DE2827766A1

DE2827766A1 - Hitzdrahtanemometer zur messung der stroemungsgeschwindigkeit von gasen und fluessigkeiten (ii)

Info

Publication number: DE2827766A1
Application number: DE19782827766
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Phys Dr Eiermann
Original assignee: Degussa GmbH; Deutsche Gold und Silber Scheideanstalt
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1978-06-24
Filing date: 1978-06-24
Publication date: 1980-01-03
Also published as: IT7968187A0; FR2429432B1; FR2429432A1; GB2025061B; GB2025061A; JPS6156442B2; JPS556288A; DE2827766C2; IT1118731B; US4300391A

Description

DEUTSCHTE GOLD- UND SILBER-SCIIEIDEANSTALT VORMALS ROESSLER 6000 Frankfurt/Main 1, Veißfrauenstrasse 9

Hitzdrahtanemometer zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten .(ll)

Die Erfindung betrifft ein Hitzdrahtanemometer zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere zur Messung der Luft für Verbrennungsmotoren aus einem oder mehreren temperaturabhä'ngigen Widerständen, von denen einei' oder mehrere beheizt werden, wobei der Hitzdrahtanemometer durch besondere Massnahmen gegen eine Drift der Sondencharakteristik stabilisiert wird.

Im Interesse der Reinhaltung der Luft ist es erforderlich, die von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Kraftfahrzeugen,erzeugten Schadstoffe zu vermindern. Dieses Ziel wird u.a. durch eine Verbesserung des Verbrennungsablaufes erreicht. Dazu ist es erforderlich, dass möglichst genaue Informationen über die jeweils angesaugten Luftmengen zur Verfugung stehen, und zwar mit einer möglichst kleinen Zeitverzögerung.

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Diese Information wird·, zusammen mit anderen Informationen, wie Drehzahl und Motortemperatur, einer elektronischen Regeleinheit zugeführt, die die zur optimalen Verbrennung benötigte Brennstoffmenge und den Zeitpunkt ihres Einsatzes ermittelt und an entsprechende Stellorgane weiterleitet.

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Es ist "bereits vorgeschlagen worden, für diesen Zweck Durchflussmesseinrichtuiigen in Form von Messblenden oder Venturi-Düsen mit entsprechenden Differenzdruek-Messgeräten einzusetzen. In beiden Fällen ist es jedoch schwierig, aus dem geringen Differenzdruck auf einfache Weise ein elektrisches Ausgangssignal zur-Steuerung des Brennstoffs zu gewinnen.

Weiterhin ist bereits bekannt, zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit Messgeräte einzusetzen, bei denen ein im Luftstrom befindlicher Körper durch den Luftstrom seine Lage verändert. Dabei wird eine mit' steigender Auslenkung steigende Gegenkraft aufgebracht, so dass sich der Körper für jede bestimmte Strömungsgeschwind ieke it an einer bestimmten Stelle des Messrohres befindet.

Die Stellung des,Körpers kann nun optisch oder mechanisch abgetastet und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Bei diesem Verfahren ist die Abtastung und vor allem die dadurch verursachte lange Ansprechzeit von Nachteil.

Auch sind schon Anordnungen verwendet worden, bei denen ein im Luftstrom befindlicher Propeller optisch, mechanisch oder elektrisch .(magnetisch) abgetastet wird. Auch in diesem Falle bewirkt die Masseträgheit des Propellers eine erhebliche Verzögerung der Ansprechzeit. «

Bekannt sind auch Hitzdrahtanemometer verschiedener Bauart, bei denen zwei temperaturabhängige Widerstände, meist in Form von zwei Drähten, zusammen mit zwei temperaturunabhängigen Widerständen in einer Brücke geschaltet werden. Der eine temperaturabhängige Widerstand wird der Strömung des zu messenden Gases, der andere nur der Temperatur des Gases ausgesetzt. Yon Nachteil ist hierbei, nass der die Temperatur des Gases messende Widerstand von der Gasströmung abgeschirmt werden muss. Trotzdem

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ist die Strömungsmessung bei dieser Anordnung noch in gewissem Umfang temperaturabhängig.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits vorgeschlagen worden, (DE-OS 26 Ί9 O'fO), ein Hitzdrahtanemometer zu verwenden, das zwei Widerstandsdrähte von unterschiedlichem Durchmesser aus dem gleichen Werkstoff mit möglichst hohem Temperaturkoeffizienten enthält, die zusammen rit zwei Testwiderständen zu einer Brücke zusaramengeschaltet und mit dem Eingang eines Differenzverstärkers verbunden sind, dessen Ausgang mit dera Brückeneingang gekoppelt ist.

Die Ausgangsspannung dieser Brückenschaltung wird einem Ver-, stärker zugeführt, dessen Ausgangssignal den Brücken-Speisestrom regelt. Diese Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie schnell und genau die Strömungsgeschwindigkeit von Gasen zu· messen gestattet, unabhängig von der Temperatur der Gase, wobei das Messergebnis leicht.in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt werden kann.

Hitzdrahtanemometer bestehen im allgemeinen aus einem oder mehreren temperaturabhängigen Widerständen. Einer oder mehrere dieser Widerstände werden elektrisch beheizt. Dadurch nehmen diese eine gegenüber dem ungebenden Medium erhöhte Temperatur an. Die Wärmeabgabe der beheizten Widerstände ist um so grosser je höher die Geschwindigkeit des vorbeistreichenden Mediums ist. Diese Wärmeabgabe wird beispielsweise dadurch genessen, dass die Temperatur des beheizten Widerstandes durch Regelung auf einem definierten, z.B. konstanten Wert,gehalten wird und dass die dazu nötige Heizleistung als Maß für die. Strömungsgeschwindigkeit gemessen'wird. Häufig sind im Hitzdrahtanemometer weitere temperaturabhängige Widerstände vorhanden., die jedoch nicht beheheizt werden. Sie neliTinn die Temperatur des strömenden Mediums

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an, so dass ihr Widerstandswert zur Korrektur des Einflusses der Temperatur des strömenden Mediums herangezogen werden kann.

Die Wärmeabgabe der beheizten Widerstände ist ausser von der Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Mediums beispielsweise auch von den Abmessungen,der Form und der Art, wie Bauteile verschiedener Wärmeleitfähigkeit zum Ileizwiderstand zusammengesetzt sind, abhängig.

In der Praxis hat es sich gezeigt, dass die Charakteristik dieser Anemometersonden nicht stabil ist, sondern im Laufe der Zeit Abweichungen von der Eichcharakteristik auftreten. Diese Drift ist vor allem auf die Staubabscheidung auf di-n Drahtoberflächen zurückzuführen, die den Wärmeübergang verändert, ausserdem auf Erosion und Verformung der Messdrahtoberflächen durch aufprallende, im Gasstrom enthaltende Staubpartikel.

Eine Ablagerung von Staub und Schmutz, die eine Bedeckung des Heizwiderstandes riit Undefiniert die Wärme leitenden Schichten zur Folge hat, verändert die Wärmeabgabe dieser Widerstände unkontrollierbar. Aus diesem Grund wird die Messgenauigkeit von Hitzdrahtanemometern durch Verschmutzen stark beeinträchtigt.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hitzdrahtanemometer zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten zu schaffen, insbesondere für die Ansaugluft von Verbrennungsmotoren, mit einem oder mehreren temperaturabhängige!! Widerständen, von denen einer oder mehrere beheizt werden, bei denen durch konstruktive Massnahmen der Einfluss von Verschmutzungen auf die "Wärmeabgabe des Messeleraents und dadurch ein Abdriften der Sondencharakteristik weitestgehend unterdrückt wird.

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Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass auf dex~ der Strömung zugewandten Seite des beheizten Widerstands eine wärmeisolierende Schicht aufgebracht ist. Vorzugsweise besteht dieser Widerstand aus einer dünnen Metallschicht, die . auf einem elektrisch isolierenden Träger aufgebracht ist.

Dabei wird von der Beobachtung ausgegangen, dass mit Schmutz beladeno Ströme von Gasen oder Flüssigkeiten diesen auf in der Strömung befindliche Hindernisse bevorzugt auf der der Strömung zugewandten Seite (Vorderseite) ablagern, während die der .Strömung abgewandte Seite (Rückseite) weitgehend schmutzfrei bleibt.

Andererseits tragen im Regelfall beide Seiten zur Wärmeableitung bei. Der Schmutzniederschlag auf der Vorderseite beeinträchtigt naturgemäss nur deren wärmeableitende Eigenschaften. Versieht man diese Seite mit einer wärmeisolierenden Schicht, erfolgt die Wärmeableitung im wesentlichen nur noch durch die Rückseite. Bei ausreichender Isolation der Vorderseite kann der Wärmetransport durch diese vernachlässigt werden. Eine zusätzliche Wärmeisolation der Vorderseite durch Schmutz verändert demnach nur diesen vernachlässigbaren Anteil der Wärmeabgabe, so dass die Wärmeabgabe insgesamt praktisch unverändert bleibt.

Die Abbildung zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Ilitzdrahtanemometers. Der beheizte Widerstand (l), vorzugsweise bestehend aus einer dünnen Metallschicht (3) und einem Träger (^li) , wird auf der der Strömung zugewandten Seite von einer wärineisolierenden Schicht (2) bedeckt. Bei dieser Anordnung ist es gleichgültig, ob als temperaturabhängige Widerstände Metalldrähte, -bänder oder komplizierter aufgebaute Messwiderstände benutzt werden.

Frankfurt/Main, 12.6.3 978
Dr.Br.-Bi

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Claims

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DEUTSCHE GOLD- UND SILBEll-SCIIEIPEAXS'fALT \^OKMALS ROESSLER 6000 Frank fin-t/Main 1, .V/eißf rauenstrasse 9

Hitzdrahtanemometer zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten (il)

PATENTANS PRI-CIIE

Ilitzdrahtaneraoemter zur Messung der Strönmngsgesolrwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere für die Ansaugluft von Verbrennungsmotoren, mit einem oder mehreren temperaturabhnngigen Widerständen, von denen mindestens einer beheizt ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Strömung zugewandten Seite des beheizten Widerstands (l) eine wärmeisolierende Schicht (2) aufgebracht ist.

Hitzdrahtanemometer nach Anspruch"1, dadurch gekennzeichnet , dass der beheizte Widerstand (l) aus einer dünnen Metallschicht (3) besteht,die auf einem elektrisch isolierenden Träger (h) aufgebracht ist.

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