquelle in Fig· 10 gezeigt
ist, kann stattdessen auch eine Wechselspannungsquelle
^ ohne irgendeine nachteilige Einwirkung auf die Arbeits-
- weise der Vorrichtung verwendet werden.
Um die Kompaktheit der Vorrichtung zu zeigen, wird nun ein Beispiel für ein typisches vorderes Ende der entsprechend einer ersten Ausftihrungsform aufgebauten Vorrichtung erläutert.
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Dünne Metallstäbe 6,
: Phosphorbronzestäbe mit einem
Durchmesser von 0,25 mm, die
Länge von den vorderen Enden bis zu den Biegungen 61, 71
beträgt etwa k mm·
Dünne Metallstäbe 8, S Phosphorbronzestäbe mit einem
Durchmaas er von 0,3 mm j dee
abgebogene Ende 91 i-sfc etwa
1 mm lang.
Elektrischer Heizdraht : Chromnickeldraht mit einem Durchmesser von 0,05 mm und
einer Länge von etwa 2,5
Dünner Metalldraht 11 Chrome!draht mit einem Durchmesser
von 0,027 Bm und eine: Länge von etwa h mm«
Dünner Metalldraht 1-2 χ Alumeldraht mit einem Durchmesser
von 0,027 mm und einer Länge von etwa 3 mm.
Dünner Metalldraht 13 : Chrome!draht mit einem Durchmesser von 0,027 mm und einer
Länge von etwa 2 mm.
Es wurde die Gasgeschwindigkeits-Ausgangssignalkennlinie einor
Vorrichtung entsprechend dem obigen Beispiel untersucht} dies«
ist in Fig. 11 angegeben, in der dip Abszisse in logarithroi-
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schen Maßstab die Gasgeschwindigkeit und die Ordinate in
logarithmischem Maßstab das Ausgangssignal angibt· Wie
durch die gerade Linie Z gezeigt ist, besitzt die Vorrichtung einen Gasgeschwindigkeitsindex η = 0,39» der
stabil ist und eine Gasgeschwindigkeite-Ausgangsbeziehung hoher Genauigkeit liefert.
Aufgrund der oben erwähnten Auebildung der Vorrichtung
können die folgenden Vorteile hinsichtlich des Aufbaus, der Arbeitswelse und der Herstellung erzielt werden:
1. Da die temperaturempfindliche Verbindungsstelle 111 des
strömungsempfindlichen Thermoelements sehr nahe dem
mittleren Teil 101 des Heizdrahts 10 angeordnet ist, wird die Temperaturänderung des Heizdrahte 10 unmittelbar
auf die temperaturempfindliche Verbindungsstelle 111 des strömungsempfindlichen Thermoelements übertragen»
wodurch die Empfindlichkeit stark verbessert wird.
2.Es sind zwei Thermoelemente vorgesehen, denen ein einziger dünner Metalldraht 12 gemeinsam ist, wodurch
fc Raum gespart wird, was sich vorteilhaft auf die Miniaturisierung
der Vorrichtung auswirkt.
3. Da es möglich ist, die Vorrichtung mit geringem Raumbedarf herzustellen, z.B. mit einer Ausdehnung von
etwa 1 mm zwischen den temperaturempfindlichen Verbindungsstellen
111 und 131 des strömungsempfindlichen
Thermoelements und des Temperaturkompensationthermoelements
des obigen Beispiels in einer Richtung senkrecht zu der des Gasetroms, wobei eine vollständige
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Temperaturkorrektur durch ein Differenzausgangssignal
der beiden Thermoelemente geschaffen werden kann, selbst wenn ein Temperaturgradient senkrecht zu dem
Gasstrom auftritt, wird eine genaue Messung erzielt·
4. Das empfindliche vordere Ende der Vorrichtung ist erheblich verkleinert} z.B. ist die Vorrichtung jenseits
der Biegungen etwa k mm lang und etwa 2,5 mm breit
(Fig. 9), während im Vergleich hierzu die bekannten Vorrichtungen Abmessungen von etwa 11 mm 0 χ 50 mm
aufweisen (Fig. 1). Diese Ergebnisse werden erreicht, ohne dass der zu messende Gasstrom gestört wird, wodurch
eine genaue Ermittlung der örtlichen Gasgeschwindigkeit in einem kleinen Raum ermöglicht wird.
5· Die dünnen Metallstäbe 6 und 7 bilden Halterungen für
den Heizdraht 10 und bilden auch eine elektrische Verbindung von dem Heizdraht zu der Energiequelle 16. Dadurch
werden Stromverluste vermieden und der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht, ohne dass zusätzliche
Leitungen erforderlich wären.
6. Die vorderen Teile 6Z und 72 der Stäbe 6 und 7 sind
parallel zueinander gebogen, so dass, wenn es erwünscht ist, eine Vorrichtung herzustellen, die einen
Heizdraht 10 mit unterschiedlicher Länge aufweist, der gewünschte Abstand zwischen den vorderen Teilen,
der der Länge des Heizdrahtes entspricht, durch blosse axiale Verschiebung der Schaftteile 63 und 73
relativ zueinander erzielt werden kann.
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7.Da das empfindliche vordere Ende der Vorrichtung auf
einer Linie liegt, die im wesentlichen senkrecht zu den Schaftteilen verläuft, nimmt es nur einen sehr
schmalen Raum in Richtung des zu messenden Gasstroms ein· Dies erleichtert die Messung der Gasgeschwindigkeit in einem schmalen Raum besonderer Form, in dem
die Vorrichtung quer zu dem Gasstrom eingeführt wird·
Eine solche Einfuhrung ist nötig, wenn der rückwärtige Strom ζ·Β· eines Strahiere gemessen werden soll« In
diesem Fall kann der Halter 14 der Vorrichtung mit der
ψ
Hand gehalten werden und die Schaftteile können vertikal in den Gasstrom gebracht werden, um den Heizdraht
10 senkrecht zu dem Gasstrom anzuordnen·
8· Die vorderen Enden der Stäbe 6 und 7 sind abgeschrägt und die abgeschrägten Flächen 60 und 70 sind einander
gegenüberliegend angeordnet, so dass es leicht ist, die gegenüberliegenden Enden des Heiadrahtes 10 an
diesen Enden der Stäbe 6 und 7 durch Schweissen zu befestigen·
9· Eine Massenproduktion ist leicht erreichbar, da der b Gasgeschwindigkeitsindex η konstant gehalten wird.
*
Venn daher eine Vorrichtung ausfällt, kann sie ausgewechselt werden· Durch Verwendung mehrerer Vorrichtungen mit einheitlichem und stabilem Gasgeschwind!gkeltsindex η kann eine gleichzeitige Messung der Gasgeschwindigkeit an mehreren Stellen leicht und mit
hoher Genauigkeit durchgeführt werden· Vegen des einheitlichen Gasgeschwindigkeitsindex, den die jeweiligen Vorrichtungen besitzen, ist es nicht nötig, den
Linaarisierungsverstärker zu verstellen; daher kann
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die Messung mit einem einzigen Linearisierungsverstärker durchgeführt werden.
10. Wie oben erläutert wurde, kann die Vorrichtung mit minimaler Grosse hergestellt werden· Daher ist es möglich, eine Mehrpunktmessung durchzuführen, um die Verteilung der Gasgeschwindigkeit in einem engen Raum zu
ermitteln, während die bekannten Vorrichtung nur eine Einpunktaessung zulassen·
11. Da die Enden der beiden Drähte 11 und 12 an einer einzigen Stelle 111 nahe dem Heizdraht 10 und nicht getrennt mit diesem verbunden sind, wird das Ausgangssignal nicht durch die Polarität des dem Heizdraht 10
zugeführten Stromes oder dadurch beeinflusst, dass der zugeführte Strom ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom
ist.
12· Die Herstellung des ritrömungsempfindlichen Thermoelements wird dadurch erleichtert, dass die Drähte 11
und 12, die dieses Thermoelement bilden, an den Enden an einer einzigen Stelle 101 mit dem Heizdraht 10
verbunden sind.
Es wird nun anhand der Fig. 12 eine zweite Ausführungsform
der Erfindung beschrieben· In dieser Figur sind nur die Teile des empfindlichen Vorderen Endes der Vorrichtung gezeigt j die übrigen sind weggelassen, da sie ahnlich wie
die der ersten Ausführungsform aufgebaut sind4 gleiche
Teile wie bei der ersten Ausführungsform sind mit den
gleichen Bezugsziffern versehen. Die Vorrichtung entsprechend der zweiten Ausführungsform besitzt zwei dünne
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Stäbe 6 und 7 aus Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit,
z.B. aus Phosphorbronae. Ihre Enden sind abgeschrägt
und die abgeschrägten Endflächen 60 und 1JO liegen einander
in einem bestimmten Abstand gegenüber. In einem bestimmten Abstand von den jeweiligen Enden sind die Stäbe 6 und 7
gabelförmig ausgebildet. Die Enden der Teile 62 und 72 verlaufen im wesentlichen parallel zu ihren Schaftteilen 63
und 73· Wie vorher sind die Stäbe 6 und 7 in einer gemeinsamen
Ebene mit ihren Schaftteilen 63 und 73 angeordnet, die verbunden, Jedoch elektrisch voneinander isoliert sind·
Ein Heizdraht 10 verläuft quer zu den Enden der Stäbe 6 und 7 und ist leitend mit diesen verbunden.
Dünne Stäbe 80 und 90 z.B. aus Chrome1 sind nahe den und
an gegenüberliegenden Seiten der Verbindung zwischen den Schaftteilen 63 und 73 angeordnet, so dass sie die Verbindung
einschliessen. Das vordere Ende des Stabes 90
endet nahe der Gabelung der Schaftteile 63$ 73· Das vordere Ende des Stabes 80 besitzt eine abgeschrägte Endfläche
800 und erstreckt sich mit einer leichten Krümmung zu einer Stelle über dem Heizdraht 10. Der Stab 80 befindet
sich in seitlichem Abstand von der Ebene, in der die vorderen Teile 62 und 72 der Stäbe 6 und 7 und der Heizdraht
liegen· Ausserdem liegt er an der gegenüberliegenden
Seite der Ebene, wobei sein vorderes Ende in einer zu der erwähnten Ebene senkrechten Ebene liegt.
Ein dünner Draht 11 z.B. aus Chromel, jedoch aus dem gleichen Material wie das, aus dem die Stäbe 80 und 90 bestehen,
ist an der Stelle 110 sehr nahe seinem vorderen Ende im
wesentlichen mit dem mittleren Teil des Heizdrahtes 10 verbunden. Das andere Ende des Drahtes 11 ist leitend mit dem
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vorderen Ende des Stabes 90 verbunden. Ein zweiter Draht
12 z.B. aus Alumel ist mit dem vorderen Ende 120 des
Drahtes 11 verbunden, wodurch das strömungsempfindliche Thermoelement gebildet wird. Das andere Ende des Drahtes
12 ist leitend mit dem einen Ende eines dritten dünnen Drahtes 13 verbunden, der aus dem gleichen Metall wie
die Stäbe 80 and 90 besteht. Das andere Ende des Drahtes
13 ist leitend mit der Endfläche 800 des Stabes 80 verbunden, so dass sich die Drähte 12 und 13 geradlinig
zwischen der Endfläche 800 und dem vorderen Ende des Stabes 11 erstrecken und ihre Verbindungsstelle 131 in
Strömungsrichtung des zu messenden Gasstroms F oberhalb des Heizdrahtes 10 liegt, wie in Fig. 12 gezeigt ist.
Auf diese Weisen bilden die Drähte 12 und 13 das Temperaturkompensationsthermoelement.
Während bei der zweiten Ausführungsform die temperaturempfindliche
Verbindungsstelle 131 des Temperaturkompensationsthermoelements zwischen den Enden der aus verschiedenen
Metallen bestehenden Drähte 12 und 13 gebildet wurde, ist eine vereinfachte Ausführungsform möglich,
wenn der Stab 80, an dem ein Ende des Drahtes 13 befestigt ist, aus dem gleichen Metall wie letzterer ist und daher
in der Lage ist, mit dem Draht 12 ein Thermoelement zu
bilden, wobei der Draht 13 entfernt wird und ein Ende des Drahtes 12 direkt mit dem vorderen Ende des Stabes 80
verbunden wird. Ein Temperaturkompensationsthermoelement
wird dann gebildet, dessen temperaturempfindliche Verbindungsstelle
an der Verbindungsstelle zwischen dem Draht 12 und dem Stab 80 liegt. Dadurch wird die Herstellung
des Thermoelements weiter vereinfacht.
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Die Vorrichtung entsprechend der zweiten Auβführungsform
! weist zusätzlich zu den Vorteilen 1 bis 5 und 8 bis 12,
die für die erste Ausführungsform angegeben wurden, die folgenden Vorteile aufs
13· Da die temperaturempfindliche Verbindungsetelle 131
des Temperaturkompensationsthermoelements in Strömungsrichtung oberhalb des Heizdrahtes 10 liegt,
wird die Verbindungsstelle 131 nicht durch den erwärmten Gasstrom des Heizdrahtes 10 gestört und ist
fc daher nur den Temperaturänderungen des zu messenden
Gasstroms ausgesetzt, wodurch eine im wesentlichen
vollkommene Temperaturkompeneation und damit eine höhere Genauigkeit der Messung der Gasgeschwindigkeit ermöglicht wird.
Die besondere Lage der Verbindungsstelle 131 beseitigt die Notwendigkeit einer sorgfältigen Prüfung ihrer Lage,
die erforderlich sein könnte, wenn die Verbindungsstelle anders, z.B. unterhalb des Heizstromes liegt, so dass
ihre Herstellung vereinfacht wird.
14. Die leitende Verbindung der Drähte 11 und 13, die aus
W . dem gleichen Metall, z.B. Chromel, hergestellt sind, und die die jeweiligen Thermoelemente mit den Stäben
90 und 80 bilden, führt zu einem Meßsignal, das eine
verbesserte Gasgeschwindigkeits-Ausgangssignalkennlinie liefert· Dies kann anhand der ersten Ausführungs·
form erläutert werden, bei der die Stäbe 8 und 9 »us Phosphorbronze bestehen. Die Verwendung von Phosphorbronze ist zwar hinsichtlich der Kosten von Vorteil,
Jedoch besteht die Möglichkeit, dass die Verbindungsstelle zwischen dem Draht 11 und dem Stab 8 bzw.
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zwischen dem Draht 13 und dem Stab 9 eine elektromotorische
Kraft in der gleichen Weise wie die temperaturempfindliche
Verbindungsstelle eines Thermoelements wegen der ungleichartigen Metallverbindung erzeugen
kann, wodurch ein ungünstiger Einfluss auf die Genauigkeit der Messung der Gasgeschwindigkeit verursacht
wird. Dies verhindert·jedoch nicht die Betriebsfähigkeit der ersten Ausführungsform, da diese Wirkung durch
geeignete Wahl des Abstands zwischen dem Heizdraht und den oberen Enden der Stäbe 8 und 9 beseitigt werden
kann.
Fig. 13 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Die Teile ausser denen des empfindlichen vorderen Endes sind in
gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform aufgebaut und sind daher in dieser Figur nicht gezeigt. Die Vorrichtung
entsprechend dieser Ausführungsform besitzt zwei dünne
Rohre 60 und 70, die aus rostfreiem Stahl hergestellt sein
können. Die Enden der Rohre 60 und 70 sind längs Ebenen
abgeschnitten, die gegenüber ihren Achsen geneigt sind, um Öffnungen 601 und 701 zu bilden. Die Rohre 60 und 70 sind
verbunden, jedoch elektrisch voneinander isoliert. Die Öffnungen 601 und 701 liegen einander gegenüber. Ein Heizdraht
10 verläuft über die vorderen Händer der Rohre 60 und 70 und ist leitend mit diesen verbunden. Ein Ende des
dritten Drahtes 110, der z.B. aus Chromel besteht, ist leitend mit dem Ende des anderen Drahtes 12 verbunden, der
aus einem anderen Metall, z.B. aus Alumel, besteht, und die Verbindungsstelle 101' zwischen diesen ist im wesentlichen
mit dem mittleren Teil des Heizdrahtes 10 verbunden. Die Stelle 101' ist die tomperaturempfindliche Verbindungsstelle
des striimungsempfindli rhen Thermoelements· Der Droht
110 vorläuft parallel zu den Rohren 00 und 70 und ist von
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diesen elektrisch isoliert. Das andere Ende des Drahtes
12 ist leitend mit dem einen Ende des Drahtes 130 verbunden,
der aus dem gleichen Metall wie der Draht 110 besteht und die Verbindungsstelle 13OI zwischen diesen
liegt in Strömungsrichtung oberhalb des Heizdrahtes 10, wie Fig. 13 zeigt. Die Stelle I301 bildet die temperaturempfindliche
Verbindungsstelle des Temperaturkompensationsthermoelements*
Der Draht I30 verläuft parallel zu den Rohren 60 und 70 und ist an der gegenüberliegenden
Seite des Drahtes 110 elektrisch isoliert von den ™ Rohren 60 und 70 angeordnet. Die hinteren Endender
Rohre 60, 70 und der Drähte 110, 130 sind direkt wie
bei der ersten Ausführungsform in einem Halter eingebettet,
um sie mit der Anzeigeeinrichtung und der Energiequelle zu verbinden«
Die Vorrichtung entsprechend der dritten Ausführungsform
weist zusätzlich zu den oben erwähnten Vorteilen 2 bis und 8 bis 10 die folgerten Vorteile auf*
15· Wie im Falle der Vorrichtung entsprechend der zweiten
Ausführungsform ist die temperaturempfindliche Ver-
^ bindungssteile 13OI des Temperaturkompensationsthermoelements
ausreichend weit von dem erhitzten Gasstrom des Heizdrahtes 10 entfernt, so dass eine
genaue Messung der Gasgeschwindigkeit erzielt werden kann.
16. Mit Ausnahme des Drahtes 12, der beiden Thermoelementen
gemeinsam ist, sind die Enden der jeweiligen Drähte 110 und 130, die nicht mit dem Draht 12 verbunden
sind, direkt in einem Halter eingebettet, der
3 7/0964
dem Halter 14 in Pig« 1 ähnlich ist, und daher besteht
keine Möglichkeit, dass sie mit einem andersartigen Metalldraht verbunden sind, um ein zusätzliches Thermoelement
nahe dem Heizdraht 10 zu bilden.
17. Die Anordnung aus den beiden nahe beieinanderliegenden
Rohren 6O und 70 führt zu einer höheren mechanischen
Festigkeit im Vergleich zu der Anordnung unter Verwendung dünner Metallstäbe· Der Durchmesser der
Rohre kann so gewählt werden, dass ihre Gesamtabmes- j
sung ausreicht, um den maximalen Durchmesser des empfindlichen vorderen Endes der Vorrichtung so zu
bestimmen, dass Jedes andere notwendige Teil aufgenommen werden kann.
18. Die direkte Befestigung der Verbindungsstelle 101*
des strömungsempfindlichen Thermoelements im wesentlichen
mit dem mittleren Teil des Heizdrahts 10 führt zu einer verbesserten Empfindlichkeit für Temperaturänderungen
des letzteren.
Von den drei erwähnten Ausführungsformen ist die temperaturempfindliche
Verbindungsstelle des strömungsempfind- (
liehen Thermoelements der ersten und zweiten Ausführungsform nicht direkt an dem Heizdraht, sondern an einer
der Mitte des Heizdrahts nahen Stellengelegen. Diese Konstruktion ist ein Beispiel für einen für die Massenproduktion
geeigneten Aufbau.
Vie oben beschrieben wurde, können die dünnen Metallstäbe
durch dünne Metallrohre ersetzt werden. Bs besteht lediglich die Forderung, dass diese Teile ausreichend fest
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-30-
sind, um ale Halterungen für den Heizdraht zu dienen,
und dass sie ausreichend elektrisch leitend sind, um den Strom für den Heizdraht zu führen. Sie können aus
irgendeinem Metall bestehen und irgendeine Form aufweisen»
Zusätzlich bestehen bei der Vorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform die Stäbe 8 und 9 vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie die Drähte 11 und
13» und daher bestehen auch die Stäbe 80 und 90 aus
dem gleichen Metall wie die Drähte 11 und 13·
Obwohl das Ausgangssignal der Vorrichtung der Erfindung am vorteilhaftesten über einen Linearisierungsverstärker zu einer Anzeigeeinrichtung mit gleichmässiger
Skala zur Ablesung der Gasgeschwindigkeit geleitet wird, wie oben erwähnt wurde, kann das Ausgangssignal
der Vorrichtung eine Anzeigeeinrichtung mit logarithmischer Skala zugeführt werden oder die Vorrichtung
kann mit einer Kathodenstrahlröhre oder einem Papierstreifenschreiber anstelle der Anzeigeeinrichtung verbunden werden, wie dies bei den bekannten thermoelektrischen Gasgeschwindigkeitsmessern bekannt ist.
Die Erfindung liefert damit eine kompakte Vorrichtung zur thermoelektrischen Ermittlung der Geschwindigkeit eines
Gases, das eine genaue Messung der örtlichen Gasgeschwindigkeit zulässt. Die Vorrichtung kann mit einer Messeinrichtung kombiniert werden, um einen thermoelektrischen
Gasgeschwindigkeitsmesser zur Erzielung einer genauen
Messung der örtlichen Gasgeschwindigkeiten in einem engen Raum zu bilden, wenn der Gasstrom stark· Temperaturänderungen aufweist. Es kann damit z.B. die Gasgeschwind!g-
109837/0954
keitsverteilung in der Austritteöffnung einer Heiz- oder
Entfrostungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug od.dgl.
gemessen werden·
1 0 9 β . 7 ; ü 9 B A
Claims (1)
- _32_ 2057645Patentanspruch«f\ J) Vorrichtung zur thernoelektriechen Krai ttlung dar Geschwindigkeit «in«· 6aa«at b«st«h«nd au· «in·« «ratan Theraoeleaent Mit «in«« Heizdraht und «in«« zweiten Therooelenent, dadurch gekennzeichnet, da·· eich dar Haiedraht über dia ein«n Enden zweier Halterungen (a, b) eratreokt, daran andere Sudan *n eine elektrische Energiequelle (S) anaohlieasbar sindt da·· daa «rate W Theraoeleaent au· einen ersten Draht (c) und einenzweiten Draht («) au« unterschiedlichen Metallen besteht, dass dar erata Draht (c) und dar «weite Draht (a) an ihren einen Snde und dar Heizdraht (l) mit •einen nittleren Bereich leitend Miteinander verbunden sind, da·· da· zweite Themoelenent au· den ersten Draht (c) und einen dritten Draht (d) aus unterschiedlichen Metallen besteht, dass der «weiteDraht (e) und der dritte Draht (d) au· den gleichenSnde Netall bestehen, da·· da· andere dea er·ten Drahtes(o) mit den einen End· dee dritten Drahte· (d) leitend verbunden iet, und da·· die Enden de· zweiten fe und dritten Drahtes (e,d), die nicht nit den erstenDraht (c) verbunden sind, an eine Mess- und Anzeigeeinrichtung (15) anechliessbar sind.2· Vorrichtung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, da·· der erste und der zweite Draht (c,e) lang· der Mitte de· HeiEdrahtes (l) leitend Miteinander verbunden aind (Fig· 2),109837/0954.3,- 20525*53. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet, dass das eine End· des «raten Draht·· (c) und da· «in· Sad· des zweiten Drahtes (e) an unterschiedlichen, dicht beieinander liegenden Stellen in der Mitte de» Heisdrahtes (1) Mit diesea leitend verbunden sind»(Fig· 3)«k. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des zweiten Draht·· (e) an einer Mittlerem Stelle des Heisdrahtes (l) alt dieses leitend verbunden isc, und dass das eine Ende des ersten Draht·· (c) ait dea zweiten Draht (e) nahe dessen einea Ende leitend verbunden ist (Fig. k),5* Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das «ine Ende des ersten Drahtes (c) an einer aittlerem Stell« des Heizdrahtes (l) alt diesea leitend verboa«·· ist, und dass das eine Ende des aweiten Draht·· (·) alt dea ersten Draht (c) an einer Stelle nahe dessea ein ei Ende leitend verbunden ist (Fig· 5)·ο. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizdraht (l) alt dea zweiten Draht (·) an einer Stelle nahe dessen einea Ende leitend verbunden ist, oad dass das eine Ende des erste« Drahtes (c) alt deat einen Ende des zweiten Drahtes (e) leitend verbund«» ist (Fig. 6).7. Verrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, das· i#r Heisdraht (l) ait dea ersten Draht (c) am eimer 5c*LL* nahe dessem eimea Bade leitend verbanden ist, and dass der «weite Draht (e) ait dea eimern Bmde des ersten Drahtes (c) leitend verbunden ist (Fig. 7}·109837/0954BAD ORlGiNAL8. Vorrichtung nach einest dir Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halterungen (a,b) Stäbe sind (6,7162,63,72,73), die an den Enden (60, 70) abgeschrägt sind und deren andere Enden elektrisch voneinander isoliert zusammengebündelt sind, und dass die Enden des zweiten und dritten Drahtes (e,d), die an die Mess- und Anzeigeeinrichtung (15) anschliessbar sind, stit zwei weiteren Metallstab en (8,9) verbunden sind, die ndLt den ersten Stäben (62,63,72,74) v·* diesen und untereinander elektrisch isoliert zusasman— gebündelt sind.9· Torrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen als Rohre (6O,7O) ausgebildet sind, deren eine Enden abgeschrägt sind und deren andere Enden suLt dem Metallstäben des zweiten und dritten Drahtes (11O,130) von diesen und untereinander elektrisch isoliert zusaasBemgebundelt sind.10· Yerrrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe (62,63.72.73) gabelförmig ausgebildet sind, daas sich der Stab des zweiten Drahtes (131) «bar die Ebene des Heiadrahtes (10) in der Mitte der gegabelten Stäbe (62,63,72,73) erstreckt und «aas sieh der Stab dea dritten Drahtes (11) nur bis zu der Stelle der Gabelung der beiden Haiterungsstäbe erstreckt·109837/0954BAD ORIGINAL
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Free format text: BLUMBACH, P., DIPL.-ING., 6200 WIESBADEN WESER, W., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT. KRAMER, R., DIPL.-ING., 8000 MUENCHEN ZWIRNER, G., DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING., 6200 WIESBADEN HOFFMANN, E., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN |
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