DE3216916A1

DE3216916A1 - Vorrichtung zum erfassen kleiner druckdifferenzen

Info

Publication number: DE3216916A1
Application number: DE19823216916
Authority: DE
Inventors: Efstratios Dr.-Ing. 4690 Herne Rigos
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-05-06
Filing date: 1982-05-06
Publication date: 1983-11-10

Description

Vorrichtung zum Erfassen kleiner Druckdifferenzen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen kleiner Druckdifferenzen insbesondere zwischen zwei Räumen.

Im Zuge von EnergieSparmaßnahmeη werden immer häufiger Isolierglasfenster auch in solche Häuser eingebaut, deren Räume noch mit Kohle- oder Ölofen direkt beheizt werden. Da die Isolierglasfenster fugendicht sind, können sich Probleme bei der Sauerstoffversor- £ung der Feuerstelle ergeben, weil der Unterdruck im Kamin nicht ausreicht, um genügend Frischluft aus dem Raum in den Ofen einzusaugen. Bei bestimmten Betriebszuständen kann es auch zu einer Umkehrung der Druckverhältnisse kommen, wenn nämlich der Druck im Kamin gleich oder größer ist als der Druck im Raum. Dann besteht die Gefahr, daß gefährliche Abgase in den Raum eintreten und gegebenenfalls Vergiftungen verursachen. Detektoren, die derartige Abgase erfassen können, sind zwar bekannt, sie sind jedoch aufwendig und teuer. Einfacher ist es, die Druckdifferenz zwischen dem Raum und dem Kamin zu erfassen und einen entsprechenden Meßwert zur Beurteilung des jeweiligen Betriebszustandes des Ofens heranzuziehen. Da die Druckdifferenzen zwischen Raum und Kamin jedoch sehr klein sind, bereitet ihre Erfassung mit herkömmlichen Druckwächtern ebenfalls Schwierigkeiten, weil diese für den Bereich kleinster Druckdifferenzen nicht geeignet oder ebenfalls sehr teuer sind.

Das Problem der Erfassung extrem kleiner Druckdifferenzen tritt unter anderem auch auf bei der Überwachung des Betriebszustandes von Digestorien in chemischen Laboratorien oder bei der überwachung des Über-

drucks z.B. in Operationsräumen von Krankenhäusern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, mit der extrem kleine Druckdifferenzen zuverlässig erfaßt werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung, die gekennzeichnet ist durch einen Strömungskanal mit Einlaß und Auslaß, die jeweils einem der Räume zugeordnet sind, und durch einen beheizten Temperaturfühler im Strömungskanal .

Ein solcher Strömungskanal wird beispielsweise einerseits an den ofenbeheizten Raum und andererseits an den Kamin angeschlossen. Auch bei extrem geringen ' Druckdifferenzen zwischen dem Raum und dem Kamin entsteht dann im Strömungskanal eine Strömung, die den beheizten Temperaturfühler beaufschlagt, d.h. in der Regel kühlt. Aus dem Meßsignal des Temperaturfühlers kann dann auf das Vorhandensein einer Strömung und damit auf das Vorhandensein einer Druckdifferenz zwischen Raum und Kamin geschlossen werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mißt also die Druckdifferenz nicht direkt, sondern indirekt über eine sich zwischen den beiden Räumen unterschiedlichen Drucks einstellende Strömung.

Der Temperaturfühler ist vorzugsweise ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand (Thermistor), der sehr empfindlich auf unterschiedliche Kühlung bei unterschiedlichen und auch bei sehr kleinen Strömungsgeschwindigkeiten reagiert.

Die Beheizung des Temperaturfühlers kann durch die beim Betrieb entstehende Eigenwärme erfolgen. Größere Empfindlichkeiten erreicht man Jedoch, wenn der Temperaturfühler fremdbeheizt ist. Dazu kann im Bereich des Temperaturfühlers innerhalb des Strömungskanals ein Heizwiderstand angeordnet sein, und zwar vorzugsweise so, daß der Heizwiderstand vertikal unterhalb sowie stromabwärts vom oder auf gleicher Höhe mit dem Temperaturfühler angeordnet ist. Diese An-Ordnung hat den Vorteil, daß der Temperaturfühler durch die vom Heizwiderstand abgegebene Wärme solange nicht beaufschlagt wird, wie der Strömungskanal durchströmt ist. Erst wenn die Strömung zur Ruhe kommt, d.h. wenn in beiden miteinander verbundenen Räumen der gleiche Druck, herrscht, wird die vom Heizwiderstand erzeugte Wärme durch Konvektion auf den Temperaturfühler übertragen, der dann ein entsprechendes Signal abgibt.

Um unerwünschte Einflüsse der Umgebung auf den Temperaturfühler auszuschließen, ist es zweckmäßig, wenn der Strömungskanal in einem wärmeisolierten Gehäuse angeordnet ist. Dann besteht auch die Möglichkeit, im wärmeisolierten Gehäuse einen identischen, ein Bezugssignal abgebenden Temperaturfühler anzuordnen, und beide Temperaturfühler beispielsweise in einem nachgeschalteten Meßverstärker zu einer Wheatstone¹ sehen Brücke zusammenzuschalten. Auch das verbessert die Empfindlichkeit und die Meßgenauigkeit.

Um sicherzustellen, daß bei Umkehrung der Druckdifferenz, also beispielsweise bei höherem Druck im Kamin und geringerem Druck im Raum, kein Meßsignal abgegeben wird, das einen ordnungsgemäßen Betrieb anzeigt, ist eine bevorzugte Ausführung der Erfindung gekennzeichnet durch einen dem Strömungskanal zuge-

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ordneten Bypass, dessen Strömungswiderstand in Ric tung Einlaß - Auslaß größer und in umgekehrter Ria tung kleiner ist als der Strömungswiderstand des S mungskanals. Das kann z.B. dadurch erreicht werden daß dem Anfang des Strömungskanals eine damit flue] tende Strahldüse zugeordnet ist, deren Strahl den Bypass kreuzt.

Eine praktische Ausführung der Erfindung ist gekeru -JO zeichnet durch einen im Gehäuse angeordneten Isoli« körper mit dem Strömungskanal, dessen Anfang und Ei de in den zwischen Isolierkörper und Gehäuse befinc liehen Bypass münden, wobei das Gehäuse als Einlaß die mit dem Anfang des Strömungskanals fluchtende Strahldüse sowie den Auslaß aufweist. Wenn der Strc mungskanal U-förmig verläuft und sein Anfang und se Ende auf einer Seite des Isolierkörpers münden, erreicht man auf einfache Weise, daß der Strcnningskanal nur von der die Strahldüse verlassenden Luft durchströmt wird, während in umgekehrter Richtung hauptsächlich der Bypass durchströmt wird.

Wenn Anfang und Ende des U-förmigen Strömungskanals der Unterseite des Isolierkörpers münden, der U-Bo§ also den obersten Bereich des Strömungskanals bilde erreicht man mit einfachen Mitteln die oben beschri bene konvektive Erwärmung des Temperaturfühlers bei ruhender Strömung, d.h. bei verschwindenden Druckdi ferenzen.

Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert; die ei zige Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung kleiner Druckdifferenzen zwischen zwei

Räumen. ...

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Die dargestellte Vorrichtung ist in einem Gehäuse 1 untergebracht, das als Einlaß eine Strahldüse 2 und als Auslaß einen Stutzen 3 aufweist. Das Gehäuse 1 wird beispielsweise in einem ofenbeheizten Raum so angeordnet, daß die Raumluft durch die Strahldüse eintreten kann. Der Stutzen 3 wird über eine nicht dargestellte Anschlußleitung beispielsweise an ein Abgasrohr des Ofens oder unmittelbar an den Kamin angeschlossen. Solange im Kamin ein geringerer Druck herrscht als im betreffenden Raum, entsteht innerhalb der Vorrichtung eine Strömung, die den eingezeichneten Pfeilen folgt.

Im Gehäuse 1 befindet sich ein Isolierkörper 4 mit einem U-förmigen Strömungskanal 5. Der Anfang des Strömungskanals 5 befindet sich gegenüber der Strahldüse 2, die mit dem Anfangsabschnitt des Strömungskanals 5 fluchtet. Anfang und Ende des Strömungskanals münden auf einer Seite des beim Ausführungsbeispiel quaderförmigen Isolierkörpers 4. Das Gehäuse wird so eingebaut, daß der U-Bogen 6 den oberen Bereich des Strömungskanals 5 bildet.

Im Bereich des U-Bogens 6 befindet sich im Strömungskanal 5 ein Thermistor 7. Im Endabschnitt des Strömungskanals 5i also stromabwärts,sowie unterhalb vom Thermistor 7 ist ein elektrischer Heizwiderstand 8 angeordnet. Nicht dargestellt ist, daß im Isolierkörper 4,gegen äußere Einflüsse geschützt, ein weiterer Thermistor angeordnet sein kann. Anschlußleitungen 9, 10 des oder der Thermistoren 7 und des Heizwiderstandes 8 führen zu einem Steuergerät 11 mit Stromversorgung, Meßverstärker, Signalgeber und dergleichen. Wenn im Isolierkörper k neben dem durch die Strömung beaufschlagbaren Thermistor 7 noch ein weiterer ge-

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kapselter Thermistor vorgesehen ist, werden beide innerhalb des Steuergerätes 9 zweckmäßigerweise zu einer Wheatstone¹sehen Brücke des Meßverstärkers zusammengesehaltet.

Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Isolierkörper 4 verbleibt ein umlaufender Bypass 12, in den beim dargestellten Ausführungsbeispiel Anfang und Ende des Strömungskanals 5 münden.

Die dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Solange der Luftdruck des Raumes, in dem die Vorrichtung angeordnet ist, größer ist als der Druck im Kamin, der über die Anschlußleitung an den Stutzen 3 angeschlossen ist, strömt Raumluft durch die Strahldüse 2 in das Gehäuse 1 ein. Aufgrund der Strahlwirkung gelangt die Raumluft in den Strömungskanal 5 und durchströmt diesen. Aus dem Strömungskanal 5 gelangt die Raumluft über den Bypass 12 zum Stutzen 3· Der Thermistor 7 wird von der durchströmenden Luft beaufschlagt und auf Raumtemperatur gekühlt. Da die durch den Strömungskanal fließende Luft zunächst den Thermistor 7 und erst dann-den Heizwiderstand 8 beaufschlagt, wird die vom Heizwiderstand 8 erzeugte Wärme von der Raumluft mitgenommen und abgeführt.

Wenn die Druckdifferenz zwischen dem Raum und dem Kamin verschwindet, fließt auch keine Luft mehr durch den Strömungskanal 5. Die vom Heizwiderstand 8 erzeugte Wärme wird folglich nicht mehr abgeführt. Die im Strömungskanal 5 befindliche Luft wird folglich aufgeheizt und gelangt durch Konvektion in den Bereich des Thermistors 7, dessen Meßsignal sich daraufhin ändert. Aufgrund dieser Änderung wird im Steuergerät 11 der im einzelnen nicht dargestellte Signalgeber betätigt, der damit einen unter Umständen ge-

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fährlichen Betriebszustand anzeigt.

Bei Umkehrung der Druckverhältnisse, also bei höherem Druck im Kamin und geringerem Druck im Raum, entsteht eine Strömung in umgekehrter Richtung, - Jedoch nur im Bypass 12. Der Strömungskanal 5 wird dadurch nicht berührt. Deswegen wird auch in diesem Fall ein Warnsignal vom Signalgeber abgegeben.

Die beschriebene Vorrichtung kann in gleicher Weise eingesetzt werden zur überwachung des Betriebszustandes von Digestorien in chemischen Laboratorien und/ oder zur Überdrucküberwachung beispielsweise in Operationsräumen von Krankenhäusern. Andere Einsätze sind möglich.

Es versteht sich, daß die beschriebene Vorrichtung nicht nur zum Erfassen und zur Anzeige einer verschwindenden Druckdifferenz eingesetzt werden kann, sondern auch zur kontinuierlichen Messung extrem geringer Druckdifferenzen.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Erfassen kleiner Druckdifferenzen insbesondere zwischen zwei Räumen, gekennzeichnet durch einen Strömungskanal (5) mit Einlaß (2) und Auslaß (3)» die jeweils einem der Räume zugeordnet sind, und durch einen beheizten Temperaturfühler (7) im Strömungskanal (5).

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (7) ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand (Thermistor) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (7) durch die beim Betrieb entstehende Eigenwärme beheizt ist,

^. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturfühler (7) fremdbeheizt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet , daß im Bereich des Temperaturfühlers (7) innerhalb des Strömungskanals (5) ein Heizwiderstand (8) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -5, dadurch

gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (8) vertikal unterhalb sowie stromabwärts vom oder auf gleicher Höhe mit dem Temperaturfühler (7) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet , daß der Strömungskanal (5) in einem wärmeisolierteη Gehäuse (4) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Temperaturfühlers ein identischer, ein Bezugssignal abgebender Temperaturfühler angeordnet ist.

2C 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -8, gekennzeichnet durch einen dem Strömungskanal (5) zugeordneten Bypass (12), dessen Strömungswiderstand in Richtung Einlaß - Auslaß größer und in umgekehrter Richtung kleiner ist als der Strömungswiderstand des Strömungskanals (5).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -9, dadurch gekennzeichnet , daß dem Anfang des Strömungskanals (5) eine damit fluchtende Strahldüse (2) zugeordnet ist, deren Strahl den Bypass (12) kreuzt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -10, gekennzeichnet durch einen im Gehäuse (1) angeordneten Isolierkörper (4) mit dem Strömungskanal (5), dessen Anfang und Ende in den zwischen Isolierkörper (4) und Gehäuse (1) befindlichen Bypass (12) münden, wobei das

Gehäuse als Einlaß die mit dem Anfang des Strömungskanals (5) fluchtende Str^nldÜse (2) sowie den Auslaß (3) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (5) U-förmig verläuft und daß sein Anfang und sein Ende auf einer Seite des Isolierkörpers (4) münden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß Anfang und Ende des U-förmigen Strömungskanals (5) an der Unterseite des Isolierkörpers (4) münden.