DE3812554A1 - Anemometer mit optischer fluegelradabtastung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Anemometer zur Messung von Strö­ mungsgeschwindigkeiten in Gasen insbesondere bei hohen Tempe­ raturen, mit einem Flügelrad, das zur Bestimmung der Drehzahl optisch mit Hilfe von Lichtwellenleitern abgetastet wird.

Anemometer zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten in Gasen sind in vielfacher Ausführung auf dem Markt. Bei der üblichen induktiven Flügelradabtastung mit Näherungsschalter wird ein von außen beeinflußbarer Hochfrequenz-Oszillator mit einem L-C-Schwingkreis (bestehend aus Spule und Kondensator) verwendet. Die in einem Ferritkern eingebaute Oszillatorspule erzeugt dabei ein hochfrequentes Wechselfeld, das durch das Flügelrad bedämpft wird. Hierdurch ändert sich die Stromauf­ nahme des Näherungsschalters, woraus Impulse zur Erfassung der Flügelraddrehzahl abgeleitet werden.

Wegen der erforderlichen elektronischen Bauelemente ist jedoch die maximale Einsatztemperatur bei Geräten, die nach diesem Meßprinzip arbeiten, auf etwa 140°C begrenzt. Falls die elektronischen Bauelemente räumlich von der Oszillator­ spule getrennt werden, wird die maximale Einsatztemperatur durch die Curietemperatur des Ferritkerns auf etwa 250°C begrenzt.

Ferner ist eine optische Flügelradabtastung mit Hilfe von Lichtwellenleitern bekannt, bei welcher von einem Sender über einen Lichtwellenleiter Licht auf das Flügelrad geleitet und an dessen Oberfläche reflektiert wird. Die reflektierten Lichtimpulse werden über einen Lichtwellenleiter einem Empfänger zugeleitet, der sie in elektrische Impulse umsetzt. Aus den elektrischen Impulsen wird mittels einer nachgeschal­ teten elektronischen Auswerteeinrichtung die Strömungs­ geschwindigkeit ermittelt.

Bei erhöhten Temperaturen läuft jedoch die Oberfläche des Flügelrades an bzw. verdunkelt sich. Dadurch werden die Reflexionseigenschaften so stark verschlechtert, daß eine Auswertung des reflektierten Lichtes zur Drehzahlmessung des Flügelrades nicht mehr möglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, ein gat­ tungsgemäßes Anemometer so zu verbessern, daß eine Strömungs­ geschwindigkeitsmessung in Gasen auch bei hohen Temperaturen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die optische Abtas­ tung des Flügelrades mit Hilfe von Lichtwellenleitern gelöst, wobei entweder reflektierte Lichtimpulse oder durch Unterbre­ chung des Lichtstrahls verursachte Lichtimpulse aufgenommen und ausgewertet werden. Im Falle der Reflexion der Licht­ strahlen ist erfindungsgemäß eine oxidationsbeständigen, reflektierenden Schicht auf das Flügelrad oder auf einen auf der Welle des Flügelrades angebrachten Reflektor aufzubrin­ gen.

Bei einem erfindungsgemäßen Gerät werden die oben beschriebe­ nen Nachteile vermieden. Die zuverlässige Messung von Strö­ mungsgeschwindigkeiten in Gasen ist auch bei hohen Temperatu­ ren möglich. Der Einsatzbereich wird lediglich durch die thermische Stabilität der Lichtwellenleiter begrenzt, weshalb die maximale Einsatztemperatur bei etwa 400°C liegt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind mit den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele erläutert, die in den Zeichnungen darge­ stellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht des erfin­ dungsgemäßen Anemometers mit einem Reflektor an der Welle des Flügelrades,

Fig. 2 einen Querschnitt der Welle des Anemometers mit aufgesetztem Reflektor nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung (Einzelheit Z in Fig. 1, nicht maßstabsgerecht) und

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht des erfin­ dungsgemäßen Anemometers mit zwei Lichtwellen­ leitern zur Durchstrahlung des Flügelrades.

Bei dem erfindungsgemäßen Anemometer wird die Strömungs­ geschwindigkeit des Gases aus der Drehzahl des umlaufenden Flügelrades 2 abgeleitet, dessen Welle 3 im Gehäuse 1 beidseitig mittels zweier Lager 10 gelagert ist. Das Flügel­ rad 2 wird optisch mit Hilfe von Lichtwellenleitern abgetas­ tet.

In einem ersten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 darge­ stellt ist, ist ein Reflektor auf der Welle 3 des Flügelrades 2 vorgesehen. In vorteilhafter Ausführung besteht dieser Reflektor aus einem polierten Vierkant-Edelstahlkörper 4, der - wie in Fig. 2 dargestellt - mit einer Chromschicht 6 über­ zogen ist. Diese Beschichtung kann auf einfache Weise galva­ nisch aufgebracht werden. Der Reflektor ist zentrisch auf der Welle 3 mittels einer Längsbohrung befestigt. Zum Zwecke des Oxidationsschutzes ist eine dünne Glasschicht in Form einer etwa 1000 Angström dicken SiO₂-Schicht 7 mit Hilfe eines Elektronenstrahlverdampfers auf die Chromschicht aufgebracht. Zur Abtastung erzeugt eine Leuchtdiode Licht im infraroten Wellenlängenbereich (etwa 880 nm), das über den Lichtwellenleiter 5 auf den Reflektor geleitet wird. Bei Drehung des Flügelrades 2 wird das Licht impulsartig reflektiert. Die Lichtimpulse werden über denselben, koaxial ausgebildeten Lichtwellenleiter 5 aufgenommen und auf einen Fototransistor geleitet. Der Fototransistor setzt die Licht­ impulse in elektrische Impulse um, die einer elektronischen Auswerteeinrichtung zur Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit zugeführt werden.

Statt der koaxialen Ausführung des Lichtwellenleiters, bei der die einzelnen Fasern statistisch auf Leuchtdiode und Fototransistor verteilt sind, können auch zwei getrennte Lichtwellenleiter verwendet werden, die an Fototransistor und Leuchtdiode angeschlossen sind. Der Reflektor kann statt als Metallkörper gleichfalls als polierter Glas- oder Keramikkör­ per ausgebildet sein.

Gleichfalls kann statt des Reflektors auch das Flügelrad 2 selbst zur Reflexion der Lichtstrahlen verwendet werden. Zu diesem Zweck ist es mit einer reflektierenden Schicht zu versehen. Auch darauf ist ein Oxidationsschutz in Form einer dünnen Glasschicht anzubringen.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird das Flügel­ rad 2 mit einem Lichtstrahl im Durchstrahlverfahren in radia­ ler oder - wie in Fig. 3 gezeigt - in axialer Richtung abge­ tastet. Dazu sind die Lichtwellenleiter 8, 9 einander gegen­ über auf jeder Seite des Flügelrades 2 so angeordnet, daß der Lichtstrahl durch die Drehung des Flügelrades 2 unterbrochen wird. Die Lichtimpulse werden in der zuvor beschriebenen Weise zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit ausgewertet.

Bei dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Gerätes entfällt der sonst erforderliche Korrosionsschutz, da die Lichtimpulse nicht durch Reflexion sondern durch Unterbrechung des Licht­ strahls entstehen.

Claims (10)

1. Anemometer zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten in Gasen insbesondere bei hohen Temperaturen, mit einem Son­ denkopf, in dem ein Flügelrad mit einer Welle drehbar gelagert ist, mit mindestens einem Lichtwellenleiter für die Zuführung des von einem Sender erzeugten Lichtes und für die Aufnahme der reflektierten Lichtimpulse, die durch Drehung des Flügelrades entstehen, und für deren Weiter­ leitung an einen Empfänger, der sie in elektrische Impulse umsetzt, und dem eine elektronische Auswerteeinrichtung zur Strömungsgeschwindigkeitsanzeige nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine oxidationsbeständige, reflektierende Schicht auf dem Flügelrad (2) oder auf einem an der Welle (3) des Flügelrades (2) angebrachten Reflektor vorgesehen ist.

2. Anemometer zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten in Gasen insbesondere bei hohen Temperaturen, mit einem Son­ denkopf, in dem ein Flügelrad auf einer Welle drehbar gelagert ist, mit Lichtwellenleitern für die Zuführung des von einem Sender erzeugten Lichtes und für die Aufnahme der Lichtimpulse, die durch Drehung des Flügelrades ent­ stehen, und für deren Weiterleitung an einen Empfänger, der sie in elektrische Impulse umsetzt, und dem eine elektronische Auswerteeinrichtung zur Strömungsgeschwin­ digkeitsanzeige nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeich­ net, daß je ein Lichtwellenleiter (8, 9) für die Zuführung und für die Aufnahme des Lichtes so angeordnet ist, daß das Flügelrad (2) in radialer oder in axialer Richtung durchstrahlt wird.

3. Anemometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Achse des Flügelrades vorgesehene Reflektor aus einem polierten Metallkörper besteht.

4. Anemometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper aus einem polierten Vierkant-Edelstahl­ körper (4) besteht, auf den eine Chrom-Schicht (6) aufge­ bracht ist.

5. Anemometer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf den polierten Metallkörper eine dünne Glasschicht (7) aufgebracht ist.

6. Anemometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasschicht (7) aus SiO₂ besteht.

7. Anemometer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Glasschicht (7) etwa 500 bis 1500 Angström dick ist.

8. Anemometer nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Glasschicht (7) mittels eines Elektro­ nenstrahlverdampfers auf den polierten Metallkörper auf­ gebracht ist.

9. Anemometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Welle (3) des Flügelrades (2) vorgesehene Reflektor aus einem polierten Keramik- oder Glaskörper besteht.

10. Anemometer nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zur Messung der Drehzahl des Flügel­ rades (2) verwendete Licht im infraroten Wellenlängenbe­ reich, insbesondere etwa 880 nm, liegt.