DE2827104A1 - Sonde zur druckmessung in einem luftstrom - Google Patents

Description

PATBNTATIWAiT

DIPL. ING. K. HOLIES

PHIIiIPPINB -WBtSBIl - STEASSB 14

8900 AUGSBUJBG

TELEFON 510475 IELEX 533202 patol d

M. 620

Augsburg, den 19. Juni 1978

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the united Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London, S.W.I., England

Sonde zur Druckmessung in einem Luftstrom

Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Druckmessung in einem Luftstrom.

Dabei bezieht sich die Erfindung auf eine Sonde zur Messung des dynamischen und statischen Druckes und zur Messung des Anströmungswinkels in einem Luftstrom, woraus andere druckabhängige Variable, wie beispielsweise die

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Mach-Zahl, abgeleitet werden können.

Die Erfindung findet insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, bei an Flugzeugen angebrachten Sonden zur Messung hochfrequenter Druckschwankungen Anwendung.

Ein bekannter Pitot-Staudruckmesser zur Messung von Anströmwinkeln weist eine längliche zylindrische Sonde auf, die von einem sie tragenden Plugzeug aus nach vorne ragt. Die Sonde ist mit einem halbkugelförmigen Kopf versehen, der eine mittige Bohrung und außerdem vier symmetrisch und mit jeweils gleichen Abstand von der mittigen Bohrung angeordnete weitere Bohrungen in der Oberfläche des halbkugeligen Kopfes aufweist. Die Bohrungen sind einzeln mit Röhren verbunden, die durch die Sonde hindurch zu im Flugzeug untergebrachten Differenzdruckwandlern verlaufen. Aufgrund der Druckausgangssignale von den an die einzelnen Bohrungen angeschlossenen Wandlern läßt sich der Anströmwinkel relativ zum Flugzeug ermitteln, der beispielsweise seitliches Abrutschen oder den Anstellwinkel anzeigt.

Ein Nachteil derartiger bekannter Sonden liegt darin, daß damit schnelle Änderungen des Anströmwinkels und des Druckes, wie sie beispielsweise bei hohen Flüggeschwindig-

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keiten oder in turbulenten Luftströmungen auftreten, nicht genau gemessen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonde der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß auch solche schnelle Änderungen des Anströmwinkels und des Druckes in der Luftströmung genau gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.

Vorzugsweise ist die Sonde mit fünf Druckwandlern ausgestattet, von denen vier mit gleichen gegenseitigen Abständen am Umfang des kuppelartigen Sondenkörpers angeordnet sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat der Sondenkörper die Form eines Kegelstumpfes.

Die Druckwandler sind vorzugsweise Differenzdruckwandler, deren Membranen innerhalb des Sondenkörpers von einem konstanten Bezugsdruck beaufschlagt werden.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Sonde

nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Frontansicht der in Fig. 1

gezeigten Sonde, und

Fig. 3 in größerem Maßstab einen Schnitt

durch einen Druckwandler der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Sonde.

Gemäß Fig. 1 weist die Sonde einen Nasenteil 5, der als kegelstumpfförmiger Hohlkörper mit einem Kegelwinkel von 6O° ausgebildet ist, und sich ein rückwärts an die Basis des Nasenteils 5 anschließendes rohrförmiges Gehäuse 11 auf. Das Gehäuse 11 ist mit seinem hinteren Ende an einem nicht gezeigten, an einem Flugzeug angebrachten Träger festgeklemmt.

Der Nasenteil 5 enthält fünf identische Membran-Differenzdruckwandler 4a bis 4e, von denen einer in Fig. im Schnitt dargestellt ist. Einer dieser Druckwandler,

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nämlich der Druckwandler 4e, befindet sich in einer zylindrischen Bohrung 3e, die koaxial mit der Kegelstumpf form des Nasenteils 5 verläuft, und die vier anderen Druckwandler 4a bis 4d sind in ebenfalls zylindrischen Bohrungen 13a bis 13d angeordnet, die mit 90 -Winkelabständen um die Achse des Nasenteils 5 herum angeordnet sind. Die Längsachsen dieser vier Bohrungen 13a bis 13d schneiden die Kegelachse des Nasenteils 5 in einem gemeinsamen Punkt X, so daß also die vier weiteren Druckwandler 4a bis 4d jeweils den gleichen Abstand vom Druckwandler 4e haben.

Der Nasenteil enthält außerdem eine Kammer 3» die über kurze Kanäle mit den fünf Druckwandlern 4a bis 4e und außerdem mit dem Inneren 30 des Gehäuses 11 in Verbindung steht. Das hintere Ende des Gehäuses 11 ist durch eine Deckelplatte 10 verschlossen, die mittels eines Halteringes 9» der in ein Innengewinde am hinteren Gehäuseende eingeschraubt ist, in dichter Anlage an einer ringförmigen Schulter 31 des Gehäuses gehalten wird. Durch die Deckelplatte 10 verläuft ein Röhrchen 8 hindurch, das trockene, gefilterte Luft in das Gehäuseinnere zuführt, welche zur Sicherstellung eines konstanten Zuführdruckes durch eine 1 mm-Bohrung in das Röhrchen 8 eingeleitet wird. Der absolute Luftdruck im Gehäuseinneren wird

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mittels eines Druckwandlers 6 gemessen, der auf einer Schaltungsplatte 7 ist, die in axial verlaufenden Schlitzen im Gehäuseinneren gehaltert ist.

Zwei Widerstandsthermometer 12a und 12b (in Fig. 2 mit gestrichelten Linien angedeutet) messen die Umgebungstemperatur und sind im Gehäuse 11 nahe den Druckwandlern 4 angeordnet.

Fig. 3 zeigt einen der Differenzdruckwandler im Schnitt. Dieser Druckwandler weist eine Siliciummembran 24 mit einer Dicke von 0,04 mm auf, die an ihrem Umfang auf einer ringförmigen Schulter 27 eines starren Rohrstückes 20 angeklebt ist. Mit der Membran ist ein elektrisches Element mit veränderlichem elektrischem Widerstand verbunden. Die den Membranauslenkungen entsprechenden elektrischen Widerstandsänderungen dieses Elements werden mittels einer Widerstandsmeßbrücke 29 (Wheatstone'sche Brücke) gemessen, die durch Diffusionsbindung an der Unterseite der Membran 24 befestigt ist. Das Ausgangssignal der Meßbrücke 29 gelangt über feine Drähte 25 in ein Kabel 26, das an der Innenwandfläche des Rohrstückes 20 festgeklemmt ist. Auf der Oberseite des Rohrstückes 20 ist mit Abstand von der Membran 24 ein Schutzdeckel 22a angebracht, der mit einer kranzartigen Anordnung von Durchbrüchen 23 versehen ist. Dieser Schutz-

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deckel schützt die Membran vor einem direkten Auftreffen von Fremdstoffteilchen auf nicht abgestützte Membranbereiche. Der Druckwandler weist ein maximales Ausgangssignal von + 50 mmV auf und arbeitet innerhalb eines Differenzdruckbereiches von 0 + 0,35 bar und besitzt eine geringe Hysterese, eine geringe Empfindlichkeit gegen Beschleunigungen und eine sehr hohe Eigenfrequenz von etwa 6O kHz.

Die Druckwandler 4 und 6 sind empfindlich gegen Temperaturänderungen, die sowohl die Nullpunkts als auch die Vo Haus sch lags eichung dieser Druckwandler beeinflussen. Die jedem Druckwandler zugeordnete Brückenschaltung ist deshalb bezüglich der Nullpunktseinstellung temperaturkompensiert, und eine Temperaturkompensation bezüglich der Vollausschlagseichung erfolgt durch das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 12b, das in an sich bekannter Weise an die Brückenschaltungen der einzelnen Druckwandler angelegt wird. Der Temperaturfühler 12a mißt Umgebungstemperaturänderungen und sein Ausgangssignal wird kontinuierlich aufgezeichnet.

Die Schaltungsplatte 7 trägt Widerstände zur Nullpunktkompensation und die Schaltung zur Vollausschlagskompensation. Außerdem dient die Schaltungsplatte zur

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Herstellung der elektrischen Verbindungen zwischen der Verdrahtung der Druckwandler 4 und der Temperaturfühler und einer elektrischen Anschlußkupplung 33.

Im Betrieb messen die Druckwandler 4 den Druck an ihren Anordnungsstellen auf der Oberfläche des Nasenteils 5« Die Druckwandler 4a und 4c liegen in der Ebene der Anstellwinkel und die Differenz ihrer Ausgangssignale P4a - P4c ist hauptsächlich von der Neigung des Nasenteils und folglich von der Neigung des die Sonde tragenden Flugzeugs mit Bezug auf den Luftstrom abhängig. In entsprechender Weise dienen die Druckwandler 4b und 4d zur Messung der Anströmwinkel in der Horizontalebene des Flugzeugs.

Die Druckwandler 4a bis 4d dienen in Verbindung mit Druckwandler 4e zur Messung von Änderungen der Mach-Zahl, der Luftströmungsgeschwindigkeit, des statischen Umgebungsdruckes und des Gesamtdruckes.

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Claims (8)

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   PHILIPPINE -WEIiSBB - STBASSE 14

   AUGSBURG

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   Patentansprüche

   «1.)Sonde zur Druckmessung in einer Luftströmung, gekennzeichnet durch einen etwa kuppeiförmigen Sondenkörper und durch mindestens vier darin angeordnete Membrandruckwandler, deren Membranen im wesentlichen bündig mit der Sondenkörperoberfläche sind und von denen ein Druckwandler im Scheitelpunkt des kuppeiförmigen Sondenkörpers und die anderen Druckwandler mit gegenseitigen Umfangsabständen und jeweils gleichen Abstand von dem im Scheitelpunkt befindlichen Druckwandler an der Sondenkörpermantelfläche angeordnet sind.
2. 2. Sonde nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch fünf Membrandruckwandler, von denen vier mit gleichen gegenseitigen ümfangsabständen an der Sondenkörpermantelfläche angeordnet sind.
3. 3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kuppelartige Sondenkörper die Form eines Kegelstumpfes hat.
4. 4. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwandler Differenzdruckwandler sind, deren Membraninnenfläche von einem Bezugsdruck beaufschlagt wird.

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   ORIGINAL INSPECTED
5. 5. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen der Druckwandlermembranen einer innerhalb des Sondenkörpers gebildeten Kammer zugewandt sind, die mit einem unter konstantem Zuführdruck stehenden Gas beaufschlagt wird.
6. 6. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwandler mit ihren Membranen verbundene elektrische Bauelemente aufweisen, die Änderungen des Membranausschlags in elektrische Widerstandsänderungen umsetzen.
7. 7. Sonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten elektrischen Bauelemente jeweils in eine Widerstandsmeßbrücke geschaltet sind.
8. 8. Sonde nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen weiteren Meßwandler zur Messung der Umgebungstemperatur, dessen Ausgangssignal zur Temperaturkompensation der Widers tandsmeßbruckens ehaltung dient„

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