DE2725960A1

DE2725960A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der stroemungsgeschwindigkeit von gasen

Info

Publication number: DE2725960A1
Application number: DE19772725960
Authority: DE
Inventors: Gunnar Graeffe; Kauko Janka; Matti Lehtimaeki; Eero Maekinen; Hannu Salmi
Original assignee: Wallac Oy
Current assignee: Wallac Oy
Priority date: 1976-06-11
Filing date: 1977-06-08
Publication date: 1977-12-15
Also published as: SE7706105L; FI761675A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung
der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen unter Verwendung von einer Ionenquelle, einem Meßkondensator, einer Meßschaltunq, einer Spannungsquelle und einem Geschwindigkeitsanzoigeinstrument.
Es existieren verschiedene auf der Ionisation von Gasen beruhende Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen.
Bei einem dieser Verfahren, welches auf der Abnahme der Ionenkonzentration beruht, werden Ionen bei einer konstanten Geschwindigkeit im Gas gebildet und mit der Gasströmung zu dem Anzeigegerät geführt. Je langsamer die Strömungsgeschwindigkeit des Gases ist, desto größer ist der Verlust an Ionen, z.B. infolge von Rekombination. Diese Wirkung bringt eine Abnahme des Ionenstromes mit sich und kann mit Hilfe eines Meßinstruments erfaßt werden. Die Nachteile dieses Verfahrens sind durch Meßfehler infolge Verunreinigungen im Gas, der Standardisierung der Ionenerzeugungen sowie durch die zur Anzeige einer geringen Ionenanzahl erforderlichen, sehr hoch qualitativen und deshalb sehr kostspieligen Meßinstrumente gegeben.
Bei Meßinstrumenten, deren Anzeige auf die Ionenflugzeit zurückzuführen ist, werden kurze Ionenimpulse erzeugt und die Flugzeit dieser Ionenwolken über eine bestiztunte, von der Strömungsgeechwindigkeit des Gases abhängige Wegstrecke gemessen.
Für dieses Meßverfahren ist jedoch ein großer elektronischer Aufwand erforderlich. Bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten lassen sich infolge der Streuung der Ionenwolken nur ungenaue Meßergebnisse erzielen.
Ein weiteres bekanntes Meßverfahren beruht auf der Änderung der Ionenbahn infolge der Gasströmung. Dabei wird ein Teil des zwischen den Elektroden des Meßkondensators erzeugten Ionenstroms mit dem strömenden Gas aus dem Kondensator herausgeführt. Der lonenstrom, der auf eine der Kondensatorelektroden auftrifft, ist in gewissem Umfang proportional zu der Geschwindigkeit des Gasflusses. Jedoch verringern Verunreinigungen im Gas die Genauigkeit des Meßverfahrens.
Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen vorzuschlagen, mit dem bzw. mit der im Vergleich zu bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen ein wesentlich einfacherer Meßaufbau erreicht und eine genauere Messung durchgeführt werden kann.
Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich bei dem Meßverfahren aus Anspruch 1 sowie bei einer Meßvorrichtung aus Anspruch 2.
In Anbetracht der Erfindung können somit sogar bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten sehr genaue Messungen durchgeführt werden. Für diese Messungen war bis jetzt kein betriebssicheres, kompaktes und verhältnismäßig preisgünstiges Meßinstrument verfügbar, was jedoch bei der Erfindung ermöglicht wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Meßinstruments gemäß der Erfindung sowie Fig. 2 und 3 die Verdeutlichung der Arbeitsweise dieses Meßinstruments.
Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild eine Ionenquelle 1, z.B.
eine kleine radioaktive Probe, einen Meßkondensator mit einer Elektrode 2 sowie einer aus zwei symmetrischen Hälften 3 und 4 bestehenden zweiten Elektrode, elektrische Zuführungen 5 und 6 sowie eine Meßschaltung 7 mit einer Spannungsquelle 8 und einem Anzeigeinstrument 9.
Die Meßvorrichtung gemäß der Erfindung arbeitet folgendermaßen: Ein durch die Ionenquelle 1 erzeugter Ionenstrom 10 wird infolge der durch die Spannungsquelle 8 erzeugten Spannung U auf die Elektrodenhälften 3 und 4 gerichtet. Der Ionenstrom 10, der die Elektrodenhälften erreicht, ruft einen Strom I5 sowie 16 in den Zuleitungen 5 und 6 hervor. Das Verhältnis dieser elektrischen Ströme (16 / Ig) wird in der Meßschaltung 7 verglichen und verhält sich proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit V des durch den Kondensator strömenden Gases.
Diese Erscheinung läßt sich dadurch erklären, daß bei dem Durchströmen des Gases durch den Kondensator der durch die Ionenquelle 1 erzeugte Ionenstrom 10 asymmetrisch an die Elektrodenhälften 3 und 4 gelangt, wobei das Verhältnis bzw.
die Änderung des Verhältnisses der elektrischen Ströme 15 und 16 umso größer ist, je höher die Strömungsgeschwindigkeit des Gases ist. In Fig. 2 werden die Richtung und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases durch "V" bezeichnet. In diesem Beispiel ist der Ionenstrom entsprechend 10' gerichtet und die elektrischen Ströme sind mit 15' und 16' bezeichnet. Fig. 3 verdeutlicht die Lage bei einer weiteren Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit des Gases. In diesem Beispiel ist der Ionenstrom zunehmend zur Elektrode 4 hingerichtet, womit sich die Verhältnisse 16'' / I'' > I6' / I5' er geben. Diese Änderung des Verhältnisses der elektrischen Ströme kann mit Hilfe eines Anzeigeinstrumentes 9, das mit der Meßschaltung 7 verbunden ist, angezeigt werden.
Neben anderen Meßfaktoren des Meßinstruments kann die Empfindlichkeit durch eine geeignete Kondensatorspannung U eingestellt werden. Dadurch können selbst Messungen in einem Strömungsgeschwindigkeitsbereich < 0,3 m/sec durchgeführt werden.
Infolge der modernen Technologien auf dem Gebiet der Elektrotechnik kann die Meßschaltung sehr betriebssicher, kompakt und leicht bedienbar ausgeführt werden. Dieses Meßinstrument gemäß der Erfindung erfüllt die Anforderungen, die man z.B.
bei Untersuchungen auf dem Arbeitsgebiet der Klimatisierung an das Meßinstrument stellt. Wird als Ionenquelle eine radioaktive Probe verwendet, so kann diese so klein sein, daß für die Benutzung des Gerätes keine besondere Zulassung und auch kein Aufkleber HVorsicht Radioaktivität" erforderlich ist.
Die Genauigkeit der Meßergebnisse entspricht durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. infolge des Vergleichs der erzeugten elektrischen Ströme etwa ihren absoluten Werten.
Außerdem schließt das Verfahren bei den Messungen Effekte durch Verunreinigungen in den Gasen nahezu vollständig aus.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit eines Gases oder Gasgemisches, bei dem das Gas bzw. Gasgemisch zwischen Elektroden eines an eine Meßschaltung arsyeschlossenen Meßkondensators hindurchstromt und die Stöinnygeschwindigkeit in Abhängigkeit Vt von einem zwischen den Korldensatorelektroden quer zum Gasstrom fließenden Ionenstroms bestlnmt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ionenstrom in zwei in Fließri htung des Gases gesehen im Abstand voneinander fließende Teilströme aufgeteilt wird und daß die Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Änderung der beiden Teilströme erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die beiden Ionenteilströme ausgehend von einer Ionenquelle auf zwei voneinander isolierte Elektrodenplatten des Meßkondensators gerichtet werden.
3. Vorrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit eines Gases oder Gasgemisches mit einer Ionenquelle, einem Meßkondensator, einer mit dem Meßkondensator verbundenen Meßschaltung, einer Spannungsquelle sowie einem mit der Meßschaltung verbundenen Strömungsgeschwindigkeitsanzeigeinstrument, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den Elektroden des Meßkondensators zwei getrennt voneinander erfaßbare Ionenteilstrompfade (10) quer zur Strömungsrichtung des Gases bzw. Gasgemisches vorgesehen sind, welche in Strömungsrichtung gesehen einen Abstand voneinander aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die getrennt erfaßten Ionenteilströme (10) einer Vergleichsschaltung in der Meßschaltung (7) zugeführt sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e -k e n n z e l c h n e t , daß die der Ionenquelle gegentberliegende Elektrode des Meßkondensators in zwei voneinander isolierten Elektrodenhälften (3, 4) unterteilt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die auf die beiden Elektrodenhälften (3, 4) gerichteten Ionenteilströme (10) einen Stromstärkeunterschied aufweisen, der proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des Gases bzw. Gasgemisches ist.