DE3038815A1

DE3038815A1 - Sonde fuer ein stroemungsgeschwindigkeits-messgeraet

Info

Publication number: DE3038815A1
Application number: DE19803038815
Authority: DE
Inventors: Toru Yokosuka Kita; Hiroshi Yokohama Kobayashi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-10-17
Filing date: 1980-10-14
Publication date: 1981-04-30
Also published as: GB2061511B; GB2061511A; US4326422A; JPS5657912A; JPS601566B2; DE3038815C2

Description

Sonde für ein Strömungsgeschwindigkeits-Meßgerät

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Strömungsgeschwindigkeits-Meßgerät und insbesondere auf eine Sonde eines Strömungsgeschwindigkeits-Meßgerätes, bei welchem die Theorie der "Karman¹sehen

Wirbelstrassen" praktisch angewendet wird. 5

Es ist bekannt, daß unter gewissen Umständen eine "Karman'sche Wirbelstraßen¹¹ im Abstrom eines Strömungshindernisses abgelöst wird, wenn die Strömung des Strömungsmediums senkrecht zum Strömungshindernis, wie einem Hemmkörper, verläuft= Das Ablösen von Wirbeln geschieht periodisch zuerst auf einer Seite des Körpers und dann auf der anderen Seite abhängig von der Geschwindigkeit.der Strömung. Durch Messen der Anzahl der in der Zeiteinheit vom Körper erzeugten Wirbel kann die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt werden. Bisher wurde eine Anzahl von Strömungsgeschwindigkeits-Meßgeräten vorgeschlagen,

bei welchen die oben beschriebene Theorie in der Praxis angewendet

wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonde eines Strömungsgeschwindigkeits-Meßgerätes zu schaffen, die einfach im Aufbau ist und darüberhinaus eine einfache Montage eines Wirbel-Detektors an einen Wirbel erzeuger zuläßt.

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Gemäß der Erfindung ist eine Sonde eines Strömungsgeschwindigkeits-Meßgerätes geschaffen, bei welcher die Theorie der "Karman'sehen Wirbelstrassen" praktisch angewendet ist. Eine Sonde gemäß der Erfindung umfaßt: ■ ;^

einen Wirbel erzeugenden Körper, der im wesentlichen unter einem rechten Winkel zur Strömungsrichtung eines Strömungsmediums quer über den Strom des Strömungsmediums angeordnet ist und einen ersten Schlitz aufweist, der im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung

) des Strömungsmediums verläuft, sowie einen zweiten-Schlitz, der von der Spitze des Körpers ausgeht und sich zum mittleren Abschnitt des ersten Schlitzes hin öffnet und diesen durchsetzt;

einen elektrisch isolierenden Stopfen, der dicht in dem zweiten j Schlitz angeordnet ist und zwei Durchgangslöcher aufweist;

zwei metallene Stifte, die durch die beiden Durchgangslöcher des Stopfens so hindurchgesteckt sind, daß ihre oberen Abschnitte hinreichend aus dem Stopfen hervorragen und ihre unteren Abschnitte } in den mittleren Bereich des ersten Schlitzes hineinreichen;

einen Heizdraht, der um die unteren Abschnitte der Metallstangen gewunden ist, wobei das eine Ende des Heizdrahtes mit einem der metallenen Stifte verbunden ist, während das andere Ende des Heizdrahte-s mit dem anderen Stift verbunden ist, und

Mittel zum elektrischen Isolieren des Heizdrahtes von den metallenen Stiften mit Ausnahme derjenigen Stiftabschnitte, an denen die Enden des Heizdrahtes angeschlossen sind.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispiel en mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine konventionelle Sünde eines Strömungs-

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geschwind!gkeits-Meßgerätes, bei welchem die Tiieorie der "Karman¹sehen Wirbel straßen "praktisch angewendet ist, wobei die Sonde in einem Strömungskanal für das Strömungsmedium, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, angeordnet ist;

Fig. 2 in einer Schnittansicht ähnlich Fig. 1 eine verbesserte Sonde gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III - III in F.ig. 2;

Fig. 4 Stirn- und Seitenansicht eines Wirbel-Detektors einer abge^un wandelten Sonde gemäß der Erfindung und

Fig. 6 einen Schnitt durch die abgewandelte Sonde, in welche der Wirbel Detektor nach Fig. 4 und 5 eingebaut ist.

Zur Klärung der Erfindung wird zunächst ein üblich verwendetes Strömung geschwindigkeits-Meßgerät anhand der Fig. 1 beschrieben, bei dem die Theorie der "Karman'sehen WirbelstraßetV'in der Praxis angewendet ist.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Sonde des konventionellen Meßgerätes. Die Sonde erstreckt si oh quer über einen Strömungskanal 10, durch welchen ein zu vermessendes Strömungsmedium strömt. Die gezeigte Sonde weist einen Wirbel erzeugenden Körper 12 auf, der in dem Strömungskanal 10 senkrecht zur Strömung liegt. Der Körper 12 hat einen Schlitz 14, der sich durch diesen im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung erstreckt.

Im mittleren Abschnitt des Schlitzes 14 ist ein Wirbel-Detektor angeordnet. Der Wirbel-Detektor umfaßt ein paar im Abstand angeordnete Stützstangen 16a und 16b aus elektrisch isolierendem Werkstoff, wobei diese Stützstangen fest zwischen zwei Endstücken 18a und 18b aus elektrisch leitendem Material gepackt sind. Ein Heizdraht 20,

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d. h. ein blanker Draht mit einem geeigneten elektrischen Widerstand, ist um die Stützstangen 16a und 16b gewunden und mit seinen beiden Enden an den Endstücken 18a und 18b befestigt. Zwei Leitungsdrähte 22a und 22b erstrecken sich von den Endstücken 18a und 18b zu einer bekannten Steuerschaltung, mit der vom Heizdraht 20 übermittelte Signale in praktisch nutzbare Informationssignale umgewandelt werden können. Mit der Bezugszahl 24 ist ein Verbinder zum lösbaren Verbinden der Sonde mit dem Strömungskanal 10 bezeichnet.

Im Betrieb wird der Heizdraht 20von einer elektrischen Stromquelle (nicht gezeigt) mit Strom versorgt und dadurch aufgeheizt. Durch die Strömung des Strömungsmediums in dem Strömungskanal 10 wird der so aufgeheizte Draht 20 in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmediums gekühlt, welches aufgrund der Wirbelablösung, die periodisch zuerst auf der .einen . Seite des Körpers 12 und dann auf der anderen Seite stattfindet, alternierend durch den Schlitz 14 strömt. Die Kühlung des Heizdrahtes 20 senkt seinen elektrischen Widerstand, was zu einem Spannungsabfall darin führt. Die so erzielte Spannungsänderung im Heizdraht 20 wird durch die Steuereinheit jn praktisch brauchbare Informationssignale umgewandelt, welche die Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmediums in dem Strömungskanal 10 repräsentieren.

Bei der oben beschriebenen konventionellen Sonde wird jedoch die elektrische Verbindung zwischen dem Heizdraht 20 und der Steuereinheit (nicht gezeigt) mittels der Endstücke 18a und 18b hergestellt, die im Wirbel erzeugenden Körper 12 eingebettet sind, sowie durch die Leitungsdrähte 22a und 22b, von denen jeder mit einem Absbhnitt den Körper 12 durchbohrt. Eine solche elektrische Verbindung verursacht nicht nur eine aufwendige Konstruktion sondern auch eine schlechte .Herste!!barkeit· der Sonde.

Es ist wesentliches Ziel der Erfindung, die genannten Nachtelle zu

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vermeiden.

Gemäß den Fig. 2 und 3 ist eine verbesserte Sonde gemäß der Erfindung in dem Strömungskanal 18 angeordnet. Die Sonde weist einen wirbelerzeugenden Körper 26 auf, der den Strömungskanal 10 quer und senkrecht zur Strömung des Strömungsmediums durchsetzt. Der wirbel erzeugende Körper 26 hat einen horizontalen (oder ersten) Schlitz 28, der durch diesen hindurch senkrecht zur Strömungsrichtung des im Strömungskanal 10 strömenden Strömungsmediums ver- läuft. Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, weist der wirbelerzeugende Körper 26 ferner in seinem oberen Abschnitt einen vertikalen (oder zweiten) Schlitz 30 auf, der sich von der Oberfläche des Körpers 26 . zum oberen Ende des horizontalen Schlitzes 28 erstreckt und in diesen eintaucht. Der vertikale Schlitz 30 mündet in den mittleren.} Abschnitt des horizontalen Schlitzes 28. Wie in.-Fig. 3 zu erkennen ist, ist der mittlere Abschnitt des horizontalen Schlitzes 20 geringfügig erweitert.

Im vertikalen Schlitz 30 ist fest ein Stopfen 32 eingesetzt, der aus elektrisch isolierendem Werkstoff wie einem isolierenden Kunststoff o. dgl. hergestellt ist. Ein Paar im Abstand angeordnete metallene Stifte 34a,34b z. B. aus Nickel sind durch Durchgangslöcher (keine Bezugszeichen) in dem Stopfen 32 so gesteckt, daß die oberen Abschnitte der Stifte 34a und 34b ausreichend vom oberen Ende des wirbel erzeugenden Körpers 26 wegstehen und die unteren Abschnitte der Stifte in den erweiterten Abschnitt des horizontalen Schlitzes 28 hineinragen. Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, sind die metallenen Stifte 34a und 34b in dem Schlitz 28 mit adäquatem Abstand voneinander angeordnet, um die alternierende Strömung durch den Schlitz 28 nicht zu stören. Wenn der wirbelerzeugende Körper 26 aus einem elektrisch leitendem Material besteht, muß Vorsorge dafür getroffen werden, daß er mit den metallenen Stiften 34a und 34b nicht über den Körper 26 Kontakt bekommt. Vorzugsweise sind die Stifte 34a und 34b mit Querschnittsvergrößerungen 34a-1 und 34b-1 an in den Stopfen 32 eingebetteten Stellen versehen, um eine feste Verbindung zwischen den Stiften 34a,34b und dem Stopfen 32

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zu gewährleisten. Die unteren Abschnitte der Stifte 34a und 34b, d. h. die in den horizontalen Schlitz 28 hineinragenden Abschnitte, sind mit elektrisch isolierendem Material 19 beschichtet. Ein Heizdraht 20 ist um.das isolierende Beschichtungsmaterial der unteren Abschnitte der Stifte 34a und 34b gewunden. Ein Ende des Heizdrahtes 20 ist mit dem Stift 34a.und das andere Ende des Heizdrahtes mit dem anderen Stift 34b verschweißt, so daß die Stifte 34a und 34b als Anschlußelemente dienen können.

Zur Herstellung der Sonde nach der Erfindung werden die folgenden Arbeitsschritte vorgenommen.

Zuerst -werden die beiden metallenen Stifte 34a und 34b mit den entsprechenden Querschnittsvergrößerungen 34a-1 und 34b-1 versehen.

Durch Anwenden einer Kunststoff-Formtechnik wird der vorgeformte . Stopfen 32 durch Einbetten der Stiftabschnitte mit den Querschnittsvergrößerungen 34a-1 und 34b-1 präpariert. Nachdem die unteren Abschnitte der Stifte 34a und 34b mit elektrisch isolierendem Material 19 beschichtet sind, wird ein Ende des Heizdrahtes 20 an einen Abschnitt des Stiftes 34a geschweißt, an welchem das Isoliermaterial noch nicht aufgebracht ist. Durch Drehen des Stopfens 32 um seine Achse wird der Heizdraht 20 um die unteren Abschnitte der Stifte 34a und 34b mit konstanter Steigung herumgewunden. Dann wird das andere Ende des Heizdrahtes 20 an einen Abschnitt des anderen Stiftes 34b angeschweißt, wo das isolierende Material noch nicht aufgebracht ist. Wenn erwünscht, kann nach Abschluß dieser Arbeitsschritte Isoliermaterial 19 auf die unteren Abschnitte der Stifte 34a und 34b zusätzlich aufgebracht werden, um ein festes Fixieren des Heizdrahtes an den Stiften 34a und 34b zu gewährleisten. Die montierte Sonde umfaßt den Stopfen 32, die metallenen Stifte 34a,34b und den Heizdraht und wird am.Wirbel erzeugenden Körper 26 durch Einsetzten des Stopfens in den vertikalen Schlitz 30 mit Passitz montiert.

In den Fig. 4, 5 und 6 ist eine alternative Sonde gemäß der Erfindung

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gezeigt, wobei in der Zeichnung ähnliche Teile zu Teilen aus Fig. 2 und 3 mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind. Bei dieser alternativen Sonde haben die oberen Abschnitte der metallenen Stifte 34a und 34b unterschiedliche Längen, und der Stopfen 32 ist mit größeren und kleineren Abschnitten gestaltet. Der vertikale Schlitz 30 des Wirbel erzeugenden Körpers 26 ist mit einem abgesetzten Teil zur Anpassung an die Gestalt des Stopfens 32 versehen. Mit Stiften 34a und 34b unterschiedlicher Länge läßt sich ein Aufstecken eines Verbinders (nicht gezeigt) auf die Stifte im Vergleich zur Sonde nach den Fig. 2 und 3 erleichtern.

Die vorangehende Beschreibung hat verdeutlicht, daß gemäß der Erfindung eine einfache Konstruktion der Sonde aufgrund der Nutzung der Stifte 34a und 34b nicht nur als Heizdrahtträger sondern auch als End- oder Anschlußelemente erreichtist.. die Erfindung macht es überflüssig, für die Leitungsdrähte Aufnahmekanäle im Wirbel bildenden Körper gemäß dem Stand der Technik nach Fig. 1 vorzusehen. Aufgrund der Vermeidung von Aufnahmekänälen für die Anschlußdrähte wird eine gute .Herstellbarteitder Sonde erwartet. Der Fachmann erkennt die Leichtigkeit, mit welcher der Wirbel-Detektor umfassend die metallenen Stifte 34a und 34b, den Heizdraht 20 und den Stopfen am wirbelbildenden Körper 26 montierbar ist.

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Claims

D-3000 München 80 Sckellstrasse 1

Telefon (083) 4 48 2496 Telex 5 215 935

Telegramme patemus münchen Postscheck München 39418-802 Reusohelbank München 2603007

Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang

zugelassen beim Europäischen Patentamt — admitted to the European Patent Office — Mandataire agree aupres Γ Office Europeen des Brevets

Nissan Motor Co. Ltd.
Yokohama City, Japan
P 098 38

Ansprüche

.) Sonde für ein Strömungsgeschwindigkeits-Meßgerät, gekennzeichnet durch:

einen Wirbel erzeugenden Körper (26), der im wesentlichen unter einem rechten Winkel zur Strömungsrichtung eines Strömungsmediums quer über den Strom des Strömungsmediums angeordnet ist und einen ersten Schlitz (28) aufweist, der im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Strömungsmediums verläuft, sowie einen zweiten Schlitz (30), der von der Spitze des Körpers ausgeht und sich zum mittleren Abschnitt des ersten Schlitzes hin öffnet und diesen durchsetzt;

einen elektrisch isolierenden Stopfen (32), der dicht in dem zweiten Schlitz angeordnet ist und zwei Durchgangslöcher aufweist; . '

zwei metallene Stifte (34a,34b), die durch die beiden Durchgangslöcher des Stopfens so hindurchgestetkt sind, daß ihre oberen Abschnitte hinreichend aus dem Stopfen hervorragen und ihre unteren Abschnitte in den mittleren Bereich des ersten Schlitzes hinein-

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reichen;

einen Heizdraht (20), der um die unteren Abschnitte der Metall stangen gewunden ist,- wobei das eine Ende des Heizdrahtes mit einem der metallenen Stifte verbunden ist, während das andere Ende dds Heizdrahtes mit dem anderen Stift verbunden ist, und

Mittel (19) zum elektrischen Isolieren des Heizdrahtes von den metallenen Stiften mit Ausnahme derjenigen Stiftabschnitte, an denen die Enden des Heizdrahtes angeschlossen sind.
2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt des ersten Schlitzes dort erweitert ist, wo die unteren Abschnitte der metallenen Stifte (34a,34b) angeordnet sind.
3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichn et, daß jeder Stift in seinem in dem Stopfen eingebetteten Abschnitt eine Querschnittsvergrößerung (34a-1, 34b-1) aufweist.
4. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Abschnitte der metallenen Stifte unterschiedliche Länge haben.
5. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die genannten Mittel (19) ein elektrisches Isoliermaterial umfassen, mit welchem die unteren Abschnitte der Stifte beschichtet sind.

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