DE2948742C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Anemometer mit zwei untereinander ähnlichen, thermisch und körperlich voneinander getrennten, zylindrischen, parallel zueinander verlaufenden elektrischen Widerständen, deren Länge wenigstens so groß ist wie ihre größte Querschnittsabmessung, mit Anschlußteilen an den Widerständen, über die ein die Widerstände erhitzender, elektrischer Strom durch die Widerstände zu schicken ist, und mit wenigstens einem zylindrischen Stützglied für die Widerstände, dessen Mittenachse in der Längsmittelebene zwischen den Widerständen liegt und das einen geraden, parallel zu den Widerständen verlaufenden Mittelteil sowie Befestigungsteile für die Widerstände an jedem Ende des Mittelteils aufweist.

Aus dem Stand der Technik sind Anemometer-Meßgeräte mit Hitzdraht- und Hitzfilm-Anemometerwandlern bekannt. Beispiele für bekannte thermische Anemometer-Erfassungseinrichtungen und Schaltungsanordnungen dafür sind in den US- PS'n 31 38 025, 33 33 470, 33 52 154, 36 04 261, 39 00 819 und 40 24 761 offenbart.

Aus der DE-OS 27 11 281 ist ein richtungsempfindlicher Hitzfilm-Anemometer-Wandler bekannt, der wenigstens zwei ähnliche, thermisch und körperlich getrennte zylindrische elektrische Widerstandsleiter umfaßt, wobei jeder der besagten Leiter eine Länge hat, die wenigstens gleich groß wie die größte Querschnittsabmessung des Widerstandsleiters ist, wobei ein zylindrisches Stützglied mittig zwischen und längsseits der zwei elektrischen Widerstandsleiter angeordnet ist, wobei das zylindrische Stützglied einen geraden Mittelteil und einen Befestigungsteil an jedem Ende des Mittelteils hat und wobei die elektrischen Widerstandsleiter als ein paralleles begrenzt getrenntes Paar angeordnet und parallel zu und in unmittelbarer Nähe auf dem geraden Mittelteil des zylindrischen Stützgliedes angeordnet sind. Der bekannte Anemometer-Wandler umfaßt wärmeisolierende verbindende Brückenmittel, die auf wirksame Weise zwischen den zwei elektrischen Widerstandsleitern und dem geraden Mittelteil des Stützglieds angeordnet sind und den Zwischenraum zwischen den elektrischen Widerstandsleitern und dem geraden Mittelteil des Stützgliedes verschließen, so daß eine zusammenhängende Strömung um einen der elektrischen Widerstandsleiter unabhängig von dem anderen Widerstandsleiter verhindert wird. Die Widerstandsleiter sind auf der geschützten, der Anströmrichtung abgewandten Seite des geraden Mittelteils des Stützgliedes befestigt. Jeder der elektrischen Widerstandsleiter ist mit elektrischen Anschlußmitteln versehen, wodurch jeder elektrische Widerstandsleiter mit Hilfe des durch ihn geschickten elektrischen Stroms erhitzt werden kann.

Aus der DE-OS 24 03 908 ist ein Strömungsmesser bekannt, der mindestens zwei einen gegenseitigen Abstand aufweisende, widerstandsbehaftete elektrische Leiter enthält, deren Länge jeweils mindestens ihrer größten Querschnittsabmessung gleicht, wobei eine thermische Isolierung zwischen den Leitern, welche die elektrischen Leiter über den größten Teil ihrer Länge miteinander verbindet, und elektrische Anschlüsse an den Leitern vorgesehen sind, mittels derer jeder Leiter mit Hilfe eines durch den Leiter fließenden elektrischen Stroms erhitzt werden kann.

Aus der DE-OS 24 61 984 ist ein thermischer Strömungsmesser mit einer in einer elektrischen Meßschaltung betriebenen Meßsonde bekannt, bei welcher mindestens zwei gleiche elektrische widerstandsbehaftete Leiter mit temperaturabhängigem Widerstand in einer Ebene an den Rändern eines thermisch isolierenden, den Zwischenraum zwischen den Leitern verschließenden Stützsteges angebracht sind, wobei der Strömungsmesser mindestens eine weitere, rechtwinkelig zur ersten Meßsonde ausgerichtete Meßsonde umfaßt.

Aus der US-PS 39 91 624 ist ein Windgeschwindigkeits-Meßsystem bekannt, bei dem in einem Sensor mehrere Widerstandselemente um einen gemeinsamen Tragkörper herum angeordnet sind.

Die bekannten Anemometer-Anordnungen sind zum einen relativ umempfindlich bei geringen Anströmwinkeln, nämlich in Fällen, in denen die Anströmrichtung parallel oder fast parallel zur Hauptachse des Wandlers verläuft, und sie sind zum anderen anfällig gegen Geschwindigkeitsungleichheiten der Strömung auf den beiden Seiten des Anemometer-Wandlers.

Ein idealer Wandler würde in seinem Polardiagramm saubere, glatte Achsenübergänge zeigen. Bei einigen bekannten Wandlern der genannten Art werden bestimmte technische Maßnahmen getroffen, beispielsweise durch Einführen eines speziellen elektrischen Steuersignals ("Zittersignals"), um ein erforderliches Umschalten der Meßkreise von einer Seite der Meßanordnung auf die andere Seite zu erleichtern. Auf diese Weise wird im wesentlichen ein "künstliches" Geschwindigkeitssignal statt eines Signals, das tatsächlich dem richtungsempfindlichen Wandler entstammt, erzeugt.

In den Fällen, in denen eine Beschädigung aufgrund von widrigen Umgebungsbedingungen zu erwarten ist und eine äußerste Robustheit an erster Stelle steht, muß ggf. ein Kompromiß in bezug auf die Leistungsfähigkeit geschlossen werden, indem ein einziges Erfassungsleiterpaar für das Messen sowohl der Strömungsgeschwindigkeit als auch der Strömungsrichtung verwendet wird. In einem solchen Fall wird das richtungsempfindliche Leiterpaar an der geschützten, der Anströmrichtung abgewandten Seite eines stabilen Mittelstützstabes angeordnet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Anemometer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem durch eine einfache, kostengünstige und leicht zu realisierende konstruktive Maßnahme zu erreichen ist, daß eine zusammenhängende Strömung um die beiden als Fühlelemente des Anemometers fungierenden Widerstände herum verhindert werden kann.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Anemometer der eingangs genannten Art und gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst, das erfindungsgemäß durch die in dem kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale charakterisiert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Das richtungsempfindliche Anemometer gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt zumindest zwei ähnliche, thermisch und körperlich getrennte Widerstandsleiter. Jeder dieser Widerstandsleiter hat eine Länge, die wenigstens so groß wie die größte Querschnittsabmessung des Widerstandsleiters ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung besteht jeder der elektrischen Widerstandsleiter aus einem hohlen, rohrförmigen, elektrisch nichtleitenden, feuerfesten, zylindrischen Substratkörper, der sich über die gesamte Länge des Widerstandsleiters erstreckt, aus einem leitenden Widerstandsfilm, dessen Widerstandswert einen geeigneten Temperaturkoeffizienten hat und der auf der Außenfläche des Substratkörpers haftet und sich über die gesamte Länge des Substratkörpers erstreckt, sowie aus einem Schutzüberzug, der sich kontinuierlich über die Außenfläche des leitenden Widerstandsfilms in seiner gesamten Länge erstreckt.

In einer anderen Ausführungsform bestehen die elektrischen Widerstandsleiter aus Drähten mit einem gleichförmigen Querschnitt. Ein zylindrisches Stützelement ist mittig zwischen und längs den beiden elektrischen Widerstandsleitern angeordnet. Das zylindrische Stützelement kann gerade sein oder einen geraden Mittelteil und zwei im rechten Winkel abgebogene Beine haben, so daß sich eine U-Form ergibt. Die elektrischen Widerstandsleiter sind parallel als ein auf begrenzte Weise getrenntes Paar angeordnet, und sie sind parallel und in unmittelbarer Nähe auf dem geraden Mittelteil des zylindrischen Stützelements montiert.

Zwischen den elektrischen Widerstandsleitern sind verbindende Brückenmittel auf wirksame Weise zwischen den elektrischen Widerstandsleitern und dem Mittelstützteil angeordnet, wobei die Ebene, die die parallelen Mittelachsen der zwei Widerstandsleiter enthält, senkrecht auf der Ebene steht, die durch die Achse des zylindrischen Stützelements bestimmt wird. Die Brückenmittel verschließen den Zwischenraum zwischen den Widerstandsleitern und dem zylindrischen Stützelement, so daß eine zusammenhängende Strömung um einen Widerstandsleiter des aus zwei solchen bestehenden Paares unabhängig von dem jeweils anderen Widerstandsleiter vermieden wird. Die beiden Widerstandsleiter sind auf der geschützten, der Anströmrichtung abgewandten Seite des zylindrischen Stützelements befestigt. Jeder elektrische Widerstandsleiter ist mit elektrischen Anschlußmitteln ausgestattet, wodurch jeder derselben mit Hilfe eines durch ihn geschickten elektrischen Stroms erhitzt werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Figuren im einzelnen beschrieben, wobei die Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Erfindung betreffen.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen thermischen richtungsempfindlichen Anemometer-Wandlers.

Fig. 2 zeigt eine vertikale Schnittansicht des in Fig. 1 dargestellten richtungsempfindlichen Anemometer- Wandlers, und zwar längs der Linie 2-2 gesehen in Richtung der Pfeile.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen thermischen richtungsempfindlichen Anemometers-Wandlers, der ein drittes zylindrisches Fühlelement als getrennten Geschwindigkeits-Meßfühler enthält.

Fig. 4 zeigt eine Vertikalschnittansicht des in Fig. 3 dargestellten Anemometer-Wandlers, und zwar längs der Linie 4-4 gesehen in Richtung der Pfeile.

Fig. 5 zeigt eine Vertikalschnittansicht, die derjenigen gemäß Fig. 4 ähnelt und eine dritte Ausführungsform darstellt, in der der dritte zylindrische Meßfühler mechanisch mit einem Stützglied verbunden ist.

Fig. 6 zeigt eine Vertikalschnittansicht, die derjenigen gemäß Fig. 5 ähnelt und eine vierte Ausführungsform darstellt, in der der dritte zylindrische Meßfühler vorzugsweise ein Drahtmeßfühler anstelle eines Filmmeßfühlers ist.

Fig. 7 zeigt eine Vertikalschnittansicht, die derjenigen gemäß Fig. 2 ähnelt und eine fünfte Ausführungsform darstellt, in der die Richtungsmeßfühler vorzugsweise Drahtmeßfühler anstelle von Filmmeßfühlern sind.

Fig. 8 zeigt eine Vertikalschnittansicht, die derjenigen gemäß Fig. 5 ähnelt und eine sechste Ausführungsform darstellt, in der die drei Meßfühler vorzugswseise aus Drähten anstelle von leitenden Filmen bestehen.

Fig. 9 zeigt eine Vertikalschnittansicht, die derjenigen gemäß Fig. 4 ähnelt und eine siebte Ausführungsform darstellt, in der die Richtungsmeßfühler aus Drähten anstelle von leitenden Filmen bestehen.

Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen thermischen richtungsempfindlichen Anemometer-Wandlers, der eine achte Ausführungsform darstellt, die statt eines geformten Stützgliedes vorzugsweise ein gerades Stützglied enthält.

Fig. 11 zeigt ein vereinfachtes dargestelltes elektrisches Prinzipschaltbild, aus dem die Speise- und Auswertemittel für einen Zwei-Fühlerelement-Wandler nach der Art gemäß den Fig. 1 und Fig. 10 hervorgehen.

Fig. 12 zeigt ein vereinfacht dargestelltes elektrisches Prinzipschaltbild, aus dem die Speise- und Auswertemittel für einen Drei-Fühlerelement-Wandler nach der Art gemäß Fig. 3 hervorgehen.

Fig. 13 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen thermischen richtungsempfindlichen Anemometer-Wandlers, der eine neunte Ausführungsform darstellt, die zwei Paare von zylindrischen Meßfühlern oder vier Meßfühler für das Erfassen sowohl der Fluid-Strömungsgeschwindigkeit als auch der Richtung der Strömung enthält.

Fig. 14 zeigt eine Vertikalschnittansicht des in Fig. 13 dargestellten thermischen richtungsempfindlichen Anemometer-Wandlers, und zwar längs der Linie 14-14 gesehen in Richtung der Pfeile.

Fig. 15 zeigt ein Polardiagramm des Richtungsansprechverhaltens des in Fig. 13 gezeigten thermischen richtungsempfindlichen Anemometer-Wandlers.

In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein einen thermischen richtungsempfindlichen Anemometer-Wandler, der in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Der Wandler 10 umfaßt zwei zylindrische, parallel zueinander verlaufende, als Fühlelemente oder -glieder fungierende elektrische Widerstände, die mit den Bezugszeichen 11 a u. 11 b bezeichnet sind und deren Längen wesentlich größer als ihre Durchmesser sind. Typischerweise können die Widerstände 11 a u. 11 b einen Außendurchmesser von 0,6 mm bei einer Gesamtlänge von 25 mm haben, so daß das Verhältnis Länge zu Durchmesser fast 42 : 1 beträgt. Wie in Fig. 1 u. Fig. 2 gezeigt, sind die Widerstände 11 a u. 11 b körperlich voneinander getrennt, und sie sind der Länge nach mit Hilfe eines Klebemittels oder eines anderen eine Brücke bildenden Mittels 12 a u. 12 b an ein zylindrisches Stützglied von größerem Durchmesser, das allgemein mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet ist, angebracht oder mit diesem verbunden. Die Widerstände 11 a u. 11 b haben einen ähnlichen Aufbau und sind thermisch getrennt angeordnet.

Das Paar von Widerständen 11 a u. 11 b ist unter dem zylindrischen Stützglied 15 angeordnet und parallel zu ihm liegend an letzterem befestigt. Die Körper der Widerstände 11 a u. 11 b besitzen elektrische Anschlußmittel 13 a bzw. 13 b sowie elektrische Anschlußdrähte 17 a bzw. 17 b an dem einen Ende des Körpers und gleiche Anschlußmittel 14 a bzw. 14 b und Anschlußdrähte 16 a bzw. 16 b an dem anderen Ende des Körpers.

Das Stützglied 15 ist als starrer, U-förmiger Draht dargestellt, der aus galvanisiertem oder rostfreiem Stahl bestehen kann. Das Stützglied 15 umfaßt einen zylindrischen Mittelteil 15 a und zwei integrierte Befestigungsteile 15 b u. 15 c. Die Befestigungsteile 15 b u. 15 c sind senkrecht zum Mittelteil 15 a angeordnet. Die Befestigungsteile 15 b und 15 c halten den Wandler 10 in eine Arbeitsposition. Die Körper der Widerstände 11 a und 11 b sind gleichmäßig mit einem Widerstandsfilm überzogen, und die Anschlußmittel 13 a, 13 b, 14 a u. 14 b bestehen aus einem ähnlichen Material, um Thermoelement- Effekte zu vermeiden und somit dazu beizutragen, einen niedrigstmöglichen Eigenrauschpegel des Wandlers zu erzeugen. Die Verbindungsdrähte 16 a, 16 b, 17 a u. 17 b sind ebenfalls aus einem Material hergestellt, das demjenigen ähnelt, das für die Anschlußmittel 13 a, 13 b, 14 a u. 14 b verwendet ist, um das größtmögliche Signal/Rausch-Verhältnis zu erzielen, wodurch der größtmögliche dynamische Arbeitsbereich ermöglicht ist. Das gewöhnlich verwendete Material ist vergütetes Platinmetall, doch können andere Materialien, wie beispielsweise Nickel, verwendet werden. Alternativmaterialien, die für die Widerstände 11 a u. 11 b verwendet werden können, sind in der US-PS 33 52 154 beschrieben.

Fig. 2 zeigt einen typischen Querschnitt durch den thermischen richtungsempfindlichen Anemometer-Wandler 10 von der in Fig. 1 dargestellten Bauart. Man kann sich die relative Größe der maßstabgerecht gezeigten Teile des Wandlers 10 vorstellen, wenn man von der Tatsache ausgeht, daß der Querschnitt des Mittelteils 15 a des Stützgliedes 15 einen Durchmesser von ungefähr 1,6 bis 1,8 mm hat. Wie in Fig. 2 gezeigt, werden die beiden Widerstände 11 a u. 11 b axial durch den starren Mittelteil 15 a des Stützgliedes 15 gehalten, der aus Stahl, beispielsweise galvanisiertem Stahl, rostfreiem Stahl, Kunststoff oder einem anderem steifen Material bestehen kann und wie in Fig. 1 gezeigt geformt ist, um als Mittel für eine mechanische Halterung und Auflage für den Wandler 10 zu dienen. Das Stützglied 15 stellt außerdem einen aerodynamischen Störkörper für die Strömung entlang den Widerständen 11 a u. 11 b dar, die direkt innerhalb des U-förmigen Stützgliedes 15 angeordnet sind und parallel zu dem langen geraden Mittelteil 15 a oder Querstück verlaufen. Ein typischer Durchmesser des Querschnitts des Stützgliedes 15 beträgt das Zwei- bis Dreifache des Durchmessers der Widerstände 11 a u. 11 b, und in dem in Fig. 1 u. Fig. 2 gezeigten Aufbau beträgt der Durchmesser 1,6 bis 1,8 mm. Die Wirkungsweise eines jeden Widerstandes des die Richtung ermittelnden Widerstandspaares 11 a, 11 b ist ähnlich, wenn die auftreffende Strömung innerhalb einer Ebene gehalten wird, die senkrecht durch die Achse 21 des U-förmigen Stützgliedes 15 verläuft.

Wie in Fig. 2 gezeigt, besteht der Widerstand 11 a aus einem elektrisch nichtleitenden, hohlen, rohrförmigen nichtporösen, aus dichtem Aluminiumoxid hergestellten, feuerfesten dünnen zylindrischen Stützkörper 18 a, auf dessen Oberfläche durch Einbrennen, Sintern oder andere Auftragsverfahren ein dünner Widerstandsfilm 19 a oder Überzug aus Platinmetall aufgebracht ist. Der Stützkörper 18 a kann auch aus anderen geeigneten Materialien, die elektrisch nichtleitend sind, hergestellt sein, wie z. B. aus Aluminiumsilikat oder Eloxal oder anderen keramischen Materialien. Der Widerstandsfilm 19 a trägt eine weitere Schicht 20 a aus geschmolzenem Silikat, Glas, Aluminiumoxid, Teflon oder einem anderen schützenden Überzugsmaterial, das den Metallfilm gegen Verschleiß und Beschädigung schützt. Typische Abmessungen des Stützkörpers 18 a sind ein Zylinderdurchmesser von 0,6 mm, ein Bohrungsdurchmesser von 0, 3 mm und einer Länge von etwa 25 oder 30 mm. Die Stärke des Widerstandsfilms 19 a liegt normalerweise in der Größenordnung von 2 bis 10 Mikron und kann in Abhängigkeit von dem betreffenden Aufbringungsverfahren variieren. Ein dichter homogener Widerstandsfilm 19 a mit einer einheitlichen Kornstruktur wird normalerweise einen Film mit geringerem Widerstand für die jeweilige Filmstärke ergeben. Der als Fühlelement fungierende Widerstand 11 b ist in der gleichen Weise aufgebaut wie der als Fühlelement fungierende Widerstand 11 a, und die gleichen Bezugszeichen gelten in Verbindung mit dem Zuatz "b".

Filmmaterialien und Filmaufbringungsverfahren sind ausführlich in dem Fachbuch "Resistance Temperature Transducers" von Virgil A. Sandborn, Colorado State University, herausgegeben 1972 von der Metrology Press, Fort Collins, Colorado, auf den Seiten 358 bis 365 beschrieben.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, wird eine Querströmung zwischen den als Fühlelementen fungierenden Widerständen 11 a, 11 b und dem Stützteil 15 durch die Verwendung von verbindenden Brücken 12 a u. 12 b vermieden. Das Material für die Brücken 12 a u. 12 b kann ein elastisches, thermisch isolierendes Klebematerial sein, wie z. B. Dow Corning 732, ein Silikonkautschuk-Kleber für Zimmertemperaturen, der den Spalt zwischen dem Stützglied-Mittelteil 15 a und den Widerständen 11 a u. 11 b fest verschließt. Es können auch "Teflon", Silikonharz oder andere Brückenmaterialien verwendet werden. Die Brücken 12 a u. 12 b können auch gebildet werden, indem der Wandler insgesamt in ungehärtetes Brückenmaterial eingetaucht wird und das Material dann aushärtet. Da die zu füllenden Zwischenräume normalerweise weniger als einen Millimeter breit sind, kann der Querschnitt der Brücken 12 a u. 12 b durch die Auswirkungen der auftretenden Oberflächenspannung bestimmt werden, ohne daß sich nachteilige Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit des Wandlers ergeben.

Der Zwischenraum zwischen jedem der Widerstände 11 a u. 11 b und dem Stützglied-Mittelteil 15 a wird dazu verwendet, einen überhöhten, uneffizienten Wärmeübergang von den Widerständen zu dem Stützglied-Mittelteil 15 a zu vermeiden. Der Zwischenraum ist auch ein Mittel zur Erzeugung einer unsymmetrischen Strömung um die gepaart angeordneten Widerstände 11 a u. 11 b herum, so daß eine Differentialbestimmung der Strömungsrichtung vorgenommen werden kann. Der Zwischenraum zwischen dem Widerstand 11 a oder 11 b und dem Stützglied- Mittelteil 15 a beträgt normalerweise weniger als der Durchmesser des betreffenden Widerstands. Je nach der in einem gegebenen Fluid zu messenden Höchstgeschwindigkeit ist auch es möglich, keine verbindende Brücke 12 a oder 12 b vorzusehen, wenn die Oberfläche des Widerstands 11 a bzw. 11 b ausreichend nahe am Stützglied 15 liegt, so daß sich der Widerstand an der Grenze zu dem Stützglied-Mittelteil 15 a befindet, wodurch ein hoher Widerstand gegen eine Strömung zwischen dem Stützglied-Mittelteil 15 a und dem Widerstand gegeben ist. Das allein kann bereits eine durchgehende Strömung um die Wiederstände 11 a u. 11 b herum verhindern, was nötig ist, um eine Bestimmung der Richtung vornehmen zu können. Der gleiche Effekt kann durch eine Modifizierung der Querschnittsform des Mittelteils 15 a des Stützgliedes erreicht werden. In jedem Fall muß ein eindeutiger Unterschied in der Strömung um die gepaart angeordneten Widerstände 11 a u. 11 b herum zusammen mit dem Mittelteil 15 a erzwungen werden, so daß das Paar der Widerstände effektiv einen Unterschied in der Strömung von jeder Seite des Wandlers 10 her feststellen kann.

Wie in Fig. 2 gezeigt, halbiert die vertikale Ebene durch die Achse des Mittelteils 15 a den Winkel R zwischen den Achsen 22 a und 22 b der Widerstände. Der Winkel R sollte groß genug sein, um zu verhindern, daß der Widerstand 11 a mit dem Widerstand 11 b in Berührung kommt und sollte 60° nicht übersteigen, um zu vermeiden, daß die Widerstände 11 a u. 11 b in das Staugebiet des Mittelteils 15 a gelangen, wenn es durch eine Strömung innerhalb der Ebene, die durch die parallelen Achsen der Widerstände 11 a und 11 b gegeben ist angeströmt wird. Bei den gezeigten Proportionen, bei denen der Durchmesser des Mittelteils 15 a etwa das Dreifache des Durchmessers der Widerstände 11 a u. 11 b beträgt, sind 30° ein praktischer Wert für den Winkel R. Als typisches Beispiel weist der Mittelteil 15 a einen Durchmesser auf, der das Zwei- bis Vierfache des Durchmessers der Widestände 11 a u. 11 b beträgt, um eine strukturelle Festigkeit zu erzielen und um einen ausreichenden Strömungswirbel zu erzeugen, der über die Widerstände 11 a u. 11 b streicht, wenn eine Fluidströmung über den Mittelteil 15 a gegen die Widerstände 11 a u. 11 b erfolgt.

Für einen Wandler 10 mit den zuvor genannten Abmessungen beträgt der Widerstand der aus Platin bestehenden Widerstandsfilme 19 a und 19 b bei Zimmertemperatur 2 bis 6 Ohm. Ein optimaler Filmwiderstand wird am besten durch die Eigenschaften der elektronischen Schaltungsanordnung, die zum Betreiben des Wandlers 10 verwendet wird, und solche Faktoren, wie die zur Verfügung stehende Spannung, die Art der verwendeten Verstärker, die Auswahl der Betriebsverfahren und ähnliche Punkte, die alle der Kontrolle des Herstellers des Instruments unterliegen, bestimmt.

Ein großes Verhältnis der Länge der Widerstände 11 a u. 11 b zu dem Durchmesser derselben ergibt eine Winkelempfindlichkeit gegenüber Luft- oder Fluidströmung, wenn sich der Strömungsvektor von der senkrecht zu den Zylinderachsen der Widerstände 11 a u. 11 b verlaufenden Strömung entfernt. Das Erfassen der Richtung wird durch die Widerstände 11 a u. 11 b durchgeführt, da die auftretende Strömung um 360° in der Ebene variiert, die von den parallelen Achsen der Widerstände 11 a u. 11 b eingeschlossen wird. Die Polung des Richtungssignals kann durch das elektrische Messen der Änderungen der relativen Widerstandswerte eines jeden Widerstands 11 a u. 11 b bestimmt werden, wenn sie miteinander in einer Brückenschaltung verglichen werden. Eine ausgezeichnete Beschreibung dieses Verfahrens befindet sich auf den Seiten 77 bis 70 des Buches von Dr.-Ing. Herbert Strickert, das den Titel "Hitzdraht- und Hitzfilmaneometrie" trägt und 1974 vom VEB Verlag Technik, Berlin, herausgegeben wurde.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines thermischen richtungsempfindlichen Aneometer-Wandlers 10 a nach der in Fig. 1 gezeigten Bauart, die durch den Zusatz eines dritten zylindrischen Widerstands 11 c modifiziert ist, der oberhalb und parallel zu dem Stützglied-Mittelteil 15 a in einer derartigen Weise montiert ist, daß der Widerstand 11 c abstandsgleich und parallel zu den Widerständen 11 a u. 11 b angeordnet ist.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht des Wandlers 10 a. Es sind die gleichen Bezugszeichen, die für das Beschreiben der Ausführungsform gemäß Fig. 1 u. Fig. 2 benutzt sind, benutzt, um die verschiedenen Teile des Wandlers 10 a zu kennzeichnen. Der Widerstand 11 c ist geringfügig länger als der gerade Mittelteil 15 a des Stützgliedes 15. Er besitzt Anschlußmittel 13 c u. 14 c an jedem Ende und Anschlußdrähte 16 c u. 17 c in einer ähnlichen Weise wie die Anordnung der Widerstände 11 a u. 11 b. Es werden keine brückenbildenden Mittel oder Klebemittel verwendet, wie dies bei den Widerständen 11 a u. 11 b durch die Verwendung der Brückenmittel 12 a u. 12 b der Fall ist.

Der dritte Widerstand 11 c wird über seine gesamte Länge als freiliegender Zylinder betrieben, wodurch er als ein die Geschwindigkeit abtastendes Element, das eine Richtungsansprech- Charakteristik ohne Vorzeichenbestimmung hat, aufgrund seines großen Verhältnisses von Länge zu Durchmesser im großen und ganzen auf die gleiche Weise funktioniert, wie die einzelnen zylindrischen Widerstände 11 a u. 11 b. Strömungen aus entgegengesetzten Richtungen über den freiliegenden Zylinder erzeugen identische Ergebnisse, wenn der Widerstand 11 c gleichförmig ausgebildet ist. Ein derartiges Vorgehen bei der Geschwindigkeitsmessung umgeht alle Ungleichheiten zwischen der einen und der anderen Seite des Wandlers, wenn die Strömung unter beliebigen Winkeln innerhalb der Ebene, die parallel zu der durch die Achsen des richtungserfassenden Widerstandspaares 11 a, 11 b eingeschlossenen Ebene liegt, auf den Widerstand 11 c gerichtet wird. Folglich ist es möglich, eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit einer Cosinus-Beziehung zu erhalten, wonach maximale Leistung erzielt wird, wenn die auftretende Strömung senkrecht zur Achse des Widerstands 11 c verläuft, und minimale Leistung erzielt wird, wenn die auftretenden Strömung parallel zur Längsachse des Widerstands 11 c verläuft.

Für den dritten Widerstand 11 c kann eine mechanische Halterung dadurch vorgesehen sein, daß seine Anschlußdrähte 16 c u. 17 c an den Befestigungsteilen 15 b u. 15 c mit Hilfe eines Klebemittels befestigt sind, das dem Klebemittel ähnelt, das für die verbindenden Brücken 12 a u. 12 b verwendet wird, wobei das Klebemittel an beiden Enden des Widerstands 11 c augebracht wird.

Fig. 4 veranschaulicht einen typischen Querschnitt durch den thermischen richtungsempfindlichen Anemometer-Wandler 10 a, wie er in Fig. 3 dargestellt ist. Es ist gezeigt, daß der zusätzliche dritte Widerstand 11 c über dem Mittelteil 15 a angeordnet ist. Auf einem als Substrat dienenden Stützkörper 18 c ist ein Platin-Widerstandsfilm 19 c angeordnet, der durch einen Schutzüberzug 20 c auf die gleiche Weise wie die Widerstände 11 a u. 11 b geschützt ist. Es ist ersichtlich, daß zwischen dem dritten Widerstand 11 c und dem Mittelteil 15 a ein nicht ausgefüllter Raum besteht. Die in Fig. 4 gezeigte Wandleranordnung ermöglicht eine maximale Geschwindigkeits- Empfindlichkeit bei minimalem Wärmeverlust durch das Stützglied 15, der durch Wärmeleitung über Brückenmittel bedingt wäre.

Fig. 5 zeigt den Querschnitt eines modifizierten Dreielementen- Wandlers 10 b, der dem Wandler 10 a in Fig. 4 gleicht, jedoch als Zusatz eine verbindende Brücke 12 c zwischen dem dritten Widerstand 11 c und dem Mittelteil 15 a besitzt. Zum Kennzeichnen der verschiedenen Teile des Wandlers 10 b werden die gleichen Bezugszeichen, wie sie in Fig. 3 u. Fig. 4 benutzt sind, benutzt.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Dreielementen- Wandlers 10 c, in dem das die Geschwindigkeit messende Element, das in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform als der oberste Widerstand 11 c gezeigt ist, durch einen langen, dünnen Draht-Widerstand 23 c ersetzt ist, der in diesem Fall durch ein Klebemittel als Brücke 12 c mit dem Mittelteil 15 a verbunden ist. Der aus Draht bestehende Widerstand 23 c kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, wie z. B. Platin, Wolfram, Edelmetall-Legierungen, Nickel und Nickel- Legierungen. Ein Platindraht mit einem Durchmesser von 0.0254 mm und einer Länge von 25.4 mm hat bei Zimmertemperatur einen Widerstand von 5 Ohm. Bestimmte Legierungen haben bei Zimmertemperatur einen höheren Widerstand, sie haben aber auch einen kleineren Widerstandstemperaturkoeffizienten als reine Metalle. Wolfram ist fester als Platin und es oxidiert etwas, aber es hat in der Hitzdraht-Anemometertechnik weitgehende Verwendung gefunden, weil es leicht in dünn ausgezogenen Größen erhältlich ist. Die Brücke 12 c trägt beträchtlich dazu bei, den dünnen Draht des Widerstands 23 c zu stützen. Drähte mit größerem Durchmesser können benutzt werden, sofern die Auslegung der elektrischen Schaltungsanordnung im wesentlichen dem Widerstandswert des Widerstands 23 c angepaßt ist. Die die Richtung erfassenden Widerstände 11 a u. 11 b sind in der gleichen Anordnung gezeigt, wie sie in den Auführungsformen gemäß Fig. 1 u. Fig. 2 gezeigt sind.

Eine ausgezeichnete Beschreibung der Hitzdrahttechnik und -herstellung ist im Kapitel V des bereits erwähnten Buches "Resistance Temperature Transducers" von Virgil A. Sandborn und im Kapitel 2 des bereits erwähnten Buches "Hitzdraht- und Hitzfilmanemometrie" von H. Strickert enthalten, obwohl letzteres Buch weniger praktische Information enthält als das erste Buch, dafür aber die Verwendung und den Einsatz von Hitzdrähten und Hitzfilmen in der Anemometrie ausführlich darlegt.

Fig. 7 zeigt einen Querschnitt eines modifizierten Zweielementen- Wandlers 10 d, der der gleiche wie der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte Wandler 10 ist, jedoch aus Draht bestehende Widerstände 23 a u. 23 b anstelle der aus Widerstandsfilm bestehenden Widerstände 11 a u. 11 b aufweist. Stromzu- und abführende Drähte 24 a u. 24 b sind mit den als Meßfühler fungierenden Widerstände 23 a u. 23 b an ihrem jeweiligen Ende durch geeignete Maßnahmen, wie Schweißen oder Löten, miteinander verbunden. Die gleichen Bezugszeichen, die in Fig. 1 u. Fig. 2 verwendet sind, sind auch zum Kennzeichnen der verschiedenen Teile des Wandlers 10 d benutzt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Verwendung von aus Draht bestehenden Fühlelementen eine beträchtliche Verkleinerung der Wandlergröße ermöglicht. Solange das Stützglied 15 eine ausreichende mechanische Festigkeit hat, um die Wandleranordnung tragen zu können, kann es dazu benutzt werden, die beiden Widerstände 23 a u. 23 b in einer bestimmten Lage zueinander anzuordnen. Aufgrund der gegenwärtig verfügbaren Drahtstärken und der Mikro-Fertigungsverfahren können Wandler kleiner Abmessungen hergestellt werden, die der Größe eines Reiskorns nahekommen.

Fig. 8 zeigt einen Querschnitt eines modifizierten Dreielementen- Wandlers 10 e , der dem Wandler 10 b in Fig. 5 gleicht, in dem aber aus Draht bestehende Widerstände 23 a, 23b u. 23 c die Widerstandsfilm-Widerstände 11 a, 11 b u. 11 c ersetzen. Die gleichen Berzugszeichen, die in Fig. 5 u. Fig. 7 benutzt sind, sind auch zum Kennzeichnen der verschiedenen Teile des Wandlers 10 e benutzt. Alle drei Draht-Widerstände 23 a, 23 b u. 23 c sind mit dem Mittelteil 15 a durch Brücken 12 a, 12 b u. 12 c verbunden. Die stromführenden Drähte 24 a, 24 b u. 24 c sind mit den entsprechenden Draht-Widerständen 23 a, 23 b u. 23 c an ihren Enden durch geeignete Maßnahmen, wie Schweißen oder Löten, verbunden. Die stromführenden Drähte 24 a, 24 b u. 24 c können aus den gleichen Materialien bestehen wie die Meßdraht-Widerstände 23 a, 23 b u. 23 c, haben jedoch einen wesentlich größeren Durchmesser, um die Handhabung zu erleichtern und den Drahtwiderstand herabzusetzen.

Fig. 9 zeigt einen Querschnitt eines modifizierten Dreielementen- Wandlers 10 f, der dem Wandler 10 a in Fig. 4 gleicht, jedoch einen einzelnen Widerstandsfilm-Widerstand 11 c für das Erfassen der Geschwindigkeit und Draht-Widerstände 23 a u. 23 b für das Erfassen der Richtung aufweist. Die gleichen Bezugszeichen, die in Fig. 4 u. Fig. 7 benutzt sind, sind auch zum Kennzeichnen der verschiedenen Teile des Wandlers 10 f benutzt.

Fig. 10 zeigt die Perspektivansicht eines Wandlers 10 g mit zwei Widerstandsfilm-Elementen, der eine Modifizierung des Wandlers 10 gemäß Fig. 1 u. Fig. 2 darstellt und ein gerades Stützglied 15 statt des U-förmigen Draht-Stützgliedes in Fig. 1 u. Fig. 2 besitzt. Die gleichen Bezugszeichen, die in Fig. 1 u. Fig. 2 benutzt sind, sind auch zum Kennzeichnen der verschiedenen Teile des Wandlers 10 g benutzt. Axialströmungen entlang der Längsausdehnung des geraden Stützgliedes 15 wie auch die Strömung quer zum geraden Stützglied 15 erzeugen einen Wirbelstrom wie im Falle des U-förmigen aus Draht bestehenden Stützgliedes 15, das zuvor beschrieben wurde. Die Verwendung des geraden Stützgliedes 15 eignet sich auch für den Dreielementen-Wandler gemäß Fig. 3 und gleichfalls beim Einsatz von Draht-Meßelementen statt der verschiedenen Film-Meßelemente. Ein Einsatz von mehreren Wandlern 10 g, die auf ein und demselben geraden Stützteil 15 angeordnet sind, würde Fluidströmungsuntersuchungen im Mikromaßstab ermöglichen, bei denen es erwünscht ist, das fortlaufende Richtungsverhalten eines um einen Körper strömenden Fluids zu untersuchen, wie z. B. bei Testmodellen im Windkanal.

Fig. 11 zeigt ein vereinfacht dargestelltes Prinzipschaltbild einer elektrischen Speise- und Ausleseschaltungsanordnung, die für den Betrieb der in Fig. 1, Fig. 7 u. Fig. 10 gezeigten Wandler mit zwei Elementen verwendet werden kann und die zur Erzeugung von Geschwindigkeits- u. Richtungssignalen durch den betriebenen Wandler dienen kann. Das die Richtung ermittelnde Widerstandspaar 11 a, 11 b oder 23 a, 23 b bildet zwei Zweige einer vierzweigigen Wheatstone-Brücke, die außerdem aus Widerständen 25 u. 26 besteht. Die Widerstände 25 u. 26 dienen dem Abgleich der Brücke, wenn sich das Fluid, das den Wandler umgibt, im Ruhezustand befindet oder die Strömungsgeschwindigkeit Null hat. Die Speisung der in Fig. 11 gezeigten Brückenschaltung erfolgt an Punkten 29 u. 30. Das Brückengleichgewicht oder -ungleichgewicht wird zwischen Punkten 27 u. 28 festgestellt, und eine sich daraus ggf. ergebende Potentialdifferenz wird als Spannungssignal durch einen Differentialverstärker 37 verstärkt, wodurch ein Signal 38, das ein Maß für den Grad des Gleichgewichts oder Ungleichgewichts der als Richtungsmeßbrücke dienenden Brückenschaltung ist, abgegeben wird. Das Signal zeigt das Ungleichgewicht durch eine Signalamplitude in positiver oder negativer Richtung an, wenn einer der beiden gepaart angeordneten Widerstände 11 a, 11 b mit größerer Geschwindigkeit angeströmt wird. Die Brückenschaltung, die durch die Widerstände 25 u. 26 und das Paar der Meßfühler-Widerstände 11 a u. 11 b gebildet ist, kann als ein Einzelwiderstand angesehen werden, der wiederum ein Zweig einer zweiten Wheatstone- Brücke ist, die durch einen Vorwiderstand 31, der in Reihe mit der ersten Wheatstone-Brücke, nämlich der Richtungsbrücke geschaltet ist, und Widerständen 32 u. 33 gebildet ist. Die Widerstände 32 u. 33 dienen dem Abgleich der zweiten Brücke bei einem Arbeitspunkt, der durch die Werte der Widerstände 32 u. 33 bestimmt wird. Jeder der Widerstände 32 u. 33 kann zum Zeitpunkt der Brückendimensionierung variiert werden, oder es kann ein Potentiometer oder ein Stellwiderstand für den einen oder anderen Widerstand, jedoch nicht für beide, verwendet werden. Dies gestattet die Auswahl des Arbeitspunktes und der Geräte-Empfindlichkeit durch das Bedienungspersonal. Ein weiterer Verstärker 35 ist ein Differentialverstärker mit hoher Leistung, der Strom an einem Punkt 40 in der Art eines geschlossenen Kreises zur Brücke zurückführt. Die Eingangsklemmen des Verstärkers 35 liegen im Diagonalzweig der Brückenschaltung an Punkten 30 u. 34. Der Abgleich der Brückenschaltung muß derart erfolgen, daß sich eine negative Rückkopplung ergibt.

Ein Differentialverstärker 36 ist an den Punkten 29 u. 30 parallel zur Richtungsbrücke geschaltet und dient der Erfassung der Fluidgeschwindigkeit an den Widerständen 11 a u. 11 b, als bildeten diese ein einziges Meßelement. Die Widerstände 11 a u. 11 b fungieren zusammen mit den Widerständen 25 u. 26 als ein einziger Widerstand mit Spannungsabfall über sich an dem Differentialeingang des Verstärkers 36. Der Spannungsabfall über diesem Gesamtwiderstand reagiert auf alle Schwankungen seiner Bestandteile. Die Widerstände 11 a u. 11 b sind solche, die einen Temperaturkoeffizienten haben, und wenn Platin für den Widerstandsfilm verwendet wird, hat der Temperaturkoeffizient einen hohen positiven Wert. Diese Tatsache gestattet das Einstellen von Werten für die Widerstände 32 u. 33, so daß den Brückenabgleichswiderstandswerten, die für den Brückenabgleich notwendig sind, genügt wird, wenn der gesamte Parallelschaltungswiderstand der Richtungsbrücke - als einziger Widerstand genommen - zusammen mit dem Vorwiderstand 31 mit den Widerständen 32 u. 33 im Gleichgewicht steht, wenn auf beiden Seiten der Brücke die gleichen Widerstandsverhältnisse vorliegen. Die dabei als "aktive" Seite bezeichnete Seite besteht aus dem Widerstand 31 und der Richtungsbrücke, und die als "Bezugsseite" bezeichnete Seite umfaßt die Widerstände 32 u. 33.

Wenn die Widerstände 11 a u. 11 b kalt sind oder nicht in Betrieb sind, ist ihr Widerstand geringer als ihr Betriebswert, und durch Regeln ihres Betriebswertes durch Einstellen des Bezugsseiten-Widerstandsverhältnisses können die Hitzwiderstandswerte, die zum Selbstabgleich der Brücke erforderlich sind, ausgewählt werden. Alle Einstellungen werden durch die negative Rückkopplung von dem Verstärker 35 auf den Punkt 40 an der Brücke geregelt. Die Rückkopplungsschleife verstellt automatisch den durch die gesamte Brückenkombination fließenden Strom, bis der Widerstandswert der Widerstände 11 a u. 11 b den Widerstandswert erreicht hat, der die Brücke zum Abgleich bringt. Wenn der Stromkreis erstmalig eingeschaltet wird, muß am Ausgang des Verstärkers 35 eine kleine Offsetspannung vorhanden sein, und die Elemente müssen eine derartige Umgebungstemperatur haben, daß der geringe Brückenstrom, der als Ergebnis der Offsetspannung fließt, ausreicht, um ein kleines Fehlersignal zwischen den Punkten 30 u. 34 zu erzeugen, wodurch der Schaltkreis selbsttätig in den Betriebszustand geschaltet wird. Die zuvor beschriebene Betriebsweise wurde als Kontrast-Temperaturverfahren (Konstant-Widerstandsverfahren) der Hitzdraht- oder Hitzfilmanemometrie beschrieben.

In einer typischen Schaltungsanordnung beträgt der Widerstandswert eines jeden der Widerstände 11 a u. 11 b bei Zimmertemperatur 3 Ohm. Vorsicht ist geboten, wenn die temperaturempfindlichen Widerstandswerte gemessen werden. Der Vorwiderstandswert beträgt 2 Ohm, und der Widerstand hat einen niedrigen Widerstands-Temperaturkoeffizienten und eine angemessene Größe, so daß Eigenheizung den Nennwiderstand bei veränderten Stromwerten nicht wesentlich verändert. Für den Wandler 10 gemäß Fig. 1 u. Fig. 2, der nach Maßgabe der gezeigten Ausführungsbeispiele aufgebaut ist, liegen die typischen Nullgeschwindigkeits-Stromwerte im Bereich von 0.1 A, und bei maximaler Strömung konnten im Extremfall Stromwerte von fast 1 A gemessen werden. Der Widerstand 32 hat 499 Ohm und kann ein Präzisionsfilm- oder -drahtwiderstand sein. Die Werte der Widerstände 25 u. 26 betragen jeweils 20 000 oder 30 000 Ohm, so daß ein unnötiges Beeinflussen der Widerstände 11 a u. 11 b vermieden wird. Ein Wert von etwa 2.245 Ohm für den Widerstand 33 bewirkt, daß der Gesamtwiderstand der Richtungsbrücke, auf 9 Ohm ansteigt, wodurch die Brücke abgeglichen wird. Die sich ergebende Oberflächentemperatur der Widerstände 11 a u. 11 b liegt im Bereich von 125 bis 135° C.

Das Ausgangssignal kann zwei verschiedene Polaritäten annehmen und gibt an, welcher Widerstand, 11 a oder 11 b, von der auftreffenden Fluidströmung stärker beeinflußt ist. Das Meßelement, das der Strömung zugekehrt ist, hat einen niedrigeren Widerstand als das Meßelement, das von der Strömung abgekehrt ist und dessen Widerstand ansteigt, während der gesamte Reihenwiderstand konstant bleibt. Das Ausgangssignal an der Klemme 39 kann nur eine Polarität annehmen und liefert ein Maß für die Geschwindigkeit, das nichtlinear ist und angibt, wie groß der Wärmeverlust des Fluidstroms ist.

Die Verstärker 35, 36 u. 37 können Festkörperschaltkreis- Funktionsverstärker sein, die durch positive und negative Energiequellen mit Spannungen von 12 oder 15 Volt gespeist werden. Ein Betrieb bei 15 Volt kann an den Ausgängen 38 u. 39 zumindest 10-Volt-Signalamplituden erzeugen. Werden zwei oder mehrere Brückenschaltungen nach Fig. 11 im Zusammenhang mit der Anordnung von zwei oder mehr Wandlern verwendet, dann muß eine korrekte und sorgfältig ausgeführte Verdrahtung vorliegen, um unerwünschte Kreuzkopplungen zwischen den Wandlern zu vermeiden, die zu Fehlfunktionen führen würden.

Fig. 12 zeigt ein vereinfacht dargestelltes Prinzipschaltbild für eine elektrische Speise- und Ausleseschaltunganordnung, die für den Betrieb der in Fig. 3, Fig. 5, Fig. 6, Fig. 8 u. Fig. 9 gezeigten Wandler mit drei Elementen verwendet werden kann und die zur Erzeugung von Geschwindigkeits- u. Richtungssignalen durch den betriebenen Wandler dienen kann. Der Hauptunterschied zwischen der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 12 und der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 11 besteht darin, daß die Richtungsbrücke, die Widerstände 11 a u. 11 b und die Widerstände 25 u. 26 , jetzt aus der durch Rückkopplung gesteuerten Brücke entfernt sind, die jetzt durch den dritten die Geschwindigkeit erfassenden Widerstand 11 c und die Widerstände 31, 32 u. 33 gebildet wird. Die Richtungsbrücke ist jetzt dem Stromausgang des Verstärkers 35 am Punkt 40 nachgeordnet und fungiert als ein konstanter Temperatur-Wandler, solange die Widerstände ähnliche Widerstandswerte wie für die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 11 beschrieben haben.

Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 12 gleicht der der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 11. Jedoch ist die Anpassung an das Strömungssignal von einer Seite zu der anderen Seite genauer, da der Widerstand 11 c für alle Strömungsgeschwindigkeitsmessungen anstelle der beiden Widerstände 11 a u. 11 b benutzt wird, die niemals so genau angepaßt werden können, daß sie als passive Widerstände und als aktive wärmeübertragende Meßelemente identisch sein können. Es ist diese Fehlanpassung - ganz gleich wie gering sie ist - die eine unterschiedliche Empfindlichkeit oder "Kurvenungleichheit" hervorruft, die sich zeigt, wenn ein kombiniertes Diagramm von Geschwindigkeit und Richtung bei konstanter Fluidgeschwindigkeit erstellt und untersucht wird.

Fig. 13 zeigt eine perspektivische Ansicht eines thermischen richtungsempfindlichen Anemometer-Wandlers 10 h nach der in Fig. 1 u. Fig. 2 gezeigten Art, der durch den Zusatz eines oberen zweiten Paares von zylindrischen Fühlelementen oder Widerständen 11 d u. 11 e modifiziert ist, die über und parallel zu dem Mittelteil 15 a des Stützgliedes 15 montiert sind. Die gleichen Bezugszeichen, die in Fig. 1 u. Fig. 2 benutzt sind, dienen auch dem Kennzeichnen der verschiedenen Teile des Wandlers 10 h. Die Widerstände 11 d u. 11 e sind symmetrische parallel zu den Widerständen 11 a u. 11 b angeordnet, obgleich die Widerstände 11 d u. 11 e etwas weiter voneinander oder weniger weit als die Widerstände 11 a u. 11 b voneinander entfernt sein können. Die Widerstände 11 d u. 11 e werden durch kleine Mengen von Klebemittel 41 a u. 41 b an jedem Ende des Leiters und Klebemittel 42 a u. 42 b an den entgegengesetzten Enden in ihrer Stellung gehalten. Die Widerstände 11 d u. 11 e sind mit elektrischen Anschlußmitteln 13 d u. 13 e an dem einen Ende bzw. 14 d u. 14 e an dem anderen Ende versehen und mit stromführenden Drähten 17 d u. 17 e bzw. 16 d u. 16 e verbunden.

Das Fortlassen einer kontinuierlichen Verbindungsbrücke zwischen den Widerständen 11 d u. 11 e und dem Mittelteil 15 a des Stützgliedes 15 kann in Verbindung mit einem Verstellen der Winkelanordnung um das Stützglied 15 herum vorteilhaft dazu verwendet werden, das räumliche und polare Ansprechen auf die Fluidströmung zu modifizieren. Allgemein wird ein Elementenpaar, das eine versperrte oder unterbrochene Strömung über einem Teil seines Querschnitts aufweist, bei einer 360°-Flächenströmung in einer Polarkurve eine polare Frequenzcharakteristik erzeugen, die größer als eine ideale Cosinusfunktion ist. Bei einem Elementenpaar, das eine freie Strömung über seinem Umfang hat, ist die allgemeine Polarfrequenz gewöhnlich kleiner als eine ideale Cosinusfunktion. Diese Charakteristika können elektrisch kombiniert werden und für jene Anwendungen verarbeitet werden, die die bestmögliche Polarcharakteristik vom Wandler verlangen.

Fig. 14 zeigt einen typischen Querschnitt eines thermischen richtungsempfindlichen Anemometer-Wandlers 10 h gemäß der in Fig. 13 gezeigten Art. Das zusätzliche Paar der Widerstände 11 d u. 11 e ist über dem in Fig. 1 gezeigten Wandler angeordnet. Obwohl im Falle der beiden Fühlelementenpaare mit Widerstandsfilm ausgestattete Fühlelemente gezeigt sind, können diese Elemente, nämlich die Widerstände 11 a u. 11 b zusammen mit den Widerständen 11 d u. 11 e, entweder als einzelne Paare oder auch als beide Paare aus rundem Draht mit gleichförmigem Querschnitt hergestellt sein. Die Verwendung von Drahtelementen erlaubt die Herstellung wesentlich kleinerer Anemometer-Wandleranordnungen, da die Größen der verfügbaren praktischen Keramikoxid-Materialien zusammen mit den ihnen innenwohnenden mechanischen Festigkeitsgrenzen der entscheidende Faktor sind, wenn Widerstandsfilm-Wandler hergestellt werden. Eine Reduzierung der Größe der Widerstandsfilm- Wandler kann durch die Verwendung von Substratmaterialien aus der Glas- oder Quarzfamilie erreicht werden.

Fig. 15 zeigt ein Polardiagramm des thermischen richtungsempfindlichen Anemometer-Wandlers 10 h gemäß Fig. 13, in dem dessen Lage in Draufsicht auf den Wandler 10 h dargestellt ist, wobei die Bezugsebene parallel zu der Ebene verläuft, die die Parallelachsen der die Richtung ermittelnden Widerstände 11 a u. 11 b oder der die Richtung ermittelnden Widerstände 11 d u. 11 e enthält. Der ideale Cosinus 43 ist als zwei Kreise um einen Radius R aufgetragen, wovon ein Kreis eine positive und der andere eine negative Polarität hat. Ein Beispiel für die Funktion, die von einem Widerstandspaar 11 a u. 11 b, das durch eine Brücke oder anderweitig mit dem zylindrischen Stützglied verbunden ist, erwartet werden kann, ist durch die Kurve 45 gezeigt, bei der der Verlauf außerhalb der idealen Cosinusfunktion liegt. Die Funktion eines Widerstandspaares 11 d u. 11 e, das nicht durch eine Brücke odr anderweitig verbunden ist, verläuft innerhalb der idealen Cosinusfunktion und ist durch die Kurve 44 dargestellt.

Claims (17)

1. Anemometer mit

• (a) zwei untereinander ähnlichen, thermisch und körperlich voneinander getrennten, zylindrischen, parallel zueinander verlaufenden elektrischen Widerständen (11 a , 11 b, 23 a, 23 b), deren Länge wenigstens so groß ist wie ihre größte Querschnittsabmessung,
• (b) Anschlußteilen (16 a, 16 b, 17 a, 17 b; 24 a, 24 b) an den Widerständen (11 a, 11 b; 23 a, 23 b), über die ein die Widerstände (11a, 11 b; 23 a) erhitzender, elektrischer Strom durch die Widerstände (11 a, 11 b; 23 a, 23 b) zu schicken ist,
• (c) wenigstens einem zylindrischen Stützglied (15) für die Widerstände (11 a, 11 b; 23 a, 23 b) dessen Mittenachse in der Längsmittelebene (21) zwischen den Widerständen (11 a, 11 b; 23 a, 23 b) liegt und, das einen geraden, parallel zu den Widerständen (11 a, 11 b; 23 a, 23 b) verlaufenden Mittelteil (15 a) sowie Befestigungsteile (15 b, 15 c) für die Widerstände an jedem Ende des Mittelteils (15 a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das die Mittenachse des geraden Mittelteils (15 a) des zylindrischen Stützglieds (15) einen Abstand von der Ebene aufweist, die die Achsen der Widerstände (19 a, 19 b; 23 a, 23 b) enthält.

2. Anemometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume zwischen den Widerständen (11 a, 11 b; 23 a, 23 b) und dem geraden Mittelteil (15 a) des Stützglieds (15) durch wärmeisolierende Brücken (12 a, 12 b) verschlossen sind.

3. Anemometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des geraden Mittelteils (15 a) des Stützglieds (15) und der Widerstände (11 a , 11 b; 23 b, 23 b) im Querschnitt einen rechten Winkel einschließen, dessen Scheitel in der Achse des geraden Mittelteils (15 a) des Stützglieds (15) liegt.

4. Anemometer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (23 a, 23 b) Drähte sind, die einen über ihre Länge gleichbleibenden Querschnitt aufweisen.

5. Anemometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Widerstand (11 a, 11 b) einen hohlen, rohrförmigen, elektrisch nicht leitenden, feuerfesten, zylindrischen Stützkörper (18 a, 18 b ), einen Widerstandsfilm (19 a, 19 b), der auf der Außenfläche des Stützkörpers (18 a, 18 b) haftet und sich über die gesamte Länge des Stützkörpers (18 a, 18 b) erstreckt, und einen sich kontinuierlich über die Außenfläche des Widerstandsfilms (19 a, 19 b) in seiner gesamten Länge erstreckenden Schutzüberzug (20 a, 20 b) aufweist.

6. Anemometer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den beiden Widerständen (11 a, 11 b; 23 a, 23 b) ein diesen Widerständen (11 a, 11 b; 23 a, 23 b) ähnlicher dritter Widerstand (11 c; 23 c) in gleichem Abstand von jedem der beiden Widerstände (11 a, 11 b; 23 a, 23 b) angeordnet ist und daß das gerade Mittelteil (15 a) des Stützglieds (15) zwischen dem dritten Widerstand (11 c; 23 c) und den beiden Widerständen (11 a, 11 b; 23 a, 23 b) liegt.

7. Anemometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Widerstand (11 c; 23 c) mit dem geraden Mittelteil (15 a) des Stützglieds (15) durch wärmeisolierende Brücken (12 c) verbunden ist.

8. Anemometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Widerstand (11 c; 23 c) nur an seinen Enden mit dem geraden Mittelteil (15 a) des Stützglieds (15) durch die Brücken (12 c) verbunden ist.

9. Anemometer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Widerstand (23 c) ein Draht mit einem über seine Länge gleichbleibendem Querschnitt ist.

10. Anemometer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Widerstand (11 c) einen hohlen, rohrförmigen, elektrisch nicht leitenden feuerfesten, zylindrischen Stützkörper (18 c), einen Widerstandsfilm (19 c), der auf der Außenfläche des Stützkörpers (18 c) haftet und sich über die gesamte Länge des Stützkörpers (18 c) erstreckt, und einen sich kontinuierlich über die Außenfläche des Widerstandsfilms (19 c) in seiner gesamten Länge erstreckenden Schutzüberzug (20 c) aufweist.

11. Anemometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere zylindrische, elektrische Widerstände (11 d, 11e) auf der dem geraden Mittelteil (15 a) des Stützglieds ( 15) jeweils gegenüberliegenden Seite der beiden Widerstände (11 a, 11 b) angeordnet sind.

12. Anemometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei weiteren Widerstände (11 d, 11 e) mit dem geraden Mittelteil (15 a) des Stützglieds (15) durch wärmeisolierende Brücken (22 a, 22 b) verbunden sind.

13. Anemometer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei weiteren Widerstände (11 d, 11 e) nur an ihren Enden mit dem Mittelteil (15 a) des Stützglieds (15) durch die Brücken (22 a, 22 b) verbunden sind.

14. Anemometer nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Widerstände (11 d, 11 e) Drähte mit über ihre Länge gleichbleibendem Querschnitt sind.

15. Anemometer nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der weiteren Widerstände (11 d, 11 e) einen hohlen rohrförmigen, elektrisch nicht leitenden, feuerfesten, zylindrischen Stützkörper (18 d, 18 e), einen Widerstandsfilm (19 d, 19 e), der auf der Außenfläche des Stützkörpers (18 d, 18 e) haftet und sich über die gesamte Länge des Stützkörpers (18 d, 18 e) erstreckt, und einen sich kontinuierlich über die Außenfläche des Widerstandsfilms (19 d, 19 e) in seiner Länge erstreckenden Schutzüberzug (20 d, 20 e) aufweist.

16. Anemometer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gerade Mittelteil (15 a) des Stützglieds (15) ein gerader zylindrischer Stab ist.

17. Anemometer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützglied (15) eine U-förmige Gestalt hat und daß seine Befestigungsteile (15 b, 15 c) senkrecht zu seinem geraden Mittelteil (15 a) verlaufen.