DE2512985C3 - Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit und/oder der Dichte einer Fluidströmung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit und/oder der Dichte einer Fluidströmung, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bekannte Einrichtungen zur Messung der Geschwindigkeit von Fluidströrnungen, wie beispielsweise Hitzdrahtmesser und Heißfilmmesser, sind sehr empfindlich und benötigen eine aufwendige elektronische Einrichtung zur Auswertung der Meßergebnisse. Pitot-Rohre haben den Nachteil, daß ihre Ausgangssignale nicht proportional zur Geschwindigkeit d^r Fluidströmung sind. Außerdem hängt ihre Empfindlichkeit von der Empfindlichkeit der zugehörigen Druckmeßeinrichtung ab, so daß sie nur bei Geschwindigkeiten von 3 m/sec Luftgeschwindigkeit, von speziellen Laborbedingungen abgesehen, eingesetzt werden können. Die Anwendung von rotierenden Einrichtungen zur Messung der Geschwindigkeit von Fluidströmungen, beispielsweise von Becher- oder Propeller-Anemometern und ihren entsprechenden Geräten, für flüssige Medien liefert ein Ausgangssignal, welches der Geschwindigkeit der gemessenen Strömung proportional ist; solche Geräte arbeiten jedoch bei niedrigen Geschwindigkeiten nicht einwandfrei: dies gilt insbesondere dann, wenn sie für hohe Geschwindigkeiten ausgelegt sind. Und schließlich ist ihre Anfälligkeit gegen mechanische Defekte sehr hoch, so daß sie nur unter speziellen Bedingungen eingesetzt werden können oder besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssen.

Schließlich sind noch Vorrichtungen zur Messung der Geschwindigkeit und/oder der Dichte einer Fluidströmung der angegebenen Gattung bekannt (DE-AS 20 19 146; GB-PS 12 62 442). Eine solche Vorrichtung weist eine einen Meßstrahl auf die Öffnung eines in der Fluidströmung angeordneten Empfängers richtende Düse und eine mit dem Empfänger verbundene Anzeigeeinrichtung auf, die aus dem in dem Empfänger auftretenden Fluiddruck die Geschwindigkeit und/oder die Dichte der Fluidströmung ermittelt. Nachteilig ist bei einer solchen Vorrichtung, daß sich eine starke

Mischung des Meßstrahls mit der Fluidströmung ergibt, wodurch sich der Meßstrahl stark verbreitert und damit der das Meßsignal liefernde Fluiddruck im Empfänger verringert- Dies bedeutet wiederum, daß die bekannte Vorrichtung eine relativ geringe Empfindlichkeit hat und nur in einem begrenzten Geschwindigkeitsbereich eingesetzt werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit und/oder der Dichte einer Fluidströmung der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der die Geschwindigkeit und/oder die Dichte über einen großen Geschwindigkeitsbereich mit außerordentlich hoher Genauigkeit bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß sich nur eine relativ geringe Mischung des Meßstrahls mit der Fluidströmung ergiot, so daß der Streuwinkel des Meßstrahls relativ klein ist. Dadurch läßt sich wiederum der im Empfängerrohr für eine bestimmte Geschwindigkeit und/oder Dichte gemessene und angezeigte Fluiddruck erhöhen, so daß sich eine verbesserte Ansprechempfindlichkeit ergibt. Denn der Rauschpegel des Meßsignals wird geringer als bei bekannten Vorrichtungen, so daß über einen größeren Geschwindigkeitsbereich mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann. Diese Vorrichtung ist also relativ unempfindlich gegenüber den Umgebungsbedingungen und außerdem sehr viel robuster und stabiler als die bekannten Vorrichtungen, so daß Defekte weitgehend vermieden werden können.

Wesentlich zu diesen Vorteilen trägt die Verwendung einer Reynolds-Zahl von mehr als 2300 an der Öffnung der Düse bei, da bei geringeren Reynolds-Zahlen der Meßstrahl ein Moment auf die in der Umgebung befindliche F'uidströmung überträgt. Diese Übertragung erfolgt aufgrund der Reibung, so daß sich eine Strahlausbreitung ergibt, die eine Funktion der Viskosität ist. Durch Verwendung eines Meßstrahls mit Reynolds-Zahlen von mehr als 2300 wird eine konstante Strahlausbreitung erreicht, so daß sich eine von der Viskosität unabhängige konstante Mischung mit der Umgebungsatmosphäre ergibt. Erst dadurch werden die Voraussetzungen für eine zuverlässige und exakte Messung der Geschwindigkeit und/oder der Dichte über einen weiten Meßbereich und insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten geschaffen. Außerdem läßt sich die Diciite eines fluiden Mediums auch unabhängig von der Viskosität bestimmen.

Die Verminderung der Vermischung zwischen dem Meßstrahl und der Umgebungsatmosphäre wird im wesentlichen durch die Verwendung des langgestreckten Führungsteils erreicht. Dadurch läßt sich der Winkel verkleinern, indem der Meßstrahl aufgefächert wird, so daß sich das Rauschverhalten einer solchen Vorrichtung wesentlich verbessern läßt. Dies hat wiederum zur Folge, daß bei Verwendung einer solchen Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung ein größerer Meßbereich und eine höhere Genauigkeit erreicht werden können. Zur Messung der Dichte lassen sich auch ohne Geschwindigkeitskcmponente besonders genaue Meßergebnisse erreichen.

Bei Verwendung eines VJehrfach-Empfängers besteht die Möglichkeit, Geschwindigkeitskomponenten einer Fluidströmung zu erfassen, die senkrecht zur Hauptsirahlrichtung verlaufen. Dies kann gleichzeitig mit der Messung von Komponenten geschehen, die parallel /u der Hauptstrahlrichtung angeordnet sind. Dabei können ■ι beispielsweise mit einem einzigen Meßslrahl und mil einem entsprechenden Führungsteil drei orthogonale Fluidströmungs-Komponenten gemessen werden.

Und schließlich ermöglicht die Verwendung von Mehrfach-Empfängern noch die Einstellung der radiulen Abstände der Empfänger von dem Führungsteil, um eine mangelnde Konzentrizität zwischen dem Führungsteil und der Düse auszugleichen, die längs des Umfangs des Führungsteils zu einer unterschiedlichen Düsenbreite führen würde.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit und/oder der Dichte 2(i einer Fluidströmung,

F i g. 2 eine graphische Darstellung ö^r Av.ialkomponente der Geschwindigkeit der Fluidströmung. die für die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung über dem Fluiddruck im Empfänger aufgetragen ist. Fig. 3 einen Teilschnitt einer Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit einer Fluidströmung mit einem anderen Empfänger,

Fig.4 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit einer Fluidströmung mit einem Empfänger mit zwei Rohren.

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Vorrichtung, die der Vorrichtung nach Fig.4 ähnelt, jedoch einen Empfänger mit vier Rohren aufweist,

Fig. 6 ein Geschwindigkeitsdiagramm der Komponenten der Fluidströmung und der Geschwindigkeit, die mit der in den Fig.4 oder 5 dargestellten Vorrichtung gemessen wurde,

F i g. 7 ein Diagramm der Gesamtdruckkonturen die in dem Empfänger nach den F i g. 4 oder 5 durch die in Fig. 6 dargestellte Geschwindigkeitskomponenten erzeug' wurden,

F i g. 8 eine graphische Darstellung der Geschwindigkeitskomponente in Querrichtung der Fluidströmung. die über dem Fluiddruck im Empfänger der in den F i g. 4 oder 5 dargestellten Vorrichtung aufgetragen ist.

Fig.9 und 10 verschiedene Kopfformen, die bei der Vorrichtung nach den Fig. 1, 3. 4 oder 5 verwendet werden können,

F i g. 11 eine ähnliche Vorrichtung wie F i g. 4, jedoch mit einer Halterung für den Empfänger,

Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie XlI-XII von Fig. II,

Fig.'3 bis 15 ähnliche Darstellungen wie Fig. 12. jeaoch für andere Empfänger,

Fig. 16 eine Seitenansicht einer ähnlichen Vorrichtung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist jedoch mit konischer Form.

Fig. 17 einen kuppeiförmigen Kopf für die Anwendung bei der in F i g. '.6 dargestellten Vorrichtung, bo F i g. 18 eine ähnliche Vorrichtung wie F i g. 5. jedoch mit Pyramidenform,

Fig. 19 einen Schnitt längs der Linie X!X-XIX von Fig. 18,

Fig. 20 eine Seitenansicht einer ähnlichen Vorrich-M tung, wie sie in F i g. \ä dargestellt ist, wobei jedoch der Empfänger zwei Rohre aufweist,

Fig. 21 einen Schnitt längs der Linie XXI-XXl von Fig. 20.

Fig. 22 eine Seitenansicht einer ähnlichen Vorrichtung, wie sie in F i g. 5 dargestellt ist. jedoch mil Halbkugelform und

F i g. 23 und 24 graphische Darstellungen, bei denen für die in Fig. I gezeigte Vorrichtung die Dichte des fluiden Mediums über dem Fluiddruck im Empfänger aufgetragen ist.

Im folgenden soll zunächst der Aufbau der in Fig. ', gezeigten Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit und/oder Dichte einer Fluidströmung erläutert werden. Diese Vorrichtung weist ein langgestrecktes Führungsteil I auf. das durch das Mcßfluid beaufschlagt wird; dieses Führungsteil 1 ist symmetrisch zu wenigstens einer Ebene Λ — Α. welche durch die Längsachse Ii- Ii des Führungsteils 1 verläuft; dabei erstreckt sich die Längsachse Ii- ö längs einem 'Feil der Strömungsbahn der Fluidsirömung.

Eine Düse 2 richtet das unter Druck .-neivvle fluide Medium längs der und in Berührung mit wenigstens in, wesenuicheu iuchum-ml-m. ciiuii'idoi' gegenüber .irigciwd neten Flächenbereichen des langgestreckten Führungsteils I auf jeder Seite der Ebene .Λ— A. Das unter l> ick stehende fluide Medium wird der Düse 2 über eine Einrichtung 4 zugeführt.

Ein Empfänger 6 weist eine Öffnung 8 auf. die sich in tier Bahn des fluiden Mediums von der Düse 2 befindel: dadurch wird die Öffnung 8 mi· dem unter Druck stehenden fluiden Medium beaufschlagt, das längs der gegenüberliegenden Wände von der Düse 2 einsmin"

Mit dem Empfänger 6 ist eine Anzeigeeinrichtung IO verbunden, die aus dem in dem Empfänger auftretenden Fluiddruck die Geschwindigkeit und/oder die Dichte der Fluidströmung ermittelt und in den entsprechenden Einheiten anzeigt.

Die Düse 10 hat eine Öffnung 11. deren Geometrie so ausgebildet ist. daß die Reynolds-Zahl an der Öffnung 11 größer als 2300 ist. Dabei ist die Reynolds-Zahl durch die folgende Beziehung definiert:

„ h,,V

hierbei bedeutet:

Rc = die dimensionslose Reynolds-Zahl.

/; = die mittlere Höhe der Öffnung 11 der Düse 2.

senkrecht zu der Oberfläche des Führungsteils 1

gemessen-,
ij = die Dichte des unter Druck stehenden fluiden Mediums, das bei Betrieb der Vorrichtung der

Düse 2 zugeführt wird:
Γ = die mittlere Geschwindigkeit des unter Druck stehenden fluiden Mediums in der Öffnung 11

der Düse 2 beim Betrieb der Vorrichtung: a = die Viskosität des unter Druck stehenden fluiden Mediums in der Öffnung 11 der Düse 2 beim Betrieb der Vorrichtung.

Soll mit der Vorrichtung nach Fig. 1 die Geschwindigkeit der Fluidströmung gemessen werden, so wird nur die Hauptkomponente der Geschwindigkeit der Fluidströmung ermittelt, d. ru die Hauptkomponente. die in Richtung des Pfeiles X oder des Pfeiles Kin F i g. 1 strömt.

Das langgestreckte Führungsteil 1 ist ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt und mit einer zylindrischen Bohrung 12: diese Ausführungsform ist also im Querschnitt zu allen Ebenen symmetrisch, weiche sich durch die Längsachse Β— Β erstrecken.

Die Düse 2 weist eine Kappe mit einer konkaven Ausnehmung 14 mit kreisförmigen Querschnitt auf. die koaxial /u dem l'iihiiingsteil I ungeordnet ist. Die Einrichtung 4 führt der Bohrung 12 mittels eines Verbindungsrohrs 16 das unter Druck stehende fluide Medium, beispielsweise Druckluft, zu.

Als Kmpfiingcr 6 wird ein kreisförmiges Gehäuse verwendet, das koaxial zu und im Abstand von dem langgestreckten Führungsteil 1 angeordnet ist und eine Stirnwand 18 aufweist, durch welche das linde des Empfängers 6. welches im Abstand von der Öffnung 8 des langgestreckten Führungsteils I angeordnet ist. abgedichtet wird.

Die Anzeigeeinrichtung 10 ist ein Manometer, welches an das Innere des Empfängers h angeschlossen ist. in dem sich der Fluiddruck aufbaut.

Beim Betrieb wird die Vorrichtung gemäii F ig. I in einer Fluidströmung angeordnet, deren Geschwindigr ''ii 'U messen ist: dabei strömt eine Luftströmung mit _cj;i»r'"vjv.-hv.'in'Jigkl···. " ^;n Richtung <!'."· I'lVik V Di.

g g

Einrichtung 4 liefert Druckluft entlang di-r ".!lining 12 des langgestreckten Führungselement...-. I. Die durch die Bohrung 12 strömende Druckluft wird durch die Düsenöffnung Il entlang von und in Berührung mil der gesamten zylindrischen äußc. cn Oberfläche des langgestrcck.lh Führungsieiis I gerichtet, um dort entlang u\id zu der Öffnung 8 des Empfängers h zugeführt zu λ erden.

wenn .!ic Geometrie der Düsennffnung Il so ausgebildet wird, wie es oben durch eine Reynolds-Zahl von über 2300 an der Düsenöffnung 11 definiert wurde, so tritt die Luft aus der Düsenöffni'ng 11 als turbulente Strömung aus. so dall sich keine Luftströmung in der Richtung X ergibt: die Luft von der Düsenöffnung Il der Düse 2 mischt sich mit der Umgebungsluft, so daß der Druck in dem Empfänger 6 nur vor, dem Versorgungsdruck und der Geometrie der Vorrichtung abhängig ist.

Eine Luftströmung, die längs des Führungsteils I verläuft und das gesamte Führungsteil 1 umgibt, hat also eine Hauptgeschwindigkeitskomponente in Richtung des Pfeils X: wegen dieser Hauptkomponente crgibl sich eine Verminderung der Mischung der Luft von der Düsenöffnung 11 der Düse 2 mit der Unigcbungsluft. die wiederum mit einer Verringerung des Streuwinkels der Luft von der Düse 2 verbunden ist: diese Verringerung des Streuwinkels wird in Fig. 1 zeichnerisch durch den Übergang von den gestrichelten Pfeillinien über die strichpunktierten Pfeillinien zu den durchgezogenen Pfeillinien angedeutet. Dadurch nimmt wiederum der Druck in dem Empfänger 6 zu, wobei dieser Druck nur noch eine Funktion des Speiseluftdrucks für die DC .2 2. der Geometrie der Düsenöffnung 11 und der Größe der Hauptkomponente der Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils X der Luftströmung ist Wenn die Geometrie der Düsenöffnung 11 auf die oben angegebene Weise ausgebildet ist, so ergibt sich eine turbulente Strömung: dadurch wird die Größe der Hauptkomponente der Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils Xeine Funktion des Druckes im Empfänger 6; ohne diese Geometrie der Düsenöffnung 11 würde der Meßstrahl keine turbulente Strömung ergeben, so daß bei verschiedenen Versuchen ein unterschiedlicher Druck in dem Empfänger 6 bei gleicher Größe der Hauptkomponente der Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils X gemessen werden könnte. Dies gilt auch dann, wenn die Hauptkomponente der Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiis Vverläuft.

In F i g. 2 ist die Druckzunahme im Empfänger 6. die

durch d;is Manometer IO in Millimeter Wassersäule gemessen wurde, über der llauptkomponcntc der Geschwindigkeit der Luftströmung in Richtung des Pfeils X ((-"ig. I) aufgetragen. Die Stabilität der Luftströmung längs des langgestreckten Führungstcils I kommt in der geradlinigen Beziehung zum Ausdruck.

In den folgenden Figuren sind die bereits in F i g. I dh: gestellten Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Erläuterung dieser Teile darf auf die bisherige Beschreibung verwiesen werden.

Hei der Ausfiihrtingsform mich F ι g. 3 weist der Empfänger 6 zwei koaxiale Gehäuse 20 und 22 sowie eine Stirnwand 24 auf. welche den Ringraum 26 /wischen den Gehäusen 2*¹ "id 22 abdichtet. Die Empfängcröffnung 8 führt zu dem Raum 26. während der Ringraum 28. welcher durch das Gehäuse 20 gebildet wird, als Entlüftung wirkt. Diese A'isfiihrungsform ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Düse 2 und die Öffnung 8 des Empfängers 6 im Äbsianu voneinander angeordnet sind, und zwar in einem Abstand welcher wenigstens dem Vierfachen des maximalen Durchmessers der konkaven Ausnehmung der Düse 2 entspricht.

Bei der Ausführungsloi m nach I·'i g. 4 weist der Empfänger 6 zwei Rohre 30 und 32 auf. die jeweils an ein anderes (nicht dargestelltes) Manometer angeschlossen sind, welches dem in F i g. I mit 10 bezeichneten Manometer entspricht. Die Rohre 30 und 32 sind in einem Abstand von 180" um das langgestreckte Führungsteii 1 herum angeordnet und haben den gleichen Abstand von dessen Längsachse. Das Führungsteii 1. welches einen gleichförmigen Querschnitt aufweist, ist symmetrisch um eine horizontale Ebene herum angeordnet, welche durch die Längsachse verläuft: es enthält somit im wesentlichen identische, einander gegenüberliegende Oberflächenbereiche für die Strömung von der Düse zu jedem Rohr 30 und 32.

Bei der in F i g. 4 dargestellten Ausführungsform wird die Geschwindigkeit einer Fluidströmung in Richtung der Pfeile X und Y (Fig. 1) aus der Summe der Fluiddrücke in den Rohren 30 und 32 abgeleitet.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 weist der Empfänger vier Rohre 36 bis 39 auf. von denen jedes an ein anderes (nicht dargestelltes) Manometer derselben Art angeschlossen ist. wie es in der Fig. I mit 10 bezeichnet ist. Die vier Rohre 36 bis 39 sind äquidistant um das langgestreckte Führungsteil 1 herum angeordnet und weisen denselben Abstand von dessen Längsachse auf.

Auch bei dieser Ausführungsform wird die Geschwindigkeit einer Fluidströmung in der Richtung X oder Y (Fig. 1) aus der Summe der Fluiddrücke in den Rohren 36 bis 39 ermittelt.

Nachfolgend wird auf die F i g. 6 bezug genommen. Wenn eine in den F i g. 4 oder 5 dargestellte Vorrichtung dazu verwendet wird, nur die Hauptkomponente (X oder Y) der Geschwindigkeit einer Luftströmung zu messen, wie sie in dem Geschwindigkeitsdiagramm dargestellt ist, so wird der Fluiddruck in jedem Rohr gemessen, auf das Luft aus der Düse 2 trifft, wobei jedoch keine Fluidströmung über die Vorrichtung geht. Der Enddruck in jedem Rohr wird dann gemessen, wenn Luft aus der Düse 2 darauf trifft und eine Fluidströmung über die Vorrichtung hinweggeht. Die Summe der Anfangsdrücke wird dann von der Summe der Enddrücke abgezogen, und es wird der resultierende Druck mit den vorhergehenden Messungen verglichen, um die Hauptgeschwindigkeit der Fluidströmung zu erhalten.

Wenn jedoch die Vorrichtung gemäß F i g. 4 oder 5 dazu verwendet wird, die Hauptkomponente fAOder Y) und die Sekundärkomponente Zder Geschwindigkeit M ) zu messen, wie es in dem Geschwindigkeitsdiagramm (Fig. 6) dargestellt ist, so wird die Hauptkomponente gemäß der obigen Beschreibung abgeleitet. Der Effekt der Sekundärkomponente Z besieht darin, die Gesamtdruckkonturen von einer Stelle, die koaxial zum

κι Gesamtdruck angeordnet sind, zu verschieber; dabei werden Konturen aus ihrer zentralen Anordnung durch den Ei.'.fluß der Sekundärkomponente Z des Fluids von der Fluidströmung in Richtung der Sekundärkomponente verschoben werden, wobei die Sekundärkompo-

i-, nente im Fluid von der Düse 2 mitgezogen wird. Somit ergibt sich die in F i g. 7 dargestellte außermittige Anordnung. Es ist ersichtlich, daß die Gesamtdruckkonturen gemäß Fig. 7 einen verhältnismäßig hohen Diut_k bei düi'ri gcSiriCncticM Ki'ciS 40 andeuten, Ctücfi

>(i mittleren Druck bei dem gestrichelten Kreis 42 und einen verhältnismäßig niedrigen Druck bei dem gestrichelten Kreis 44. Die Wirkung der statischen Druckgradienten, welche durch die Sekundärkomponente Zerzeugt werden, hat auch einen Effekt auf das

_>-> Fluid von der Düse und trägt dazu bei, dessen Auffächerung zu vermindern, und zwar auf der stromaufwärtigen Seite des langgestreckten Führungsteils 1 zu der Sekundärkomponente, während zugleich eine erhöhte Auffächerung auf der stromabwärtigen

«ι Seite begünstigt wird.

Wenn somit eines der Rohre bei einer der Ausführungsformen nach den Fig. 4 und 5 direkt stromaufwärts von dem langgestreckten Führungsteil liegt, und zwar zu der Sekundärkomponente Z. und ein

ι-, anderes direkt stromabwärts davon liegt, wird das Rohr mit einem größeren Gesamtdruck beaufschlagt, welches stromaufwärts von der Sekundärkomponente Z liegt, während das davon stromabwärts angeordnete Rohr mit einem kleineren entsprechenden Druck beaufschlagt ist. Die Sekundärkomponente Z kann erhah^n werden, indem der Enddruck des stromaufwärtigen Empfängers von dem Enddruck des stromabwärtigen Empfängers abgezogen wird und aus den vorhergehenden Ergebnissen die Geschwindigkeit der Sekundär-

4-, komponente Zder Fluidströmung abgeleitet wird.

Die anderen beiden Empfänger bei der Ausführungsform nach F i g. 5 können dazu verwendet werden, eine Berechnung durchzuführen, ob eine Geschwindigkeitskomponente vorhanden ist. welche rechtwinklig zu der Sekundärkomponente Z und quer zu der Längsachse des Führungsteils 1 verläuft.

Die F i g. 8 zeigt eine graphische Darstellung, welche den Ausgangsdifferenzdruck der Empfänger gemäß F i g. 4 und 5 für die Sekundärkomponente Z angibt.

aufgetragen über der Geschwindigkeit der Sekundärkomponente Z.

Es ist ersichtlich, daß die Vorrichtung gemäß Fig.4 und 5 auch dazu verwendet werden kann, die Geschwindigkeit einer Fluidströmung zu messen, deren größere oder alleinige Komponente in der Richtung des Pfeiles Zverläuft.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 9 und 10 kann die Düse 2 einen maximalen Durchmesser haben, welcher gleich dem maximalen Durchmesser des

ei langgestreckten Führungsteils 1 ist. wie es in F i g. 9 dargestellt ist, oder sie kann einen maximalen Durchmesser haben, welcher kleiner ist als der maximale Durchmesser des langgestreckten Führungs-

teils 1, wie es in F i g. 10 dargestellt ist. Die Verwendung einer kleineren Düse gemäß Fig. 10 erfordert eine solche Kontur des Endes 46 des langgestreckten Führungsteils 1, daß das aus der Düse 2 austretende Fluid sicher an der Oberfläche des langgestreckten Führungsteils 1 anliegend strömt, und /war mittels des sogenannten »Koanda«-Effektes.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 11 und 12 sind die Rohre 36 bis 39 an einem Halterohr 48 angebracht.

Die Fig. 13 bis 15 zeigen verschiedene Empfängerrohranordnungen zur Anwendung bei der Vorrichtung gemäß Fig. 11 und 12. Gemäß F i g. Π bilden die Zwischenräume 50 bis 53 zwischen dem langgestreckten Führungsteil 1 und einem dicht hineinpassenden Rohr 54 von quadratischem Querschnitt die Empfängerrohre. Gemäß Fig. 14 werden die Emplängerrohre durch vier U-förmige Leitungen 56 bis 59 gebildet, welche dicht an das Führungsteil 1 angesetzt sind. Gemäß Fig. 15 werden Rohre 60 bis 63 mit rechteckigem Querschnitt als Empfängerrohre verwendet.

Die Querschnittsform der Empfängerrohre beeinflußt die Eigenschaften der Vorrichtung, und die Empfänger sind vorzugsweise so ausgewählt, daß eine spezifizierte Ausgangscharakteristik innerhalb der Grenzen der Effekte erreicht wird, welche in der zu messenden Fluidströmung auftreten.

Fig. 16 zeigt eine ähnliche Vorrichtung wie F i g. 5. und zwar mit vier Empfängerrohren, wobei jedoch eine konische Form verwendet wird. Das langgestreckte Führungsteil 64 ist konusförmig und hat einen kreisförmigen Querschnitt. Die Düse 66 weist eine halbkreisförmig ausgebildete konkave Ausnehmung auf. Vier Empfängerrohre 67 bis 70 sind äquidistant darum herum angeordnet und haben den gleichen Abstand von der Längsachse des langgestreckten Führungsteils 64. Die Empfängerrohre 67 bis 70 erstrecken sich jeweils parallel zu dem Bereich der Oberfläche des langgestreckten Führungsteils 64, welchem sie benachbart sind. Durch diese Ausführungsform wird die Möglichkeit vermindert, daß das Fluid von der Düse 66 sich von der Oberfläche des langgestreckten Führungsteils 64 ablöst, und zwar durch das Moment bzw. den Impuls des Fluids, welches aus der Düse 66 austritt.

F i g. 17 zeigt eine andere Düse 72 zur Anwendung bei der Vorrichtung gemäß Fig. 16. Das Ende 74 des langgestreckten Führungsteils 64 ist derart verjüngt, daß es in die Düse 72 hineinpaßt, und zwar unter Ausbildung eines Ringraums zwischen diesen Elementen.

Gemäß Fig. 18 und 19 wird eine Pyramidenform verwendet. Ein langgestrecktes Führungsteil 76 weist eine pyramidenförmige Gestalt auf und hat einen rechteckigen Querschnitt, wobei vier F.mpfängerrohrc 77 bis 80 vorgesehen incl. Eine Düse 82 hat ebenfalls Pyramidenform.

-, In den F i g. 20 und 21 ist eine Vorrichtung mit Keilform dargestellt, bei welcher zwei Empfängerrohre 82 und 84 in derselben Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4 verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform ist das langgestreckte Führungsteil 86

ίο keilförmig ausgebildet und hat zwei Klappen 88 und 90. welche daraus ausgeschnitten und derart nach außen gebogen sind, daß sie die Düse bilden.

Fig. 22 zeigt eine I lalbkugclform, bei welcher vier Kmpfängcrrohre verwendet werden, ähnlich wie bei der

ι ι Aiishi!,! iingsform nach F i g. 5. Das langgestreckte Führungsleil 92 hut ein halbkugclförmig ausgebildetes Ende 94 mit einer dem Auslaß gegenüberliegenden Düse 96. Vier Empfängerrohre 97 bis 100 sind äquidistant um das langgestreckte Führungsteil 92 herum angeordnet und in der Längsrichtung derart geformt, daß sie dessen Kontur folgen und leicht nach innen gebogen sind.

In Fig. 23 ist für die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung die Beziehung zwischen der Dichte des die

2) Vorrichtung umgebenden Gases und dem Gasdruck im Empfänger dargestellt; dabei betrug der Abstand zwischen der Düsenöffnung und der Öffnung des Empfängers etwa 12,0 mm, während die Versorgung mit Druckluft erfolgte, die einen Druck von etwa

to 1,05 kp/cm² hatte; dieser Druck wurde im Innern des Raums 14 aufrechterhalten.

In Fig. 24 ist schließlich für die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung die Beziehung zwischen der Dichte des fluiden Mediums von der Fluiddruckquelle und dem

r> Druck im Empfänger dargestellt; dabei betrug der Abstand zwischen der Düsenöffnung und der Öffnung des Empfängers etwa 15,2 mm; die Vorrichtung war von Luft umgeben, während das unter Druck stehende fluide Medium aus verschiedenen Gasen, wie Luft, Kohlendioxidund Fluorkohlenwasserstoffen, bestand.

Mit der Vorrichtung nach der Erfindung kann zusätzlich zu der Geschwindigkeit einer Fluidströmung auch deren Dichte gemessen werden.

Ein Effekt der Geschwindigkeit der Fluidströmung auf die Messung der Dichte des fluiden Mediums, wenn nur die Dichte gemessen werden soll, läßt sich dadurch verhindern, daß die Vorrichtung mit einer Abschirmung oder einer Schutzabdeckung umgeben wird, die porös ist oder auf andere Weise ermöglicht, daß das fluide Medium, dessen Dichte gemessen werden soll, ein- und austreten kann.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit und/oder der Dichte einer Fluidströmung mit einer einen Meßstrahl auf die öffnung eines in der Fluidströmung angeordneten Empfängers richtenden Düse und mit einer mit dem Empfänger verbundenen Anzeigeeinrichtung, die aus dem in dem Empfänger auftretenden Fluiddruck die Geschwindigkeit und/oder die Dichte der Fluidströmung ermittelt, gekennzeichnet durch ein langgestrecktes, durch das Meßfluid beaufschlagtes Führungsteil (1), dessen Querschnitt symmetrisch zu wenigstens einer durch seine longitudinale Achse η (B-B) verlaufende Ebene ist, wobei sich die longitudinale Achse (B-B) längs eines Abschnitts der Strömungsbahn der Fluidströmung erstreckt und das Meßfluid von dem Führungsteil (1) der Düse (2) zugeführt wä'J, und durch eine Reynolds-Zahl von mehr als 230O an der Öffnung (11) der Düse (2), wobei die Düse (2) den Meßstrah! längs der und im Kontakt mit einander gegenüberliegenden Oberflächenbereichen des Führungsteils (1) auf jeder Seite der Ebene richtet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (1) einen kreisförmigen Querschnitt hat (F i g. 1).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der Düse (2) den ω Meßstrahl um den gesamten kreisförmigen Querschnitt des langgestreckten Führungsteils (1) richtet, wobei die Öffnung (8) des Empiängers (6) rund um das gesamte Führungsteil (1) durch den Meßstrahl beaufschlagt wird (F ig. 1). r>

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Führungsteil (1) einen longitudinalen Durchgang für das Meßfluid aufweist, der sich bis zu dem von dem Empfänger (6) entfernten offenen Ende des Führungsteils (1) erstreckt, daß die Düse (2) durch eine hohle, über dem offenen Ende liegende Kappe gebildet wird und das Meßfluid aus dem Durchgang zur Düsenöffnung umlenkt und daß an das langgestreckte Führungsteil (1) eine Fluidquelle (4) ·τ> für den Meßstrahl angeschlossen ist (F ig. 1,9).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger eine ringförmige Öffnung (8) aufweist, die radial im Abstand von dem langgestreckten Führungsteil (1) >o für das Meßfluid angeordnet ist (F i g. 3).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der Düse (2) den Meßstrahl um den gesamten kreisförmigen Querschnitt des langgestreckten Führungsteils (1) richtet und daß der Empfänger (24) zwei Rohre (30, 32) auf den einander diametral gegenüberliegenden Seiten des langgestreckten Führungsteils (1) aufweist, die mit den gegenüberliegenden Oberflächenbereichen ausgerichtet sind (F i g. 4).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dtiß der Empfänger vier Rohre (36,37,38,39) aufweist, die mit verschiedenen Manometern verbunden sind (Fig. 5, II, 12, 13. 14, 15).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsseil (64) konusförmig ist und daß die Mündung des Empfängers (67, 68, 69, 70) konusförmig um das Führungsteil (64) herum angeordnet ist (F i g. 16).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (76) pyramidenförmig ist und daß die Mündung des Empfängers (77,78,79,80) pyramidenförmig um das Fühfungsteil (76) herum angeordnet ist (F ig. 18,19).

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das verjüngte Ende (7«») des Führungsteils (64) in der Öffnung der Düse (72) angeordnet ist, wobei ein Ringraum zwischen dem Führungsteil (64) und der Düsenöffnung entsteht (Fig. 17).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Führungsteil (86) keilförmig ist und zwei nach außen gebogene, die Öffnung der Düse bildende Klappen (88,90) aufweist (F i g. 20,21).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (94) des Führungsteils (92) halbkugelförmig ausgebildet ist und daß die öffnung des Empfängers (97,98,99,100) in entsprechender Form um das Führungsteil (92) herum angeordnet ist(Fig. 10,22).