DE2505251C2 - Variometer mit einer messdose - Google Patents

Description

Variometer dienen in Flugzeugen zur Messung der Steig- und Sinkgeschwindigkeit. Verschiedene bekannte Ausführungen weisen eine mit der Atmosphäre verbundene Meßkammer und eine in dieser angeordnete, dichte Meßdose auf, die ebenfalls mit der Atmosphäre verbunden ist. Die Meßdose ist über ein Hebelwerk mit einem Zeiger verbunden und derari elastisch deformierbar, daß /wischen dem Innenraum der Meßdose und ihrem Außenraum, d.h. dem Kammerinnenraum auftretende Druekunierschiede eine /.eigerauslenkung bewirken.

Das Mcl3prin/ip beruht nun darauf, daß entweder die Meßdose oder die Meßkammer nicht direkt, sondern über ein Verzögerungsglied mit aer Atmosphäre verbunden wird. Dies hat zur Folge, daß die bei Änderungen der I lughöhe auftretenden Änderungen des Atmosphärendruckes Druckunterschiede zwischen der Meßdose und der Meßkammer verursachen, die ein Maß für die Steig-, bzw. Sinkgeschwindigkeit geben.

Bei älteren, bekannten Ausführungen war die Meßkammer direkt, die Meßdose dagegen über ein Verzögerungsglied mit der Atmosphäre verbunden. Bei dieser Ausführung mußten zwar die Meßkammer und das darin eingebaute Anzeigewerk gegen außen nicht dicht abgeschlossen werden. Dafür war jedoch zur Erzielung ausreichender Verzögerungss.eitkonstanten ein mit der Meßdose verbundenes Ausgleichsreservoir erforderlich, das relativ viel Platz beanspruchte.

Bei neueren, bekannten Ausführungen ist dagegen das Verzögerungsglied der Meßkammer vorgeschaltet und die Meßdose ist «her eine Leitung mit geringem Strömungswiderstand direkt mit 4er Atmosphäre yer,

*■■'' icaden JSei dieser 4usjaiu3ung nujß natürlich die Meßr |ammer, abgesehen vom Durchgang mit dem Verzöge-

iungsgued, gegen außen dicht abgeschlossen 3ein.

Sei einer bekannten Ausführung wird ajs Verzögerungsglied ein KeramikpläUdien roit durchgehenden 9oren verwendet Sei der Eichung des Variometers wird dann zuerst vor dem fertigen Zusammenbau eine

ίο statische Eichung vorgenommen, M der zwischen der jyjeßdose und ihrem Außenraum bestimmte Druckdifferenzen erzeugt werden. Das zur Übertragung der JVleßdosrai-PiefoOTation auf den Zeiger dienende Hebelwerk wird dann so justiert, daß bei jeder der erzeug-

jen Druckdifferenzen eine bestimmte, ihr entsprechende Höhenänderungs-Geschwindigkeit angezeigt wird Nach dieser statischen Eichung iwird die Varionieter-Meßkammer verschlossen und das Variometer zur dynamischen Eichung in eine Prüfkammer gebracht, de-

2p ren Innendruck zur Simulation von Höhenänderungen zeitlich variiert werden kann. Falls das Variometer nun falsche Steig- und Sinkgeschwindigkeiten anzeigt, muß der Strömungswiderstand des Verzögerungsgliedes entsprechend verändert werden, so daß sich die für die

betreffende Höhenänderungsgeschwindigkeit vorgesehene Druckdifferenz ergibt. Falls der Strömungswiderstand zu klein ist, muß ein Teil des Keramikplättehens mit Lack abgedeckt werden, so daß ein Teil der Poren verschlossen wird. Ist dagegen der Strömungswider· stand zu groß, muß das Keramikplättchen ausgewechselt werden. Da das Keramikplättchen von der Außenseite der Meßkammer her nicht zugänglich ist. muß die Meßkammer für jeden Versuch geöffnet werden. Da der Strömungswiderstand normalerweise mehrmals verändert werden muß, bis sich die richtige Anzeige ergibt, erfordert das Eichen bei diesem Variometer sehr viel Zeit.

Bei einer anderen bekannten Ausführung wird als Verzögerungsglied ein Blendensystem mit mehreren hintereinander angeordneten, je eine Bohrung aufweisenden Blenden verwendet. Wenn nun beim Eichen die Verzögerungszeit verkleinert werden muß, kann dies durch Vergrößern der Bohrung in der ersten Blende erfolgen. Falls dagegen eine Vergrößerung der Verzögerungszeit erforderlich ist. muß eine der Blenden durch eine andere Blende mit einer kleineren Bohrung ersetzt werden. Auch bei dieser Ausführung ist daher das Eichen sehr zeitraubend.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Variometer mit einem Verzögerungsglied zu schaffen, bei dem die Verzögerung, mit der Änderungen des Atmosphärendruckes auf die Meßdose übertragen werden, kontinuierlich und reversibel verändert werden kann.

Die Erfindung betrifft daher ein Variometer mit einer durch einen Durchgang mit der Atmosphäre verbundenen Meßkammer und einer in dieser angeordneten, elastisch deformierbaren, ebenfalls über einen Durchgang mit der Atmosphäre verbundenen Meßtio^ se, wobei einer dieser Durchgänge ein zur Verzögerung des Druckausgleiches dienendes Blendensystem mit mindestens zwei durch einen Zwischenraum voneinander getrennten Blenden aufweist. Das Variometer ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch mindestens ein

β5 verstellbares Element, urti das Volumen eines Zwischenraumes zu verändern.

Der Erfindungsgegenstand soll im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh-

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rungsbeispiels naher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt die

Fig. 1 ein Variometer mit einer aufgeschnittenen Meßkammer und den wichtigsten !"lementen des Meßwerkes, die F i g. 2 eine Frontansicht des Variometers, die

F ig. 3 einen Längsabschnitt .durch das als Verzögerungsgliesi dienende Blendensystem in größerem Maßstab, die

Fig.4 einen Längsschnitt durch eine Blende des Blendensystems in «och größerem Maßstab und die

F i g. 5 ein Diagramm der Abhängigkeit des Anzeigefehlers von der Blendeneinstellung.

Das in den F i g. I und 2 dargestellte Variometer •seist eine als Ganzes mit 1 bezeichnete Meßkammer auf. Diese wird durch ein Metallgehäuse 2und eine dieses auf der Frontseite abschließende, mittels eines mit dem Gehäuse 2 verschraubten Flansches 3 befestigte Glasscheibe 4 gebildet Die Verbindung zwischen der letzteren und dem Gehäuse 2 ist mit einem Dichtungsring 5 abgedichtet

In der Meßkammer 1 ist eine Tragstruktur befestigt, die im wesentlichen durch zwei Scheiben 6 und 7 sowie drei diese verbindenden Stauen 8 gebildet wird. An der Scheibe 6 ist eine Skalenscheibe 9 befestigt. Im Zen- x$ trum der Scheibe 6 ist eine Zeigerwelle 10 drehbar gelagert und mittels eines Gegenlagers 11 zusätzlich abgestützt. Auf der Zeigerwelle 10 sitzt einerseits der Zeiger 12 und andererseits ein Ritzel 13.

An der untersten Stütze 8 ist mittels eines Gewindebolzens 14 eine Buchse 15 befestigt, die ihrerseits mit einer Schale einer elastisch deformierbaren, dichten Meßdose 16 verbunden ist

An der anderen Schale der Meßdose 16 ist ein Zapfen 17 befestigt, der über ein als Ganzes mit 18 bezeichnetes Hebelwerk mit einer Welle 19 verbunden ist. Auf dieser sitzt ein kreisausschnittförmiges Element 20, das auf der Außenseite mit einer Verzahnung versehen ist, die in die Verzahnung des Ritzels 13 eingreift. An der Welle 19 greift ferner das Ende einer Rückstellfeder 21 an. deren anderes Ende mit einem auf der Scheibe 6 befestigten Zapfen verbunden ist.

In die Rückwand des Gehäuses 2 ist eine Buchse 22 mit einer abgestuften, zentralen Bohrung 22a dicht eingeschweißt oder in anderer Weise befestigt. Die Bohrung 22a weist einen äußeren, weiteren Gewindeabschnitt 226, einen inneren, engeren Gewindeabschnitt 22d und eine die beiden letzteren trennende Nut 22c auf. Die Buchse 22 ist des weiteren mit einer exzentrischen Bohrung 22e versehen, die sich von der inneren Endfläche 22/der Buchse 22 bis zur Nut 22c erstreckt.

An der inneren Endfläche 22/ist ein an die Mündung der Bohrung 22e anschließender Stutzen 23 dicht befestigt. Dieser ist über einen flexiblen Schlauch 24 mit dem Anschluß-Stutzen 25 der Meßdose 16 verbunden.

In die innere Gewindebohrung 22dder Buchse 22 ist eine Hohlschraube 26 eingeschraubt und mittels eines O-Ringes 27 abgedichtet Die Holzschraube 26 und der Q-Ring 27 sind in größerem Maßstab in der F i g. 3 dargestellt. Die Hohlschraube 26 weist einen Kopf 26;) mit &> einem Schlitz 266 auf. An den Kopf 26a schließt ein zylindrischer Abschnitt 26c an, auf dem der O-Ring 27 sitzt und der mit einem sich bis in die Nähe des O-Ringes erstreckenden Gewinde versehen ist. Das freie , Ende der Hohlschraii'oe 26 wird durch einen Schaft 26d ⁶S gebildet, dessen Durchmesser etwas kleiner als der Kerndurchmesser des Gewindes ist. Der Hohlraum der Hohlschraube 26 wird durch eine durchgehende Oewindebohrung 26e gebildet

In die Gewindebohrung 26 sind drei Gewindezapfen 23,29 und 30 eingeschraubt, zwischen denen .sich je ein freier Zwischenraum befindet Die Länge des Zwischenraumes 32 zwischen dem sich auf der Meßkam-'mer-Seite der Hohlschraube 26 befindenden Zapfen 28 und dem mittleren Zapfen 29 ist mil Ii bezeichnet Die Länge des freien Zwischenraumes 33 zwischen den mittleren Zapfen 29 und dem dem Außenraum zugewandten Zapfen 30 ist mit I2 bezeichnet

Einer der drei Zapfen 28,29,30, nämlich der Zapfen 30 ist in der F i g.4 in größerem Maßstab dargestellt Er ν weist an einem sein«- Enden einen Querschlitz 30a auf. Des weiteren ist er mit einer durchgehenden, koaxialen Bohrung 306 versehen, die an ihrem dem Schütz 30a abgewandten Ende eine Erweiterung 30c aufweist In dieser sitzl ein Uhren-Lochstein 31. d. h_ ein künstlicher Rubin oder Saphir mit einer durchgehenden Bohrung 31a. die einenends eine Erweiterung 316 aufweist. Der Zapfen 30 ist derart in die Hohlschraube 26 eingeschraubt, daß ein Schlitz 30a dem freien Außenraum zugewandt ist Die beiden anderen Zapfen 28 und 29 sind gleich ausgebildet wie der Zapfen 30. Der Zapfen

29 ist ebenfalls so eingeschraubt, daß sein Schiit/: dem Außenraum zugewandt ist. Der Zapfen 28 ist dagegen derart eingeschraubt daß sein Schlitz dem Innenraum der Meßkammer zugewandt ist.

Beim Einbau des Variometers in das Flugzeug wird die Buchse 22 über eine in die Gewindebohrung 226 eingeschraubte Leitung mit der Atmosphäre verbunden. Die freie Mündung dieser Leitung wird dabei so angeordnet, daß der statische, von der Fluggeschwin digkeit unabhängige Luftdruck gemessen werden kann. Die Gewindebohrung 226 und die Gewindebohrung 26e bilden zusammen einen ersten Durchgang 226. 26 c. der den Innenraum der Meßkammer 1 mit der Atmosphäre verbindet, jeder der drei Gewindezapfen 28. 29.

30 bildet dabei eine Blende, deren öffnung durch die Bohrung des eingesetzten Uhren-Lochsteines gebildet wird. Selbstverständlich müssen die Gewindebohrung 26eund die Außengewinde der Zapfen 28. 29.30 relativ genau hergestellt und so beschaffen sein, daß sie zusammen einen annähernd dichten Verschluß bilden.

Die Gewindebohrung 226. die exzentrische Bohrung 22e. der Stutzen 23 und der Schlauch 24 bilden zusammen einen zweiten Durchgang 226, 22e. 23. 24, der die Meßdose 16 mit der Atmosphäre verbindet.

Das durch die drei Blenden 28.29, 30 gebildete Blendensystem bildet einen relativ großen Strömungswiderstand. Wenn sich nun der Luftdruck bei Höhenänderungen des Flugzeuges ändert, so bewirkt der große Strömungswiderstand des ersten Durchganges 226.22c eine Verzögerung des Druckausgleiches zwischen der Atmosphäre und der Meßkammer 1. während der Druck in der Meßdose den Außendruckänderungcn praktisch unverzögert folgt Dadurch entstehen zwischen den Innenräumen der Meßdose 16 und der Meßkammcr I Druckunterschiede, die eine Deformation der Meßdosc 16 verursachen und dadurch den Zeiger 12 auslenker!.

Die Größen der Blendenöffnungen müssen selbstverständlich an die Größen der Volumen der Meßdose 16 und der Kammer 1 sowie an den vorgesehenen Meßbereich angepaßt sein. Als zweckmäßig haben sich Uhren-Lochsteine mit lichten Weiten vor etwa 0,15 bis 0,25 mm erwiesen. Die Verzögerung des Druckausgleiches ist jedoch nicht nur von der Größe der Blendenöffnungen, sondern auch von den Volumen der beiden Zwischenräume 32, 33 zwischen den drei Blenden 28,

29, 30 abhängig. Diese Zwischenräume 32. 33 müssen nämlich bei einem Auftreten von Änderungen des Außendruckes zuerst Luft aufnehmen, bzw. abgeben, bevor der Meßkammerdruck ausgeglichen werden kann. Die Blenden 28.29,30 und die Zwischenräume 32. 33 wirken also ähnlich wie ein durch Drosseln und Kondensatoren gebildetes, elektrisches Vcrzögcrungs-Nct/wcrk.

Es ist daher möglich, die Verzögerung des Druckaus gleiches cliiivh Verändern der Zwischenraumgröße /u verändern. Da der äußerste Zapfen 30 mittels eines geeigneten Schraubenziehers von außen her in axialer Richtung verstellt und dadurch das Volumen des Zwi schenraumcs 33 verändert werden kann, ist es ohne weiteres möglich, beim fertig zusammengebauten Variometer die Verzögerung des Druckausgleiches /u verändern.

Bei der Eichung des Variometers wird zuerst, d. h. vor dem Einbau in das Gehäuse 2. eine statische Eichung durchgeführt. Bei dieser statischen Eichung weiden, wie eingangs bereits erwähnt, bestimmte, zeit lieh konstante Druckdifferenzen zwischen der Meßdose und dem Außenraum erzeugt. Dann wird das Hebelwerk 18 mit Hilfe verschiedener verstellbarer Justieror ganc so justiert, daß sich die den Druckdifferenzen entsprechenden Zcigerauslenkungen ergeben. Bei der statischen Eichung kann zusätzlich die Temperatur des Variometers verändert werden und die durch diese Tempcraturänderungen verursachten Fehler können dann mit Hilfe eines an der Meßdose 16 oder am Hebelwerk 18 angreifenden, einstellbaren Bimetallelements weitgehend kompensiert werden.

Wenn die statische Eichung abgeschlossen ist wird das Mcüwerk in das Gehäuse 2 eingebaut und die Mcßkammcr 1 dicht abgeschlossen. Dann kann die dynamische Eichung vorgenommen werden. Für diese wird das Variometer in eine Eichkammer mit zeitlich veränderbarem Druck gebracht oder die Buchse 22 über eine Leitung mit einem geeigneten Druckregelgerät verbunden. Nun können durch zeitliche Druckänderungen Flughöhenänderungen simuliert und das Variometer durch Verändern der Verzögerungszeit dynamisch geeicht werden. Beim Eichen wird es im allgemeinen ausreichen, nur die Größe des äußeren Zwischenraumes 33 zu verändern. Falls relativ große Korrekturen erforderlich sind, kann die äußerste Blende 30 ganz herausgeschraubt werden, so daß auch die mittlere Blende 29 von außen her verstellt werden kann. Dann kann die äußerste Blende wieder eingesetzt und in die geeignete Lage gebracht werden. Auf diese Weise ist es möglich, das Variometer von außen her dynamisch zu eichen.

Die Wirkung der Blenden-Verstellung soll nun an Hand der in der F i g. 5 dargestellten Meßergebnisse erläutert werden.

Bei der Durchführung dieser Messungen wurden die Blendenabstände 11 and I2 schrittweise ma den gleichen Wert von 0 auf 4 mn) erhöht. Auf der Abszisse des in der F i g. 5 dargestellten Diagramins ist die Länge 1 in MHIimeter aufgetragen, die gleich ist wie die Blendenabstände Ii aod I2. Auf der Ordinate ist die Größe dv in Millisekunden aufgetragen, die gleich dem Betrag der tatsächlichen Vertikalgeschwindigkeit minus dem Betrag der angezeigten Geschwindigkeit ist. Für die dargestellten Messungen wurden durch zeitliche Druckveränderungen Steiggeschwindigkeiten von etwa 5 m/s simuliert. Die Kurve 34 stellt die Meßergebnisse dar. die in einem Druckbereich gemessen wurden, der einer Flughöhe zwischen 0 und 1800 m entspricht. Messungen mit anderen Steig- sowie mit Sinkgeschwindigkeiten ergaben einen qualitativ ähnlichen Kurvenverlauf.

Wenn der Wert von Δ\ in Prozenten der simulierten· Geschwindigkeit angegeben wird, ergeben sich für alle Steig- und Sinkgeschwindigkeiten immer etwa die gleichen Werte.

Bei einer Mittelstellung der Blende, d. h. im vorlicgcnden Fall bei Blendcnabständen von 2 mm. verschwindet der Meßfehler. Wird nun die Länge 1 verkleinert, so werden die Zwischenräume 32 und 33 kleiner. Dementsprechend wird auch die Verzögerung, mit der der Meßkammerdruck den Luftdruckänderungen folgt, kleiner. Die Differenz zwischen dem Druck in der Meßdose 16 und dem Druck in der Meßkammer 1 wird daher kleiner, so daß eine zu kleine Steiggeschwindigkeit angezeigt wird. Dem entspricht ein Ansteigen des Wertes von ^v. Umgekehrt ergibt sich natürlich bei einer Vergrößerung der Blendenabstände eine Abnahme des Wertes von Δν.

Da der Luftdruck mit zunehmender Höhe ungefähr exponentiell abnimmt, wird die zeitliche Druckabnahme bei konstanter Steiggeschwindigkeit mit zunehmcnder Höhe kleiner. Es ist daher zu erwarten, daß die Druckdifferenzen zwischen der Meßdose und der Meßkammer mit steigender Höhe ebenfalls abnimmt, so daß eine /u kleine Steiggeschwindigkeit angezeigt wird und sich ein positiver Wert von Δ\ ergibt.

Bei verschiedenen vorbekannten Variometern mußten zur Korrektur dieser Fehler relativ komplizierte Kompensationsvorrichtungen vorgesehen werden. Es wurde nun festgestellt, daß bei geeigneter Dimensionierung des Blendensystems und des Durchmessers der Bohrung 26e ohne zusätzliche Kompensationsvorrichtung bereits eine relativ gute Genauigkeit erzielt werden kann. Des weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Wand in den Zwischenräumen zwischen den Blenden nicht glatt, sondern profiliert ausgebildet wird und beispielsweise, wie im vorliegenden Fall, mit einem Gewinde versehen ist.

In der F i g. 5 zeigt nun die Kurve 35 die Meßergebnisse, die bei Luftdrücken gemessen wurden, die Flughöhen von etwa 8500 bis 10 000 m entsprechen.

Der Grund für die auf diese Weise erzielten, relativ gute Höhenunabhängigkeit der Anzeige dürfte darauf zurückzuführen sein, daß das Gewinde die Bildung von Turbulenzen fördert und daß die Strömung im Blen densystem im Umschlagsgebiet zwischen laminarer und turbulenter Strömung liegt.

in Abänderung des Variometers ist es ohne weiteres möglich, nur zwei Blenden vorzusehen, die dann nur einen Zwischenraum begrenzen. Zudem können die Blenden unverstellbar befestigt sein und dafür zur Ante derung des Volumens des Blendenzwischenraumes ein separates, verstellbares Element vorgesehen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche;

   }. Variometer mit einer durch
   mit der Atmosphäre verbundenen Ivjeßkainmer und einer Jn dieser angeordneten, elastisch deformierbaren, ebenfalls über einen Purchgajig mit dej? Atmosphäre verbundenen Msßijose, w§bej einer dtesjer Durchgänge ein zur Verzögerung des prupkausgfeichs dienendes Blendensystem mit mindestens zwei durch einen Zwischenraum voneinander getrennten ölejKlen auEweis^ gekenn^eji:hn,^et durch mindestens ein verstellbares Element (2Si, 29,30), um das Volumen eines Zwischenrawnes (32, 33) zu verändern.
2. 2. Variometer nach Anspruch ^,dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (28,29.30) koaxial hintereinander angeordnet sind und daß mindestens eine von ihnen in axialer Richtung verstellbar ist
3. 3. Variometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Blenden (28. 29, 30) vorhanden sind, und daß mindestens zwei davon verstellbar sind.
4. 4. Variometer nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß der die verstellbare Blende, bzw. die verstellbaren Blenden (28, 29, 30) enthaltende Durchgangs-Abschnitt, als Gewindebohrung (26c) ausgebildet ist und daß die verstellbare Blende, bzw. die verstellbaren Blenden (28. 29, 30). mit einem Außengewinde versehen sind.
5. 5. Variometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Blende (28. 29. 30) einen Uhren-Lochstcin (31) enthält, dessen Bohrung (31 a) die Blendenöffnung bildet.