DE3634005A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der stroemungsgeschwindigkeit einer freien stroemung im raum - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer freien Strömung im Raum, bei dem a) die statischen Drücke an zwei in Längsrichtung verschiedenen Stellen eines Strömungskörpers mit variierender Dicke gemessen werden und deren Differenz gebildet wird oder aber b) die Differenz dieser statischen Drücke direkt gemessen wird, wobei die eine Meßstelle an oder nahe der dicksten Stelle des Strömungskörpers liegt und die andere Meßstelle an einer stromabwärts gelegenen dünneren Stelle des Strömungskörpers liegt, und die Geschwindigkeit der Strömung aus der Quadratwurzel der bestimmten oder der direkt gemessenen Druckdifferenz, geteilt durch die Dichte des strömenden Mediums, und einem Geometriefaktor, der von der Form des Strömungskörpers abhängt, bestimmt wird.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, d. h. zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer freien Strömung im Raum, die einen Meßkopf in Form eines Strömungskörpers mit einem geringen Strömungswiderstand in Längsrichtung, der nahe seiner dicksten Stelle um seinen Umfang herum verteilt in seinen hohlen Innenraum reichende Bohrungen oder einen umlaufenden Schlitz, der durch Bohrungen mit dem hohlen Innenraum verbunden ist, und an seinem hinteren sich verjüngenden Ende um seinen Umfang herum verteilt in seinen hohlen Innenraum reichende zweite Bohrungen oder einen zweiten umlaufenden Schlitz, der durch Bohrungen mit dem hohlen Innenraum verbunden ist, aufweist, wobei der hohle Innenraum durch eine Trennwand zwischen dem ersten und dem zweiten Schlitz oder den ersten und den zweiten Bohrungen in zwei Kammern unterteilt ist, in denen jeweils Druckmeßanschlüsse enden, und Meßeinrichtungen zum Messen in den Kammern und/oder zum Messen der Druckdifferenz zwischen den Kammern umfaßt.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind in der deutschen Patentanmeldung P 36 13 867.3 beschrieben. Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, dieses Verfahren und diese Vorrichtung weiter zu verbessern.

Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung dienen zum einen dazu, um mit einer fest eingebauten Sonde die Geschwindigkeit eines strömenden Mediums, das diese Sonde umströmt, zu messen, und zum anderen, um als bewegte Sonde, z. B. an Flugkörpern wie Flugzeugen, Helikoptern usw., Schiffen, Landfahrzeugen oder dergleichen, bei deren Bewegung durch ein Medium wie Luft oder Wasser die relative Geschwindigkeit zwischen dem Körper, der die Sonde trägt, und dem Medium zu messen. Im letzteren Falle dient die Sonde also mit anderen Worten zur Messung der Geschwindigkeit eines Flugzeuges, eines Helikopters, eines Schiffes, eines Landfahrzeuges usw.

Solange es Fahrzeuge gibt, ist es notwendig, die Geschwindigkeit der Fahrzeuge zu messen. Insbesondere bei Flugzeugen ist die Kenntnis der Geschwindigkeit wesentlich. Es gibt aber auch viele andere technische Probleme, bei denen strömende Medien gemessen werden müssen. Die seit langem bekannten Meßgeräte waren:

Drucksonden, die zur Messung des statischen Druckes an irgendeiner Stelle innerhalb einer Strömung dienen und beispielsweise aus einem vorn abgerundeten Rohr mit seitlich angebrachten kleinen Bohrungen oder einem Ringschlitz bestehen. Die Öffnungen, d. h. die Bohrungen oder der Ringschlitz, müssen außerhalb der von der Sondenspitze beeinflußten, beschleunigten Strömung liegen, und die Sonde mißt nur richtig bei genau axialer Anströmung. Dieser geringe Anblaswinkel ist bei dem praktischen Einsatz häufig von Nachteil.

Pitot-Rohre messen den Gesamtdruck in dem Spezialfall, daß dieser gleich dem Staudruck ist, wenn die Strömung in einem Staurohr vollständig abgebremst wird.

Staurohre nach Prandtl sind Kombination aus einem Pitot- Rohr mit einer Messung des statischen Druckes notwendigen Drucksonde und gestatten die Bestimmung des Staudruckes als Differenz aus dem Gesamtdruck und dem gemessenen statischen Druck, woraus sich weiterhin die Anblasgeschwindigkeit bestimmen läßt. Sie ergibt sich rechnerisch aus der Quadratwurzel aus der Druckdifferenz (Gesamtdruck minus statischer Druck), geteilt durch die Dichte des Mediums.

Auch bei den Staurohren nach Prandtl können genaue Messungen nur bei praktisch axialer Anströmung erzielt werden. Ein wesentlicher Grund dafür ist unter anderem, daß die Öffnung bzw. Öffnungen zur Messung des statischen Druckes räumlich relativ weit entfernt sind von der Staudruck-Meßöffnung. Deshalb können nur bei ganz gleichmäßiger Umströmung des Prandtl-Rohres in axialer Richtung exakte Messergebnisse erzielt werden.

Schließlich dienen noch Venturi-Rohre zur Messung von Durchflußgeschwindigkeiten. Ein Venturi-Rohr ist ein mit einer Verengung ausgestattetes Rohr, das axial durchströmt wird. Mit einem Manometer wird der statische Druckunterschied zwischen einer Stelle, an der die Strömung noch weitgehend laminar ist, und an der Verengungsstelle gemessen. Bei reibungs- und wirbelfreier Stömung ergibt sich die Durchflußgeschwindigkeit in dem laminar durchströmten Teil des Rohres durch Anwendung der Kontinuitätsgleichung und der Bernoullischen Gleichung als Quadratwurzel aus der Differenz der statischen Drücke, geteilt durch die Dichte des strömenden Mediums, und einem Geometriefaktor des Venturi-Rohres.

Ausgehend von einem bekannten Venturi-Rohr zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit in einem Rohr, wird in der deutschen Patentanmeldung P 36 13 867.3 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer freien Strömung im Raum angegeben, die z. B. auch auf die Messung der Fahrt eines Flugkörpers oder dergleichen anwendbar sind und die in einem großen Winkelbereich bezüglich der Strömungsrichtung bzw. der Anblasrichtung einsetzbar sind.

Bei diesem Verfahren werden die statischen Drücke an zwei in Längsrichtung verschiedenen Stellen eines Strömungskörpers mit variierender Dicke gemessen und ihre Differenz gebildet, oder aber es wird die Differenz dieser statischen Drücke direkt gemessen, wobei die eine Meßstelle an oder nahe der dicksten Stelle des Strömungskörpers liegt und die andere Meßstelle an einer stromabwärts gelegenen dünneren Stelle des Strömungskörpers liegt, und die Geschwindigkeit der Strömung ergibt sich dann aus der Quadratwurzel der bestimmten oder der direkt gemessenen Druckdifferenz, geteilt durch die Dichte des strömenden Mediums, und einem Geometriefaktor, der von der Form des Strömungskörpers abhängt.

Vorzugsweise wird als Strömungskörper ein hohler rotationssymmetrischer Meßkopf verwendet, der in seinem Inneren in zwei Kammern unterteilt ist. In der einen Kammer enden die Bohrungen der ersten Meßstelle, während in der anderen Kammer die Bohrungen der anderen Meßstelle enden, so daß sich in der ersten Kammer der statische Druck entsprechend der ersten Meßstelle, und in der zweiten Kammer der statische Druck entsprechend der zweiten Meßstelle einstellt.

Es hat sich gezeigt, daß die Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit mit diesem Aufbau in einem großen Winkelbereich des Anströmwinkels oder Anblaswinkels einsetzbar ist und gute Meßergebnisse liefert. Solange die Strömung über einen großen Bereich gleichmäßig verläuft, liefert die einfache Meßsonde, bestehend aus einem Meßkopf in Form eines Strömungskörpers, der an zwei umlaufenden Stellen mit Meßbohrungen oder einem Ringschlitz versehen ist, gute Meßergebnisse der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb eines großen Anblas- oder Strömungswinkelbereichs. Wenn die Strömung ungleichmäßiger ist, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Meßkopf mit einem Ring zu umgeben, so daß die Strömung in dem Ringkanal zwischen der Oberfläche des Meßkopfes und der Innenfläche des Ringes erfaßt wird. Ein derartiger Ring egalisiert die Strömung und liefert auch bei ungleichmäßiger Strömung um die Meßsonde herum gut reproduzierbare Werte für die Geschwindigkeit.

Im letzteren Falle ist der Strömungskanal, durch den die zu messende Strömung hindurchströmt, ein ringförmiger Kanal, der sich (an der dicksten Stelle des Strömungskörpers) verengt und dann wieder erweitert.

Die Wahl der Form, einschließlich des Durchmessers, des Querschnitts, des Querschnittverlaufs und der Lage bezüglich des Strömungskörpers, für den Ring richtet sich nach verschiedenen Parametern wie beispielsweise der Form des Strömungskörpers, der Lage der Meßöffnungen oder der Schlitze zur Messung der statischen Drücke, den zu erwartenden Strömungsgeschwindigkeiten, Art, Dichte und Gleichmäßigkeit des strömenden Mediums usw. Der Fachmann wird deshalb im allgemeinen die Form und die Stellung des Ringes experimentell bestimmen.

Ein wesentlicher Parameter für die Eigenschaften der Meßsonde ist beispielsweise der Abstand des Ringes von der Oberfläche des Strömungskörpers. Er dient zum einen zur Konzentrierung und Egalisierung der zu messenden Strömung und zum anderen zur Veränderung des Meßbereiches. Wenn der Abstand zwischen Strömungskörper und Ringinnenfläche verkleinert wird, werden die Stromlinien bei gleicher Vorderöffnung des Ringspaltes an der ersten Meßstelle stark zusammengedrängt, und die Druckdifferenz p₁-p₂ kann bei geeigneter Lage der zweiten Meßstelle dadurch so vergrößert werden, daß kleinere Strömungsgeschwindigkeiten gemessen werden können. Andererseits führt eine weniger starke Einengung der Strömung, die auf die offene Eintrittsfläche des Ringspaltes auftrifft, zu geringeren Druckdifferenzen p₁-p₂, wodurch die Meßsonde insgesamt weniger empfindlich wird.

Auch die geometrische Form der vorderen Endfläche des Strömungskörpers hat eine wesentliche Bedeutung für die Meßbereiche, in denen die Meßsonde der Erfindung richtig arbeitet. Bei geringeren zu messenden Strömungsgeschwindigkeiten (im Unterschallbereich) wird es zweckmäßig sein, die vordere Endfläche im wesentlichen als Kugelkalotte auszubilden. Man erhält dadurch beim Auftreffen der Strömung auf die Sonde die Vorteile, die sich bei der Umströmung einer Kugel ergeben, wie z. B. die geringe Ablösung der Strömung von einer Kugeloberfläche. Hier liegt vermutlich unter anderem auch ein Grund für den hohen erreichbaren Anblas-Meßwinkel der Sonde.

Wenn Geschwindigkeiten von Strömungen im Übergangsbereich von Unterschall- zu Überschallströmung gemessen werden sollen, erhält die vordere Endfläche der Meßsonde vorzugsweise die Form eines Stromlinienkörpers, wobei eine im wesentlichen elliptische Form mit einem Achsenverhältnis von 1 : 1,6 darüber hinaus den Vorteil bietet, daß eine Unabhängigkeit von der Reynoldszahl Re erhalten wird.

Im Überschallbereich einer zu messenden Strömung erweist sich ein typisches spitzes Überschallprofil, wie es an sich in der Strömungslehre bekannt ist, als vorteilhaft für die Form der vorderen Endfläche des Strömungskörpers der Meßsonde.

Obgleich mit dem beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Vorrichtung bereits Strömungsmessungen in Winkelbereichen bis zu ±30° und mehr mit guter Genauigkeit und Reproduzierbarkeit durchgeführt werden konnten, besteht häufig das Bedürfnis, entweder noch größere Meßbereiche der Strömungsrichtung zu erfassen oder bei stark schwankenden Richtungen der Anströmung trotzdem die Strömungsgeschwindigkeit genau zu messen. So bietet beispielsweise die Fahrtmessung bei Helikoptern ein großes Problem. Zum einen ist die Bestimmung der Fahrt eine äußerst wichtige Messung bei Helikoptern, während andererseits gerade diese Messung mit einer am Helikopter starr angebrachten Sonde dadurch erschwert wird, daß der Helikopter Fahrtänderungen durch Schwenken um seine Querachse durchführt, so daß auch die Meßsonde mit verschwenkt wird. Dabei wird die Sonde häufig so stark geschwenkt, daß ihre Mittelachse aus dem Meßbereich in bezug auf die Strömungsrichtung herausgeschwenkt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine Sonde zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer freien Strömung im Raum zu schaffen, die auch bei stark wechselnden Anströmrichtungen eine genaue Messung der Strömungsgeschwindigkeit gestattet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art, bei dem der Strömungskörper über einen Servo-Mechanismus so in der Strömung ausgerichtet wird, daß seine Mittelachse in Richtung der Strömung verläuft, indem an mehreren, vorzugsweise in gleichem Abstand von dem vorderen Nasenpunkt des Strömungskörpers liegenden Punkten der vorderen Kuppe der Druck gemessen und aus gegebenenfalls bestehenden Druckdifferenzen ein Nachführsignal für den Servo-Mechanismus abgeleitet wird.

Vorzugsweise wird dabei der Druck an vier im gleichen Abstand von dem Nasenpunkt des Strömungskörpers liegenden und voneinander gleich beabstandeten Punkten gemessen und aus der Druckdifferenz der sich gegenüberliegenden Meßpunkte jeweils ein Nachführsignal abgeleitet. Besonders zu bevorzugen ist, das Druckdifferenzsignal zum Nullabgleich einer Brückenschaltung auszunutzen, die ihrerseits im nicht abgeglichenen Zustand einen Servomotor oder zwei Servomotoren, die den Strömungskörper in senkrecht aufeinander stehenden Ebenen drehen, steuert.

Zur Durchführung dieses Verfahrens wird weiterhin durch die Erfindung die Vorrichtung der eingangs angegebenen Art dadurch ergänzt, daß auf der vorderen Kuppe des Strömungskörpers im gleichen Abstand von dem vordersten Nasenpunkt des Strömungskörpers mehrere Bohrungen vorgesehen sind, in denen Meßeinrichtungen zum Messen des Druckes in der jeweiligen Bohrung und/oder zum Messen von Druckdifferenzen zwischen jeweils zwei Bohrungen vorgesehen sind, die Druckdifferenzsignale abgeben, und daß der Strömungskörper in seinem hinteren Ende um mindestens eine Querachse schwenkbar gelagert und ein Servo-Mechanismus, der vorzugsweise mindestens einen Servomotor umfaßt, vorgesehen ist, dem die gegebenenfalls erzeugten Druckdifferenzsignale zugeführt werden und der den Strömungskörper verschwenkt, bis keine Druckdifferenzen mehr vorhanden sind.

Zu bemerken ist, daß statt der Bohrungen mit den Meßeinrichtungen zum Messen des Druckes oder zum Messen von Druckdifferenzen zwischen zwei Meßpunkten auch Meßeinrichtungen wie beispielsweise Piezo-Kristalle in die Oberfläche des Strömungskörpers an den Meßpunkten eingelassen sein können. Ein derartiger Aufbau ist jedoch fertigungsmäßig aufwendig, und die Oberfläche des Strömungskörpers kann dadurch Inhomogentitäten erhalten.

Obgleich bereits drei Druckmeßplatten hinreichende Informationen für die Servorsteuerung liefern würden, sind vorzugsweise vier Bohrungen im gleichen Abstand zum Nasenpunkt und voneinander auf der Vorderkuppe des Strömungskörpers angeordnet, und die Druckdifferenz der zwei sich jeweils gegenüberliegenden Bohrungen liefern das Steuersignal für einen Servomotor für die Schwenkung des Strömungskörpers um eine erste Querachse, während die Druckdifferenz des anderen Bohrungspaares das Steuersignal für einen zweiten Servomotor zur Schwenkung um eine zweite, zu der ersten rechtwinklige Querachse liefert. Auf diese Weise kann ein großer Raumwinkel bei der Verschwenkung des Strömungskörpers erfaßt werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Meßbohrungen mit Druckmeßleitungen verbunden, die sich durch das Innere des Strömungskörpers erstrecken. In einer anderen Ausführungsform befindet sich zur Messung der Druckdifferenz zwischen zwei Druckbohrungen in einem Verbindungsstück zwischen diesen Bohrungen eine Thermistor-Strömungsdiode ("flow-sensor"), die in einer elektrischen Brückenschaltung liegt, die ihrerseits über einen Servo-Verstärker mit einem Servomotor zum Verschwenken des Strömungskörpers verbunden ist. Die Druckdifferenz bewirkt an der Thermistor-Strömungsdiode solch eine Temperaturdifferenz (da die Temperatur auf der Seite des höheren Druckes niedriger ist), daß eine abgeglichene Brückenschaltung von der Diode aus dem Gleichgewicht gebracht wird. So lange die Brücke nicht abgeglichen ist, wird über den Servo-Verstärker der Servomotor betätigt, der den Strömungskörper so lange verschwenkt, bis keine Druckdifferenz mehr entstehen kann und die Brücke dementsprechend abgeglichen ist.

In dieser letzteren Ausführungsform findet die Bestimmung der Druckdifferenz im Inneren des Strömungskörpers statt und nur elektrische Leitungen müssen aus dem Strömungskörper herausgeführt werden.

Durch diese Nachführeinrichtung gemäß der Erfindung wird also die Meßsonde immer in die resultierende Strömungsrichtung gestellt, so daß sie stets in ihrem optimalen Bereich arbeitet. Während des Nachführvorganges treten auch kaum Schwankungen der Messung auf, da der an sich relativ breite Winkelmeßbereich der Sonde die Nachführverzögerung auszugleichen in der Lage ist.

Ein weiterer Vorteil bei der Erfindung ist die Möglichkeit, über eine mechanisch gekoppelte Winkel-Abfrageeinrichtung den Winkel zwischen Fahrtrichtung und Strömungsrichtung abfragen zu können. Zu diesem Zweck kann ein Potentiometer beim Verschwenken des Strömungskörpers mechanisch gekoppelt verstellt werden und liefert dann den Winkel in bezug auf eine Nullstellung. Auch an sich bekannte andere Winkelkodiereinrichtungen können den Winkel der Abweichung aus einer Nullstellung (z. B. der Senkrechten zu einer Helikopterwand) abfragen und angeben.

Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei auch die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer freien Strömung im Raum,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Ring und

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer freien Strömung im Raum gemäß der Erfindung. Ein Strömungskörper 1 mit einem geringen Strömungswiderstand in Längsrichtung besitzt, in Strömungsrichtung gesehen, dich hinter seiner dicksten Stelle an der Stelle A Bohrungen 2, die mit einer ersten Kammer 3 im Inneren des hohlen Rotationskörpers verbunden sind. Der Strömungskörper besitzt weiterhin an einer engen Stelle B Bohrungen 4, die mit einer zweiten Kammer 5 im Inneren des hohlen Rotationskörpers verbunden sind. Die erste Kammer 3 ist von der zweiten Kammer 5 durch eine Trennwand 6 getrennt, durch die eine Druckleitung 7 bis an das hintere Ende der Meßsonde geführt ist. Die zweite Kammer 5 ist mit einer Druckleitung 8 verbunden, die ebenfalls am hinteren Ende der Meßsonde aus dieser herausgeführt ist.

Unter dem Einfluß einer auf den vorderen Teil der Meßsonde auftreffenden Strömung stellt sich in der Kammer 3 über die Bohrungen 2 ein erster statischer Druck p₁ ein, während sich in der zweiten Kammer 5 durch die Öffnungen 4 der statische Druck p₂ einstellt. Der Druck p₁ kann an der Druckschaltung 7, und der Druck p₂ kann an der Druckleitung 8 gemessen werden. Aus den Strömungsgleichungen ergibt sich die Geschwindigkeit v₀ der Strömung in dem laminaren Bereich vor der Meßsonde aus der Beziehung:

wobei G ein Geometriefaktor ist, der von dem Durchmesser des Strömungskörpers an den Stellen, an denen die statischen Drücke gemessen werden, abhängt.

Fig. 2 erläutert das Prinzip der Erfindung für den Fall, daß ein Ring 21 um den Strömungskörper 1 herum angeordnet ist. Die Strömung tritt durch eine ringförmige Fläche in den Ringspalt ein, in dem sich die beiden Meßstellen A und B befinden. In dem dargestellten Beispiel ist der Ring 21 ein Zylindermantel, der über Stützen oder Halterungen 12 mit dem Strömungskörper 1 verbunden ist. Der Durchströmungsquerschnitt des Ringspaltes verengt sich umso stärker, je dicker sich der Strömungskörper 1 nach außen aufwölbt. Dementsprechend erhöht sich auch die Strömungsgeschwindigkeit v₁, die an der zweiten Stelle B wieder auf v₂ abnimmt. Das Stromlinienbild zeigt deutlich, daß die Anordnung, die Länge und der Durchmesser des Ringes sowie sein Abstand zum Strömungskörper 1 den Meßbereich der Sonde und die Abschirmung von Störungen innerhalb der Strömung beeinflussen. Insbesondere bei dieser Ausführungsform der Meßsonde ist eine Ausrichtung des Strömungskörpers auf die Strömung besonders vorteilhaft, da die Sonde umso genauer mißt, je kleiner der Anblaswinkel ist.

In Fig. 1 weist der Strömungskörper 1 zwei Bohrungen 11 auf, die in einer Ebene liegen und von dem vordersten Nasenpunkt des Strömungskörpers gleich weit entfernt sind. Die Bohrungen 11, 11 sind mit Druckmeßleitungen 9, 10 verbunden, die am hinteren Teil aus dem Meßkörper herausgeführt sind. Die Druckdifferenz zwischen den Druckmeßleitungen 9 und 10 kann in an sich in bekannter Weise bestimmt werden und zur Steuerung eines Servomotors verwendet werden, der den Strömungskörper (in dem dargestellten Beispiel nach oben oder unten) verschwenkt, bis keine Druckdifferenz mehr gemessen wird. Der Servomotor und die im hinteren Teil des Strömungskörpers angeordnete Halterung mit Lager zum Verschwenken sind an sich bekannte Bauteile, die aus Gründen der Vereinfachung in den Fig. 1 und 2 weggelassen sind.

In gleicher Weise kann der Strömungskörper in einer dazu senkrechten Ebene (im dargestellten Beispiel aus der Papierebene heraus) verschwenkt werden, um einen Raumwinkel zu erfassen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Bohrungen 11 über ein rohrförmiges Verbindungsstück im Inneren des Strömungskörpers miteinander verbunden, in dem sich eine Thermistor-Strömungsdiode befindet. Durch eine Druckdifferenz in den Bohrungen 11 entsteht an der Strömungsdiode eine Temperaturdifferenz, die eine elektrische Brückenschaltung beeinflußt, in der die Thermistor- Strömungsdiode eingebaut ist. Auf diese Weise brauchen nur elektrische Meßleitungen aus dem Strömungskörper herausgeführt werden, die Druckmeßleitungen 9, 10 enden im Inneren des Strömungskörpers.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild, das zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dient.

In Fig. 3 ist der Strömungskörper 1 nur schematisch dargestellt, der an seinem hinteren Ende in einem Schwenklager 23 gehaltert ist, das von einem Servomotor angetrieben wird. Dieser Servomotor erhält über einen Servo-Verstärker ein Stellsignal, wenn die Meßbrücke nicht abgeglichen ist. In der Meßbrücke liegt ein direkt oder indirekt druckempfindliches Glied, das die Druckdifferenz in den Bohrungen 11, 11 abtastet. Im dargestellten Beispiel liegt in einer Verbindungsleitung zwischen den Bohrungen 11, 11 eine Thermistor-Strömungsdiode 22, deren elektrische Zuleitungen zu der Meßbrücke geführt sind. Im Falle einer Druckdifferenz weicht das IST-Signal vom SOLL-Signal, das von einem Impulsgenerator für den Servomotor geliefert wird, ab, und der Servomotor wird über den Servor-Verstärker betätigt, bis die Druckdifferenz wieder null ist.

Über ein Potentiometer kann die Positionsjustierung der Ausgangs- oder Referenzstellung der Sonde vorgenommen werden.

Weiterhin ist in Fig. 3 eine Winkel-Abfrage-Einrichtung dargestellt, mit der abgefragt werden kann, um welchen Winkelbetrag der Strömungskörper 1 gegen die Ausgangs- oder Referenzstellung verschwenkt worden ist. Dazu ist ein Potentiometer mechanisch mit dem Schwenklager 23 gekoppelt und wird bei dessen Drehung verstellt. Die am Potentiometer abgegriffene Spannung kann direkt als Winkelbetragsignal elektrisch verarbeitet werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer freien Strömung im Raum, bei dem a) die statischen Drücke an zwei in Längsrichtung verschiedenen Stellen eines Strömungskörpers mit variierender Dicke gemessen werden und deren Differenz gebildet wird ober aber b) die Differenz dieser statischen Drücke direkt gemessen wird, wobei die eine Meßstelle an oder nahe der dicksten Stelle des Strömungskörpers liegt und die andere Meßstelle an einer stromabwärts gelegenen dünneren Stelle des Strömungskörpers liegt, und die Geschwindigkeit der Strömung aus der Quadratwurzel der bestimmten oder der direkt gemessenen Druckdifferenz, geteilt durch die Dichte des strömenden Mediums, und einem Geometriefaktor, der von der Form des Strömungskörpers abhängt, bestimmt wird und wobei der Strömungskörper ein hohler, rotationssymmetrischer Meßkopf ist und die statischen Drücke über Bohrungen oder Ringschlitze gemessen werden, nach Patentanmeldung P 36 13 867.3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper über einen Servo-Mechanismus so in der Strömung ausgerichtet wird, daß seine Mittelachse in Richtung der Strömung verläuft, indem an mehreren, vorzugsweise in gleichem Abstand von dem vorderen Nasenpunkt des Strömungskörpers liegenden Punkten der vorderen Kuppe der Druck gemessen und aus gegebenenfalls bestehenden Druckdifferenzen ein Nachführsignal für den Servo-Mechanismus abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an vier im gleichen Abstand von dem Nasenpunkt des Strömungskörpers liegenden und voneinander gleich beabstandeten Punkten der Druck gemessen wird und aus der Druckdifferenz an gegenüberliegenden Meßpunkten jeweils ein Nachführsignal abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckdifferenzsignal zum Nullabgleich einer Brückenschaltung ausgenutzt wird, die ihrerseits im nicht-abgeglichenen Zustand einen oder mehrere Servomotor(en) zur Drehung des Strömungskörpers steuert.

4. Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit einer freien Strömung im Raum, die einen Meßkopf in Form eines Strömungskörpers (1) mit einem geringen Strömungswiderstand in Längsrichtung, der nahe seiner dicksten Stelle um seinen Umfang herum verteilt in seinen hohlen Innenraum reichende Bohrungen (2) oder einen umlaufenden Schlitz, der durch Bohrungen mit dem hohlen Innenraum verbunden ist, und an seinem hinteren sich verjüngenden Ende um seinen Umfang herum verteilt in seinen hohlen Innenraum reichende zweite Bohrungen (4) oder einen zweiten umlaufenden Schlitz, der durch Bohrungen mit dem hohlen Innenraum verbunden ist, aufweist, wobei der hohle Innenraum durch eine Trennwand (6) zwischen dem ersten und dem zweiten Schlitz oder den ersten (2) und den zweiten (4) Bohrungen in zwei Kammern (3, 5) unterteilt ist, in denen jeweils Druckmeßanschlüsse (7, 8) enden, und Meßeinrichtungen zum Messen der Drücke in den Kammern (3, 5) und/oder zum Messen der Druckdifferenz zwischen den Kammern umfaßt, nach Patentanmeldung P 36 13 867.3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der vorderen Kuppe des Strömungskörpers (1) im gleichen Abstand von dem vordersten Nasenpunkt des Strömungskörpers mehrere Bohrungen (11) vorgesehen sind, in denen Meßeinrichtungen zum Messen des Druckes in der jeweiligen Bohrung und/oder zum Messen von Druckdifferenzen zwischen jeweils zwei Bohrungen vorgesehen sind, die Druckdifferenzsignale abgegen, daß der Strömungskörper in seinem hinteren Ende um mindestens eine Querachse schwenkbar gelagert ist und ein Servo-Mechanismus, der vorzugsweise mindestens einen Servomotor umfaßt, vorgesehen ist, dem die gegebenenfalls erzeugten Druckdifferenzsignale zugeführt werden und der den Strömungskörper verschwenkt, bis keine Druckdifferenzen mehr vorhanden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier Bohrungen im gleichen Abstand zum Nasenpunkt und voneinander auf der Voderkuppe des Strömungskörpers (1) angeordnet sind und daß die Druckdifferenz der zwei sich jeweils gegenüberliegenden Bohrungen (11, 11) das Steuersignal für einen Servomotor für die Schwenkung des Strömungskörpers um eine erste Querachse liefert und die Druckdifferenz des anderen Bohrungspaares das Steuersignal für einen zweiten Servomotor zum Schwenken um eine zweite, zu der ersten rechtwinklinge Querachse liefert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (11, 11) mit Druckmeßleitungen (9, 10) verbunden sind, die sich durch das Innere des Strömungskörpers (1) erstrecken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Druckdifferenz zwischen zwei Druckbohrungen (11, 11) in einem Verbindungsstück zwischen diesen Druckbohrungen eine Thermistor- Strömungsdiode angeordnet ist, die in einer elektrischen Brückenschaltung liegt, welche außerdem über einen Servo-Verstärker mit einem Servomotor zum Verschwenken des Strömungskörpers (1) verbunden ist.