DE2163045A1

DE2163045A1 - Kombinationssonde

Info

Publication number: DE2163045A1
Application number: DE19712163045
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Kuhn
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1971-12-18
Filing date: 1971-12-18
Publication date: 1973-06-28
Also published as: DE2163045C3; DE2163045B2

Description

"Kombinations sonde" Die Erfindung bezieht sich auf eine Kombinationssonde zum Messen von Kenngrößen strömender Medien. Eine bekannte derartige Kombinationssonde besteht aus einem abgewinkelten Rohr mit einer kegelförmigen Spitze, in der Öffnungen zum Messen des Gesamtdruckes, des statischen Druckes und der Strömungsrichtung angeordnet sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine besondere Gestaltung des Sondenkopfes die Meßgenauigkeit derartiger Sonden zu verbessern und die genaue Erfassung einer weiteren Kenngröße zu ermöglichen.
Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der Sondenkopf die Gestalt eines abgestumpften Keiles aufweist, an dessen Stirnfläche ein kurzes Rohrstück zum Bestimmen des Gesamtdruckes und an dessen schrägen Seitenflächen miteinander durch eine Querbohrung verbundene Offnungen zum Bestimmen des statischen Druckes sowie von den beiden Seitenkanten der Stirnfläche ausgehende, im wesentlichen seitliche Öffnungen zum Bestimmen der Strömungsrichtung angeordnet sind, die durch Kanäle im Sondenkopf mit den Rohren eines an der Oberseite des Sondenkopfes befestigten Rohrbündels, das zu einem Anschlußstück für die Meßgeräte führt, verbunden sind.
Die Keilform des Sondenkopfes ergibt durch ihre vorteilhaften aerorlyeamischen Eigenschaften besonders gute Werte für den statischen Druck und die zur Richtungsbestimmung benützten Drücke. Die Öffnung des an der Stirnseite angeordneten Rohrstückes wird durch ihre vorgezogene Lage von der Umströmung des Sondenkopfes nicht beeinträchtigt und ist außerdem weitgehend unempfindlich gegen Schräganströmungen, so daß sich auch für den Gesamtdruck sehr genaue Mewerte ergeben.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bilden die schrägen Seitenflächen des Sondenkopfes miteinander einen Winkel zwischen zwanzig und dreißig Grad. Innerhalb dieses Bereiches erreicht die iler!genauigkeit der Sonde einen Höchstwert.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist am Sondenkopf ein Temperaturfühler angeordnet, dessen Meßstelle zusammen mit dem ersten Teil der zu dem Anschlußstück führenden Leitungen von einem Leitrohr mit Abstand umgeben ist, das parallel zum Rohrbündel an der Oberseite des Sondenkopfes befestigt ist und das im Bereich der Meßstelle eine im wesentlichen in der Ebene der ()ffnung des Rohrstückes liegende Eintrittsöffnung und an seinem Ende mindestens eine Austrittsöffnung aufweist. Durch die zum Rohrbündel parallele Anordnung eines Temperaturfühlers auf dem Sondenkopf wird die Verwendungsmöglichkeit der Sonde erweitert, ohne daß der Umfang und vor allem die Stirnfläche des MeDinstrurnentes wesentlich vergrößert wird. I)ie Nießstelle des Temperaturfühlers befindet sich in unmittelbarer Nähe der Druckmeßstellen, so daß sich die Kenngrößen einzelner Stellen der Strömung mit wünschenswerter Genauigkeit feststellen lassen. Durch die Verwendung eines Leitrohres wird das zu messende Medium nicht nur am Temperaturfühler, sondern auch an dessen Umgebung vorbeigeführt, so daß eine das Meßergebnis verfälschende Wärmeableitung zu verhältnismäßig kälteren Teilen der Sonde in diesem Bereich weitgehend unterbunden wird.
Die IGrfirldung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielcs näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kombinationssonde, Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teiles der Sonde in vergröfertem Maßstab, teilweise im Schnitt, Fig. 3 eine ansicht der Sonde in Richtung A der Fig. 2 und Fig. 4 einen Schnitt durch die Sonde nach Linie IV-IV der Fig. 2.
Die dargestellte Kombinationss onde dient zum gleichzeitigen Messen des Gesamtdruckes, des statischen Druckes, der Strömungsrichtung und der Temperatur von Gasen. Die Kombinationssonde besteht im wesentlichen aus einem Sondenkopf 11, einem Sondenschaft 12 und einem Anschlußstück 13, auf das ein elektrisches Kabel 14 und vier Schlauchleitungen 1 5 aufgesteckt sind, die zu nicht dargestellten Meßgeräten führen.
Die Strömungsrichtung der Gase ist in Fig. 1 mit einem Pfeil angedeutet.
Der Sondenkopf 11 hat die Gestalt eines abgestumpften Keiles mit einer der Strömung zugewandten Stirnfläche 16, zwei schrägen Seitenflächen 17 und 18, die miteinander einen Winkel von etwa 250 bilden und zwei parallelen Seilenflächen 19 und 20. An der Oberseite 21 des Sondenkopfes 11 ist ein Rohrbündel 22 befestigt, dessen Rohre 23 bis 26 vom Sondenschaft 12 aufgenommen werden und in diesem zum Ansciilußstuck 13 geführt sind. An der Oberseite 21 des Sondenkopfes 11 befindet sich weiter ein Temperaturfühler 27, von dem ein Rohr 28 ebenfalls durch den Sondenschaft 12 zum Anschlußstück 13 führt.
In der Stirnfläche 16 des Sondenkopfes 11 ist ein kurzes Rohrstück 29 eingesetzt, das durch einen Kanal 30 im Inneren des Sondenkopfes 11 mit dem Rohr 23 verbunden ist. Eine Querbohrung 31 im Sondenkopf 11 bildet an den beiden schrägen Seitenflächen 17 und 18 jeweils eine Öffnung 32 bzw. 33. Die Querbohrung 31 ist durch einen Kanal 34 mit dem Rohr 24 verbunden. Von jeder der beiden Seitenkanten 35 und 36, die von der Stirnfläche 16 und der scllrägen Seitenfläche 17 bzw. 18 gebildet werden, geht eine zum Rohrstück 29 parallele Bohrung 37 bzw. 38 aus, die jeweils eine im wesentlichen seitliche Öffnung 39 bildet. Die Bohrung 37 bzw. 38 ist jeweils durch einen Kanal 40 mit dem Rohr 25 bzw. 26 verbunden.
Das Rohrstück 29 dient zum Messen des Gesamtdruckes, wälirend mit den Öffnungen: 32 und 33 der statische Druck ermittelt wird. Die (jffnungen 39 der Bolirungen 37 und 38 werden zum Bestimmen der Strömungsrichtung benützt. Dazu wird die Sonde solange um ihre Achse gedreht, bis die an den seitlichen Öffnungen 39 der Bolirungen 37 und 38 herrsclienden Drucke, die sich bei einer schrägen Anströmung des Sondenkopfes 11 voneinander unterscheiden, den gleichen B'?rt annehmen.
Trifft dies zu, so liegt die Längsachse des Sondenkopfes 11 genau in der Strömungsrichtung.
Der Tempeiaturfü.lller 27 besteht aus einem Tliermoelement 41, das in einem Leitrohr 42 angeordnet ist. I)as Thermoelement 41 weist eine kugelförmige Verbinduxlgsstelle 43 auf, von der zwei Leitungen 44 und 45 durch das Rohr 28 zum Anschlußstück 13 geführt sind. Das Leitrohr 42 ist mit einer (uerwand 46 an der Oberseite 21 des Sondenkopfes 11 parallel zum Rohrbündel 22 befestigt. Es umgibt neben der kugelförmigen Verbindungsstelle 43 des Thermoelementes 41 auch den ersten Teil des Rohres 28, so daß ein Ringkanal 47 entsteht, der durch eine Ringwand 48 abgeschlossen ist. Das Leitrohr 42 hat im Bereich der kugelförmigen Verbindungsstelle 43 des Thermoelementes 41 eine Eintrittsöffnung 49, deren Durchmesser kleiner als derjenige des Leitrohres 42 ist, und im Bereich seiner Ringwand 48 zwei diametral angeordnete Austrittsöffnungen 50 und 51. Die Eintrittsöffnung 49 liegt im wesentlichen in der Ebene der Öffnung 52 des Rohrstückes 29, das der Bestimmung des Gesamtdruckes dient. Die Austrittsöffnungen 50 und 51 sind an Stellen geringen statischen Druckes angeordnet und erleichtern dadurch die Durchströmung des Ringkanales 47. Die heißen Gase, deren Temperatur gemessen wird, gelangen durch die Eintrittsöffnung 49 in das Leitrohr 42. Infolge des Durchmesserverhäitnisses zwischen der Eintrittsöffnung 49 und dem Leitrohr 42 umströmen die heißen Gase die kugelförmige Verbindungsstelle 43 des Thermoelementes 41 mit verringerter Geschwindigkeit und heizen diese auf. Im weiteren Verlauf werden die heißen Gase durch den Ringkanal 47 entlang dem Rohr 28, das die Leitungen 44 und 45 des Thermoelementes 41 enthält, geführt und erhitzen diese auf die Gastemperatur, so daß das Temperaturgefälle im Bereich des Temperaturfühlers 27 klein gehalten wird. Die Wärmeableitung von der kugelförmigen Verbindungsstelle 43 zu Teilen der Sonde mit weniger hohen Temperaturen ist daher sehr gering, so daß man bei der Temperaturmessung sehr genaue Meßwerte erhält.
Versuche haben gezeigt, daß im Gegensatz zu den bekannten Rohrsonden bei der erfindungsgemäßen Sonde infolge der Keilform des SOndenkopfes 11 und der günstigen Anordnung einer Querbohrung 31 bei Schräganströmung nur sehr geringe Korrekturwerte für die gemessenen statischen Drücke notwendig sind. Dies gilt neben Schräganströmungen des Sondenkopfes 11 in Ebenen senkrecht zur Sondenachse auch für Schräganströmungen in der Langsmittelebene des Sondenkopfes 11. Während sich die Korrekturwerte bei Rohrsonden in Abhängigkeit der Strömungsge schwindigkeit stark verändern, bleiben diese bei der erfindungsgemäI!en Sonde über einen weiten Geschwindigkeitsbereich gleich oder nahezu gleich. Die Meßwerte eignen sich aus diesem Grunde besonders gut zur unmittelbaren Weiterverwendung bei der elektronischen Datenverarbeitung. Darüber hinaus haben Versuche ergeben, daß die Gestalt der Sonde auch zu besseren Ergebnissen bei der Richtungsbestimmung einer Strömung führt, da der dazu gemessene Differenzdruck zwischen den von den Seitenkanten 35 und 36 ausgehenden 'iffnungen 39 ein Mehrfaches gegenüber den mit Rohrsonden gemessenen Werten beträgt.

Claims

Ansprüche

1. Kombinationssonde zum Messen von Kenngrößen strömender Medien, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkopf (11) die Gestalt eines abgestumpften Keiles aufweist, an dessen Stirnfläche (16) ein kurzes Rohrstück (29) zum Bestimmen des Gesamtdruckes und an dessen schrägen Seitenflächen (17 und 18) miteinander durch eine Querbohrung (31) verbundene Offnungen (32 und 33) zum Bestimmen des statischen Druckes sowie von den beiden Seitenkanten (35 und 36) der Stirnfläche (16) ausgehende, im wesentlichen seitliche Öffnungen(39) zum Bestimmen der Strömungsrichtung angeordnet sind, die durch Kanäle (30, 34, 40) im Sondenkopf 111) mit den Rohren (23 bis 2G) eines an der Oberseite (21) des Sondenkopfes (11) befestigten Rohrbündels (22), das zu einem Anschlußstück (13) für die Meageräte führt, verbunden sind.

2. Kombinationssonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schrägen Seitenflächen (17 und 18) des Sondenkopfes (11) miteinander einen Winkel zwischen zwanzig und dreißig Grad bilden.

3. Kombinationssonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am .Sondenkopf (11) ein Temperaturfühler (27) angeordnet ist, dessen Meßstelle(43) zusammen mit dem ersten Teil der zu dein-Anschlußstück (13) führenden Ieitungen (44,45 und 28) von einem Leitrohr (42) mit Abstand umgeben ist, das parallel zum Rohrbündel (22) an der Oberseite (21) des Sondenkopfes (11) befestigt ist und das in l3ereicii der Meßstelle (43) eine im wesentlichen in der Ebene der ()ffnung (52) des Rohrsttickes (2.')) liegende 13intrittsöffnung (49) und an seinem Ende mindestens eine Austrittsöffnung (50, 51) aufweist.

L e e r s e i t e