DE2934137A1

DE2934137A1 - Stroemungsmessanordnung

Info

Publication number: DE2934137A1
Application number: DE19792934137
Authority: DE
Inventors: Takeshi Fujishiro; Toru Kita; Hiroshi Kobayashi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-08-25
Filing date: 1979-08-23
Publication date: 1980-03-06
Also published as: FR2434374A1; FR2434374B1; GB2032117B; GB2032117A; US4280360A; DE2934137C2

Description

B_e_s_c h r_e i_b u_n_g

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Strömungsgleichriehtern arbeitende Anordnung zum genauen Messen von Strömungsmengen und/oder -geschwindigkeiten eines Strömungsmittels.

Der im folgenden verwendete Ausdruck "Strömungsgleichrichter" bezeichnet eine Einrichtung zum Unterdrücken der Wirbelbildung in einem sie durchströmenden Strömungsmittel.

Um bei Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen und dergl. den Brennstoffverbrauch zu verringern und eine möglichst günstige Zusammensetzung der Abgase zu erhalten, wurden elektronisch gesteuerte Brennstoffzufuhreinrichtungen entwickelt, welche mit elektrischer Messung des Ansaugluftstroms arbeiten.

Als Meßelement zum Ermitteln der Strömungsmenge wird häufig ein Karman¹scher Wirbelströmungsmesser verwendet, mittels dessen die Strömungsmenge durch direkte oder indirekte Zahlung der Wirbel, welche proportional der Strömungsgeschwindigkeit wechselweise in zwei Reihen an der Abströmseite eines im Strömungsweg angeordneten Hindernisses, z.B. eines zylindrischen Körpers, entstehen, bestimmbar ist.

Bei einer solchen Anordnung zum Messen von Strömungen entstehen häufig Meßfehler aufgrund von Störungen der Strömung, welche die Wirbelbildung beeinträchtigen. Insbesondere bei größeren Strömungsmengen verringert sich die Meßgenauigkeit einer solchen Meßanordnung. Um eine möglichst genaue Messung der Strömung zu ermöglichen, muß die Strömung dem Strömungsmeßelement in möglichst stabilem Zustand zugeleitet werden.

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Bei der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist wegen der pulsierenden Ansaugvorgänge und aufgrund der durch die Anordnung der verschiedenen Teile der Maschine bedingten Krümmungen der Ansaugleitung eia stetiger Ansaugluft strom kaum erzielbar, so daß bei Anwendung von Meßeinrichtungen der vorstehend beschriebenen Art Meßfehler von beträchtlicher Größe unvermeidlich sind.

Um Störungen in der Strömung möglichst zu unterdrücken.» wird in bekannten Anordnungen ein Strömungsgleichrichter an der Zuströmseite des Meßelements vorgesehen. Ein solcher Strömungsgleichrichter verursacht jedoch gewöhnlich einen Druckabfall, welcher seinerseits eine Verringerung der Leistung der Maschine zur Folge hat, so daß also die Gleichrichtung der Strömung nur auf Kosten der Leistung der Maschine bewerkstelligbar ist. Darüber hinaus ist in bekannten Anordnungen nur ein einziger Strömungsgleichrichter an der Zuströmseite eines Meßelements vorgesehen, so daß der durch das Gleichrichten der Strömung erzielte Vorteil einer genaueren Messung durch den Nachteil des vom Strömungsgleichrichter verursachten Druckverlustes und dadurch erhöhten Ansaug-Luftwiderstands weitgehend aufgehoben wird.

Insbesondere bei der Verwendung eines Strömungsgleichrichters in Form eines Drahtgitters oder -siebes tritt ein beträchtlicher Druckabfall auf, da zur Erzielung der gewünschten Gleichrichterwirkung zumeist sehr engmaschige Gitter oder Siebe mit einem Durchlaßfaktor von etwa 20 bis 30% verwendet werden.

Eine stetige Strömung wäre zwar mit einer geradlinigen Leitung von genügender Länge erzielbar, eine solche kann jedoch wegen des begrenzten Raums zumeist nicht verwendet werden. Beispielsweise bei einem Kraftfahrzeugmotor mit

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Brennstoffeinspritzung ist die Länge der Ansaugleitung, in welcher eine Meßeinrichtung untergebracht werden kann, wegen der verschiedenen, auf begrenztem Raum anzuordnenden Einrichtungen auf eine Größenordnung von ca· 20 cm beschränkt.

Pur den genannten Zweck wurden auch Strömungsgleichrichter verwendet, welche eine Anordnung von wabenförmigen oder sonstwie geformten Zellen aufweisen. Dabei ist die Gleichrichterwirkung, andererseits jedoch auch der Druckabfall, um so größer, $e kleiner die einzelnen Zellen sind. Da die Zunahme des Druckabfalls im wesentlichen umgekehrt proportional dem Quadrat der Größe der Zellen ist, hat eine Verkleinerung der Zellen eine schnelle Zunahme des Druckabfalls zur Eolge. Eine Verkleinerung der Zellen über das für die gewünschte Meßgenauigkeit notwendige Maß hinaus erbringt somit lediglich einen verstärkten Druckabfall.

Die Gleichrichterwirkung eines Strömungsgleichrichters ist darüber hinaus durch seine Entfernung von einem zugeordneten Meßelement beeinflußt. Unmittelbar an der Abströmseite des Gleichrichters hat sich die Strömung noch nicht ausreichend beruhigt, während sie in größerem Abstand vom Strömungsgleichrichter erneut turbulent wird.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Strömungsmeßanordnung, bei welcher die Nachteile und Mangel bekannter Anordnungen beseitigt sind.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Strömungsmeßanordnung unter Verwendung von Strömungsgleichrichtern, welche die Meßgenauigkeit beträchtlich verbessern und dabei einen möglichst geringen Druckabfall bewirken.

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Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Stromungsmeßanordnung, bei welcher die Verwendung von Strömungsgleichrichtern eine hohe Meßgenauigkeit dadurch gewährleistet _istJ3&^~^e7^

der Zellen der Gleichrichter und dem Durchmesser eines durchströmten Durchlasses bzw. einer Leitung sowie zwischen dem Abstand vom Strömungsgleichriehter zu einem Meßelement und der Weite der Zellen innerhalb vorbestimmter Bereiche liegen.

Im folgenden sind Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine Schnitt ansicht einer Meßanordnung in einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Meßanordnung in einer zweiten Ausfuhrungform der Erfindung,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Leitung mit einer Krümmung und im Bereich derselben angeordneten Stromungsgleichricht ern,

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Beziehungen zwischen dem Druckabfall und der Anordnung der einzelnen Stromungsgleichrichter nach Fig. 3 t

Fig. 5 eine grafische Darstellung zum Vergleich des Druckabfalls bei einer bekannten Anordnung and bei Anordnungen gemäß der Erfindung,

Fig. 6a, 6b und 6c grafische Darstellungen des Ausgangssignals eines Karman¹sehen Wirbelströmungsmessers zum Vergleich einer bekannten Anordnung mit Anordnungen gemäß der Erfindung,

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Pig. 7a eine Schnittansicht einer mit einer erfindungsgemäßen Meßanordnung versehenen Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine,

Pig. 7b eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie 7b-7b in Pig. 7a,

Fig. 8a bis 8d Ansichten von verschiedenen in einer erfindungsgemäßen Meßanordnung verwendbaren Strömungsgleichrichtern,

Pig. 9a bis 9c Ansichten von in Versuchen zur Bestimmung der Abmessungen und der Abstände von Strömungsgleichrichtern verwendeten Strömungsleitungen,

Pig. 10 eine grafische Darstellung der Beziehungen zwischen den Abmessungen der Zellen und dem Durchmesser einer Leitung,

Pig. 11 eine grafische Darstellung der Beziehungen zwischen dem Abstand vom Strömungsgleichrichter zu einem Wirbelströmungsmesser und den Abmessungen der Zellen,

Pig. 12a eine schematisierte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Pig. 12b eine schematisierte Ansicht im Schnitt entlang der Linie 12b-12b in Pig. 12a,

Pig. 13a eine schematisierte Schnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Pig. 13b eine schematisierte Ansicht im Schnitt entlang der Linie 13b-13b in Pig. 13a.

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Pig. 1 zeigt eine Strömungsleitung 1 mit einem darin angeordneten Karman' sehen Wirbelströmungsmesser 2, an dessen Zuströmseite ein erster und ein zweiter Stromungsgleicnrichter 3 bzw. 4 und an dessen Abströmseite ein dritter Strömungsgleichrichter 5 angeordnet sind. Die Strömungsgleichrichter 3» 4» 5 weisen ein Wabenmuster auf oder können aus Laminarröhrchen zusammengesetzt sein und dienen dazu, eine gleichmäßige Verteilung der Stromungsgeschwindigkeit zu erzielen und in der Strömung vorhandene Turbulenzen zu verringern.

Der zweite Strömungsgleichrichter 4 sitzt in einem Leitungsstück von rechteckiger Querschnittsform, dessen Abmessungen 30 χ 80 mm betragen. Der lichte Abstand zwischen dem zweiten Gleichrichter 4 und dem Meßelement 2 beträgt ca. 20 bis 70 mm, vorzugsweise 30 mm. Der lichte Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungs— gleichrichter 3 bzw. 4 beträgt ebenfalls ca. 20 bis 70 mn· Die genannten Abstände betragen vorzugsweise 0,3D bis 1,3D, wobei D der Innendurchmesser der Leitung 1 ist. Im vorliegenden Falle einer rechteckigen Leitung wird anstelle des Durchmessers D ein nachstehend erläuterter Bezugsdurchmesser D¹ angewendet.

Sofern der Abstand zwischen den zuströmseitigen Strömungsgleichrichtera und dem Meßelement 2 zu klein gewählt wird und etwa nur 10 mm oder weniger beträgt, ist eine Wirkung der Gleichrichter kaum wahrnehmbar. Ist der Abstand dagegen zu groß, d.h. größer als etwa 70 mm, so wird die zunächst gleichgerichtete Strömung auf ihrem verlängerten Weg wieder turbulent. Die Strömungsgleichrichter sind daher innerhalb der vorstehend genannten Abstände anzuordnen.

In der in Pig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist der erste Strömungsgleichrichter 3 in» Hinblick auf die

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Art des Meßelements 2 und die gewünschte Meßgenauigkeit nicht notwendig und daher weggelassen. Zur Erzielung der von der Erfindung angestrebten Wirkung sind somit wenigstens zwei Strömungsgleichrichter 4 und 5 notwendig.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Verwendung zweier Stromungsgleichrichter 3 und 4· an der Zuströmseite wird die vom ersten Gleichrichter 3 gleichgerichtete Strömung vom zweiten Gleichrichter 4 erneut gleichgerichtet, so daß sich insgesamt ein stärkerer Gleichrichtungseffekt ergibt als bei Verwendung nur eines einzigen zuströmseitigen Gleichrichters.

Der dritte Strömungsgleichrichter 5 ist in einer Entfernung von ca. 20 bis 70 mm vom Meßelement 2 an dessen Abströmseite angeordnet und bewirkt eine Gleichrichtung der Strömung an seiner Zuströmseite.

In Versuchen hat sich nämlich gezeigt, daß die gleichrichtende Wirkung eines Strömungsgleichrichters nicht nur an dessen Abströmseite, sondern auch an seiner Zu strömseite auftritt.. Die an der Zuströmseite und der Abströmseite des Meßelements 2 angeordneten Strömungsgleichrichter bewirken zusammen die Unterdrückung von Gegenströmungen und rotierenden Strömungen, welche insbesondere durch in der Leitung vorhandene Krümmungen hervorgerufen werden können, so daß die Strömung im Bereich des Meßelements 2 weitgehend beruhigt ist.

Bei einer Strömungsleitung der in Fig. 3 gezeigten Art mit einer Krümmung ia an der Abströmseite des Meßelements 2 ist der auftretende Druckverlust am geringsten, wenn der Strömungsgleichrichter 5 in cLer mit A bezeichneten Stellung unmittelbar vor der Richtungsänderung der Strömung angeordnet wird. Bei Anordnung des Gleichrichters an den mit B und C bezeichneten Stellen im Mittel- bzw.

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Endbereich der Krümmung 1a tritt ein zunehmend verstärkter Druckabfall auf, wie aus den entsprechend gekennzeichneten Kurven in Fig. 4 hervorgeht.

Die Zunahme des Druckabfalls innerhalb des gekrümmten LeitungsStücks 1a beruht auf dem durch Ablösen von Wirbeln von den Wänden der gekrümmten Leitung hervorgerufenen Energieverlust. Der Druckabfall läßt sich daher ungeachtet des Strömungswiderstands des Ströraungsgleichrichters 5 beträchtlich verringern, indem man das Auftreten von Wirbeln durch Anordnung des Gleichrichters unmittelbar vor der Krümmung der Leitung unterdrückt.

Im PalIe einer eine Krümmung aufweisenden Strömungsleitung, also etwa der Ansaugleitung eines Kraftfahrzeugmotors, wird also vorzugsweise ein Strömungsgleirichter 5 sbl der Abströmseite des Meßelements 2 innerhalb des vorstehend genannten Abstandes zu diesem und unmittelbar vor der Krümmung der Leitung angeordnet.

falls die Leitung 1 eine Krümmung 1a an der Zuströmseite des Meßelements 2 hat, wird ein Stromungsgleichrichter vorzugsweise unmittelbar hinter der Stelle der Richtungsänderung angeordnet, so daß seine Gleichrichterwirkung überwiegend zur Abströmseite gerichtet ist·

Wie man in Fig. 5 und 6 erkennt, entfaltet die erfindungsgemäße Anordnung eine sehr gute Gleichrichterwirkung mit trotz der Verwendung von mehreren, z.B. drei Strömungsgleichrichtern 3, 4 und 5 in Form von Wabengefügen sehr geringem Druckabfall im Vergleich zu einer bekannten Anordnung mit nur einem Strömungsgleichrichter in Form eines Wabengefüges in Kombination mit einem Drahtsieb an der Zuströmseite des Meßelements.

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In Fig. 6b und 6c ist die gleichrichtende Wirkung von erfindungsgemäßen Anordnungen im Vergleich zu der in Fig. 6a gezeigten Wirkung einer bekannten Anordnung anhand des Ausgangssignals eines Karman¹ sehen Wirbelströmungsmessers dargestellt. Die dargestellten Schwankungen des Ausgangssignals treten jeweils bei einer konstanten Strömungsmenge von 701/sec auf. Je geringer die Schwankungen des Ausgangssignals sind, um so größer ist die Meßgenauigkeit. In Fig. 6b und 6c weist das Ausgangssignal des Meßelements nur sehr geringe Schwankungen auf, woraus die sehr gute Gleichrichterwirkung der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem an der Abströmseite des Meßelements vorgesehenen Strömungsgleichrichter zu erkennen ist.

Anstelle eines Karman¹sehen Wirbelströmungsmessers kann auch ein anderes Meßelement verwendet werden, insbesondere ein solches, dessen Meßgenauigkeit durch Turbulenzen in der Strömung beeinträchtigt wird.

Das Ansaugsystem einer in Fig. 7a dargestellten Brennkraftmaschine 11 umfaßt ein Luftfilter 12, eine Ansaugleitung 13 und eine in dieser angeordnete Drosselklappe 14. In der Ansaugleitung 13 ist ferner ein Wirbelerzeuger 15 für einen Karman¹ sehen Wirbelströmungsmesser angeordnet, welchem ein zuströmseitiger und ein abströmseitiger Strömungsgleichrichter 16 bzw. 17 zugeordnet sind. Fig. 7b zeigt ein Ausführungsbeispiel des Strömungsgleichrichters 16 mit einer gitterartigen Anordung von rechteckigen Zellen.

Die Ansaugluft strömt, wie in Fig. 7a durch Pfeile angedeutet, durch das Luftfilter 12 und den Strömungsgleichrichter 16, umströmt dann den Wirbelerzeuger 15 und strömt dann durch den zweiten Strömungsgleichrichter 17

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-Vl-

und über die Drosselklappe 14- zur Brennkraftmaschine Am Wirbelerzeuger 15 entstehen Wirbel mit einer der Strömungsgeschwindigkeit oder Strömungsmenge der angesaugten Luft umgekehrt proportionalen Frequenz. Die Strömungsmenge der Ansaugluft läßt sich durch Kessen der Wirbelfrequenz mittels eines mit einem Hitzdraht arbeitenden Wirbelsensors bestimmen.

Der auf die Ansaugluft ausgeübte Gleichrichtereffekt wird in einem erheblichen Maße beeinflußt von dem Verhältnis W^/D zwischen der Weite W- der Zellen eines Gleichrichters und dem Durchmesser D der Ansaugleitung und der Beziehung L/W^ zwischen dem Abstand L vom Stromungsgleichrichter zum Wirbelerzeuger und der Weite W^. der Zellen.

In Pig. 8a bis 8d sind Vorderansichten und vergrößerte Teil-Schrägansichten von Strömungsgleichrichtern mit wabenförmigen, rechteckigen, elliptischen bzw. durch einander abwechselnde konzentrisch kreisförmige und gewellte Wandungen begrenzten Zellen dargestellt. Das Durchlaßverhältnis der verwendeten Strömungsgleichrichter, d.h. der Anteil der Durchlaßflächen insgesamt an der Gesamtfläche des Gleichrichters, beträgt im wesentlichen 90%. Falls das Verhältnis W^/D bei den in Fig. 8a bis 8d gezeigten Strömungsgleichrichtern einen vorbestimmten Wert übersteigt, nimmt die Gleichrichterwirkung sehr schnell ab. Unterschreitet das Verhältnis W„./D demgegenüber einen vorbestimmten Wert, so tritt keine Verbesserung der Gleichrichterwirkung ein, stattdessen gedoch ein verstärkter Druckabfall.

Eine sehr gute Gleichrichterwirkung ist also innerhalb eines bestimmten Bereichs der Beziehung W-/D erzielbar, während sie sich außerhalb dieses Bereichs verschlechtert.

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Das Gleiche trifft auch für die Beziehung L/W. zu. Zur Erzielung der günstigsten Gleichrichterwirkung müssen die Beziehungen W^/D und L/W^ innerhalb vorbestiiamter Bereiche liegen.

Als Bezugsgröße W,. dient hier die jeweils kleinste Veite der Zellen, d.h. also der Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Seiten der sechseckigen Wabenzellen, die Lange der kürzeren Seiten der rechteckigen Zellen bzw. die Länge der kürzeren Achsen der elliptischen Zellen.

Pig. 9a zeigt eine Versuchs anordnung für die Ermittlung der vorstehend genannten Beziehungen. In einer Leitung sind ein Turbulenzgitter 19 zum Erzeugen einer gestörten Strömung, ein Wirbelerzeuger für einen Karman¹sehen Wirbelströmungsmesser und zwei Strömungsgleichrichter 21 und 22 angeordnet. Im Falle der in Fig. 9b dargestellten Leitung 18 mit kreisförmigem Querschnitt ist die Bezugsgröße D gleich dem Durchmesser der Leitung. Bei einer in Fig. 9c gezeigten Leitung 18 mit rechteckigem Querschnitt dient als Bezugsgröße D der Durchmesser D¹ eines Kreises, dessen Fläche gleich der Querschnittsfläche der rechteckigen Leitung ist. Aus der Breite M und Höhe H" der Leitung 18 ergibt sich somit D'= 2/HN/fr.

Fig. 10 zeigt die mittels der Anordnung nach Fig. 9 ermittelten Beziehungen zwischen dem Verhältnis W^/D und der Änderung der Wirbelfrequenz in %, Der Abstand L beträgt 35 mm und die Weite W ist gleich 3,2 mm, so daß die Beziehung L/W. also konstant ist. Die Änderung der Wirbelfrequenz ergibt sich als er/T χ 100 (%), worin T die mittlere Frequenzperiode und o" eine Normabweichung ist. Die höheren Prozentzahlen für die Änderung bedeuten eine stärkere Störung der Strömung und damit eine geringere Gleichrichterwirkung.

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. - 16 -

Wie man aus der Kurve in Fig. 10 ersieht, nimmt die Änderung der Wirbelfrequenz bei einem Verhältnis W^/D von mehr als 0,2 sehr schnell zu, d.h. die Gleichrichterwirkung verschlechtert sich. Die Beziehung ¥„./0 ist daher vorzugsweise kleiner als 0,2. Im Bereich unterhalb von 0,2 treten jedoch keine größeren Änderungen der Wirbelfrequenz auf. Zur Erzielung einer möglichst günstigen Gleichrichterwirkung bei möglichst geringem Druckabfall liegt die Beziehung W-/D daher vorzugsweise möglichst nahe unterhalb von 0,2.

In Fig. 11 sind die mittels der Anordnung nach Fig. 9a ermittelten Beziehungen zwischen dem Verhältnis L/R* und den Änderungen der Wirbelfrequenz in % dargestellt. In der verwendeten ^ersuchsanordnung hat die Leitung rechteckigen Querschnitt mit einer Größe von 50 χ 80 im, der Bezugsdurchmesser D¹ beträgt somit 57 mm und die Weite W^ beträgt 3»2 mm.

Wie man in Fig. 11 erkennt, sind die Änderungen der Wirbelfrequenz am geringsten im Bereich des Verhältnisses L/W. zwischen 10 und 16. In den Bereichen oberhalb von 25 und unterhalb von 5 nehmen die Änderungen der Frequenz sehr schnell zu. Zur Erzielung eines günstigen Ergebnisses liegt das Verhältnis L/W- also vorzugsweise zwischen 5 und 25* insbesondere zwischen 10 und 16.

Fig. 12a und 12b zeigen eine Strömungsmeßanordnung mit einer Strömungsleitung 23, in welcher zwei Strömungagleichrichter 24, 25 und dazwischen ein Meßelement in Form eines Widerstandsdrahts 26 angeordnet sind.

Der WJLderstandsdraht 26 wird durch Hindurchleiten eines elektrischen Stroms erhitzt und durch Steuerung des Stroms auf einer konstanten !Temperatur gehalten. Der

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Widerstandsdraht 26 wird von dem die Leitung 23 durchströmenden Strömungsmittel abgekühlt, so daß ein stärkerer Strom durch ihn hindurchgeleitet werden muß. Aufgrund der bestehenden Beziehung I^ = ad+bv/V), worin I der elektrische Strom, V die Strömungsgeschwindigkeit und a und b Konstante sind, läßt sich die Strömungsgeschwindigkeit V bzw. die Strömungsmenge durch Messung des elektrischen Stroms I bestimmen.

!"ig. 13a und 13b zeigen eine weitere Ausführungsform einer Meßanordnung mit einem Meßelement in Form eines Ionen-Strömungsmessers. Den in 3?ig. 12 dargestellten entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Außerdem erkennt man in Fig. 13 ein Paar Entladungselektroden 27» 28, eine Empfängerelektrode 29 j eine Hochspannungsquelle 30 und einen Zähler 31·

Von der Spannungsquelle 30 erzeugte Hochspannung wird intermittierend an die Entladungselektroden 27» 28 gelegt, so daß jeweils eine Koronaentladung stattfindet. Die dadurch entstehenden Ionen werden von der Strömung mitgenommen und treffen auf der Empfängerelektrode 29 auf. Die Zeitspanne T für die Bewegung der Ionen von den Entladungselektroden 27, 28 zur Empfängerelektrode 29 wird vom Zähler 31 ermittelt und ermöglicht die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit V.

Aufgrund der bestehenden Beziehung V = k^r, worin 1 der Abstand zwischen den Entladungselektroden und der Empfängerelektrode und k eine vom Abstand 1 unabhängige Konstante ist, läßt sich die Strömungsgeschwindigkeit anhand der Zeitspanne T bestimmen. Die Konstante k ist umgekehrt proportional dem Abstand d zwischen den beiden Entladungseleketroden. Der Wert der Konstante k ist aufgrund des Einflusses eines elektrischen Felds, einer Verlängerung der Entladungsstrecke aufgrund einer Streuwirkung und dergl. mehr gewöhnlich kleiner als eins.

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In den Ausführungsformen nach Fig. 12 und 13 ist die Beziehung W^/D vorzugsweise gleich oder kleiner als 0,2, und die Beziehung L/W,, liegt vorzugsweise zwischen 5 und 25> um die günstigsten Ergebnisse zu erzielen.

Eine erfindungsgemäße Anordnung, bei welcher die verschiedenen Abmessungen innerhalb der vorstehend genannten Bereiche gewählt sind, ermöglicht somit bei wirksamer Ausnützung des verfügbaren Baums eine äußerst günstige Gleichrichterwirkung bei möglichst geringem Druckabfall und damit eine sehr genaue nessung der Strömungsmenge und/oder Geschwindigkeit.

Mit den in Pig. 7 und 8 dargestellten Strömungsgleichrichtern ist gewöhnlich eine verbesserte Gleichrichterwirkung ohne Zunahme des Druckabfalls erzielbar, wenn die kleinere Weite W,- der Zellen parallel zur Achse X der Wirbelerzeugers und die größere Weite Wg der Zellen quer dazu verläuft. Dies trifft insbesondere für Strömungsgleichrichter mit wabenförmigen, rechteckigen oder elliptischen Zellen zu.

Das Verhältnis W^/W₂ zwischen der kleinsten und der größten Weite der Zellen liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 0,8. Ist dieses Verhältnis kleiner als 0,5* so ist eine Zunahme des Druckabfalls zu beobachten, und ist es größer als 0,8, so verschlechtert sich die Gleichrichterwirkung.

Das Verhältnis Th/W- zwischen der Tiefe Th eines Gleichrichters und der Weite W. der Zellen ist im Hinblick auf einen möglichst geringen Druckabfall und die günstigste Ausnützung des in einer Ansaugleitung vorhandenen Eaums vorzugsweise möglichst klein, jedoch, größer als 2,5· Sofern nämlich dieses Verhältnis kleiner als

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ist, nimmt die Gleichrichterwirkung schnell ab, und sofern es größer als 3 ist, tritt keine nennenswerte Verbesserung der Gleichrichterwirkung ein.

Palis in einer Anordnung nach Fig. 9a allein der abströmseitige Stromungsgleichrichter 22 verwendet wird, ist eine ausreichende Gleichrichterwirkung erzielbar, wenn das Verhältnis Th/Vy. größer als 5 ist.

Bei einem Verhältnis Ki/W^ von 3»2 und einer liefe th des Strömungsgleichrichters in der Größenordnung von 10mm bleibt der Druckabfall auch bei einer großen Strömungsmenge sehr klein. Mit zunehmender Tiefe Th nimmt der Druckabfall insbesondere bei großen Strömungsmengen schnell zu. Innerhalb des vorstehend genannten Bereichs ist das Verhältnis Th/W^ also vorzugsweise möglichst klein zu wählen. Zur Erzielung einer besonders günstigen Wirkung beträgt das Verhältnis Th/W,. beim zuströmseitigen Strömungsgleichrichter vorzugsweise etwa 3 und beim abströmseitigen Strömungsgleichrichter etwa 6.

Die vorstehend genannte Beziehung ThAl* ist füir sämtliche in Pig. 8 dargestellte Ausführungsformen der Strömungsgleichrichter anwendbar.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern erlaubt die verschiedensten Abwandlungen derselben im Rahmen der Ansprüche.

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Leerseite

Claims

PATE N^TAM WALTE

P 14- 195

A. GRÜNECKER

DIf¹U-ING

H. KINKELDEY

DR-ING

W. STOCKMAIR

OR.-1NG AaC(CALTEO*

K. SCHUMANN

CR HER NAT QH-IWVS

P. H. JAKOB

an.-!NG.

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSk 43

23. Aug. 1979

NISSAN MOTOR CO., LTD.

2, Takara-Cho, Kanagawa-Ku, Yokohama City, Japan

Strömungsmeßanordnung

P_a_t_e_n_t_a_n_s_g_r_ü_c_h_e

Anordnung zum Messen einer Strömung in einem
rohrförmigen Durchlaß bzw. in einer Leitung,
gekennzeichnet durch ein Meßelement (2;
15; 20; 26; 27 bis 29) zum Messen der Strömungsmenge
und/oder der Strömungsgeschv/indigkeit eines den Durchlaß durchströmenden Strömungsmittels und durch an der
Zuström- und der Abströmseite des Meßelements angeord-

(öse) aaases

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monapat

TBLEKOPIERER

ORIGINAL INSPECTED

nete Strömungsgleichrichter (3, 4, 5> 16, 17; 21, 22; 24, 25).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Meßelement und dem abströmseitigen Strömungsgleichrichter (5; 17» 22; 25) das 0,3- bis 1,3fache des Innendurchmessers des Durchlasses bzw. der Leitung (1; 13» 18; 23) beträgt.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Meßelement und dem zuströmseitigen Strömungsgleichrichter (3» 4; 16; 21; 24) das 0,3- bis 1,3fache des Innendurchmessers des Durchlasses bzw. der Leitung beträgt.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Zuströmseite des Meßelements (2) zwei Strömungsgleichrichter (3, 4) angeordnet sind.
5· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsgleichrichter (5A) bei abströmseitiger Richtungsänderung der Strömung in bezug auf das Meßelement unmittelbar vor der Stelle der Richtungsänderung (1a) angeordnet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei in bezug auf das Meßelement (15) zuströmseitiger Richtungsänderung der Strömung ein Strömungsgleichrichter (16) unmittelbar nach der Stelle der Richtungsänderung angeordnet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgleichrichter Waben— zellen aufweisen (Fig. 8a).

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8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgleichrichter rechteckige Zellen aufweisen (Fig. 8b).
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgleichrichter elliptische Zellen aufweisen (Fig. 8c).
10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgleichriehter durch einander abwechselnde, konzentrisch kreisförmige und gewellte Wandungen begrenzte Zellen aufweisen (Fig. 8d).
11. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennz eichnet, daß das Verhältnis W./D zwischen der kleinsten Weite (W,.) der Zellen und dem Innendurchmesser (D) des Durchlasses bzw. der Leitung kleiner ist als 0,2.
12. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis W./D zwischen der kleinsten Weite (W,-) der Zellen und dem Innendurchmesser (D) des Durchlasses bzw. der Leitung kleiner ist als 0,2 und daß das Verhältnis L/W. zwischen dem Abstand (L) zwischen dem Meßelement und dem zuströmseitigen Strömungsgleicherrichter und der kleinsten Weite (W.) der Zellen innerhalb der Beziehung 5^/^*25 liegt.
13. Anordnung nach Anspruch 11 und/oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Durchlasses bzw, einer Leitung von rechteckiger Querschnittsform anstelle des Durchmessers D der Durchmesser D¹ eines Kreises Anwendung findet, dessen Fläche gleich der Querschnittsfläche des Durchlasses bzw. der Leitung ist.

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14. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement ein Karman¹scher Wirbelströmungsmesser (2) ist.
15. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement ein Hitzkörper-Strömungsmesser ist, dessen Hitzkörper (26) in dem Durchlaß bzw. der Leitung (23) angeordnet ist, so daß die Strömungsmenge anhand der Erwärmung des Hitzkörpers bestimmbar ist.
16. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement ein Ionen-Strömungsmesser ist, mit Entladungselektroden (28) und einer Empfängerelektrode (29)» welche derart im Durchlaß bzw. in der Leitung (23) angeordnet sind, daß die Strömungsmenge durch Messung der Zeitspanne von der Erzeugung von Ionnen durch eine Entladung an den Entladungselektroden bis zum Auftreffen der Ionnen an der Empfängerelektrode bestimmbar ist.

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