DE2827780A1

DE2827780A1 - Hitzdrahtanemometer zur messung der stroemungsgeschwindigkeit von gasen und fluessigkeiten (i)

Info

Publication number: DE2827780A1
Application number: DE19782827780
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Phys Dr Eiermann
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1978-06-24
Filing date: 1978-06-24
Publication date: 1980-01-03
Also published as: GB2025062A; FR2429433A1; JPS556289A; IT7968188A0

Description

DEUTSCHE GOLD- UND SILBER-SCHEIDEANSTALT VORMALS ROESSLER 6000 Franlcfurt/Maln 1, Veißfrauenstrasse 9

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

Die Erfindung betrifft ein Hitzdrahtanemometer zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere zur Messung der Luft für Verbrennungsmotoren aus einem oder mehreren temperaturabhängigen Widerständen, von denen einer 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.

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 Durchflussmesseinrichtungen in Form, von Messblenden oder Venturi—Düsen mit entsprechenden Differenzdruck-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 Strömungsgeschwindigkeit 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. Von Nachteil ist hierbei, dass der die Temperatur des Gases messende Widerstand von der Gasströmung abgeschirmt werden muss. Trotzdem

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

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits vorgeschlagen worden, (DE-OS 26 49 040), ein Hitzdrahtanemometer zu verwenden, das zwei Widerstandsdrähte von unterschiedlichem Durchmesser aus dem gleichen Werkstoff mit möglichst hohem Temperaturkoeffizienten enthält, die zusammen mit zwei Festwiderständen zu einer Brücke zusammengeschaltet und mit dem Eingang eines Differenzverstärkers verbunden sind, dessen Ausgang mit dem Brückeneingang gekoppelt ist.

Die Ausgangsspannung dieser Brückenschaltung wird einem Verstärker 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 Messergelmis leicht, in ein elektrisches Ausgangssignal iiingewandelt 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 gemessen, 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 nehmen die Temperatur des strömenden Mediums

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an, so dass ihr Widcrstandswert 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 Heizwiderstand 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 den Drahtoberflächen zurückzuführen, die den Wärmeübergang verändert, ausserdem auf Erosion und Verformung der Messdrahtoberflächen durch aufprallende, im Grasstrom enthaltende Staubpartikel.

Eine Ablagerung von Staub und Schmutz, die eine Bedeckung des Heizwiderstandes ηit 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 temperaturabhängigen Widerständen, von denen einer oder mehrere beheizt werden, bei denen durch konstruktive Massnahmen der Einfluss von Verschmutzungen auf die "Wärmeabgabe des Messelements und dadurch ein Abdriften der Sondencharakteristik weitestgehend unterdrückt wird.

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Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der beheizte Widerstand in Strömungsrichtung gesehen hinter einem Schutzschild angeordnet ist.

Dabei wird von der Beobachtung ausgegangen, dass mit Schmutz beladene Ströme von Gasen und Flüssigkeiten diesen auf in der Strömung befindliche Hindernisse, die in der Strömungsrichtung hintereinander stehen, bevorzugt auf dem ersten, der Strömung zugewandten Hindernis ablagern. Das zweite und weitere Hindernisse bleiben bei geeigneter Ausführungshorn) weitgebend schmutzfrei.

Vorteilhafterweise kann als Schutzschild der nicht beheizte, die Temperatur des Gases messende Widerstand verwendet werden, da ein Verschmutzen dieses Widerstandes keinen Einfluss auf seine Temperatur selbst, sondern allenfalls nur auf seine Einstellgeschwindigkeit hat, vorausgesetzt, dass der durch diesen Widerstand . fliessende Meßstrom diesen nur vernachlässigbar aufheizt.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der Zwischenraum zwischen beheiztem Messwiderstand und Schutzschild (bzw. imbeheiztem Messwiderstand) mit einem Zwischenkörper, vorzugsweise einem Wärmeisolator^v,ausgefüllt. Dadurch wird eine trotz Schutzschild doch noch mögliche Schmutzablagerung auf der Vorderseite des beheizten Messwiderstandes zuverlässig verhindert.

Die Abbildungen I bis III zeigen schematisch beispielhafte Ausfühnmgsformen des erf indungsgemässen Hitzdrahtanemometer«.

Abbildung I zeigt einen beheizten Widerstandsdraht (l),der in Strömungsrichtung von einem beliebig geformten Schutzschild (2) aus einem beliebigen Material gegen Staubablagerungen abgeschirmt wird.

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In Abbildung II befindet sich zwischen dem beheizten Widerstand (l) und dem Schutzschild (2), der hier von dem unbeheizten Widerstand (6) gebildet wird, ein Füllkörper (3), vorzugsweise eine wärmeisolierende Masse.

Abbildung III zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform. Hier besteht der beheizte Widerstand aus einer dünnen Metallschicht (4), die auf einem flachen, elektrisch isolierenden Träger (5) aufgebracht ist, insbesondere auf einem Keraniilcträger. Der Schutzschild (2) kann dabei ebenfalls aus einem derart aufgebauten unbeheizten Widerstand bestehen.

Frankfurt/Main, 12.6.1978
Dr.Br.-Bi

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Claims

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DEUTSCHE GOLD- UND SILBER-SCHEIDEZ₁NSTALt VORMALS ROESSLER 6000 Frankfurt/Main, Weißfrauenstrassc 9

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

PATENTANS PIIÜCHE

Hitzdrahtanemometer zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere für die Ansaugluft von Verbrennungsmotoren, mit einem oder mehreren temperaturabhängigen Widerständen, von denen einer oder mehrere beheizt werden, dadurc-h gekgjinzeichn_et, dass der beheizte Widerstand (l) in Strömungsrichtung gesehen hinter einem Schutzschild (2) angeordnet ist.
2. Hitzdrahtanemoraeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzschild (2) ein nicht beheizter Widerstand (6) verwendet wird.
3. Hitzdrahtanemometer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem beheizten Widerstand (l) und dem Schutzschild (2) bzw. unbeheizten Widerstand (6) ein Füllkörper (3) angeordnet wird.
4. Hitzdrahtanemometer nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet _t dass der Füllkörper (3) als Wärme isolator ^; ausgeführt ist.

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INSPECTED
5. Hitzdrahtanemometer nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch jrgk e η η zeichnet, dass die temperaturabhängigen Widerstände (l und/oder 2) aus jeweils einer dünnen Metallschicht bestehen, die auf elektrisch isolierenden Trägern aufgebracht sind.

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