DE3812554C2 - Anemometer zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten in Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Anemometer zur Messung von Strö­ mungsgeschwindigkeiten in Gasen, insbesondere bei hohen Temperaturen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

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 Konden­ sator) verwendet. Die in einem Ferritkern eingebaute Oszil­ latorspule erzeugt dabei ein hochfrequentes Wechselfeld, das durch das Flügelrad bedämpft wird. Hierdurch ändert sich die Stromaufnahme 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 werdend 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 gelei­ tet und an dessen Oberfläche reflektiert wird. Die reflek­ tierten Lichtimpulse werden über einen Lichtwellenleiter einem Empfänger zugeleitet, der sie in elektrische Impulse umsetzt. Aus den elektrischen Impulsen wird mittels einer nachgeschalteten elektronischen Auswerteeinrichtung die Strömungsgeschwindigkeit 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.

Aus JP 57-93259 A ist ein Gerät zur Geschwindigkeitsmessung bekannt, bei welchem auf der Welle des Flügelrades wie beim Anemometer der gattungsgemäßen Art ein rotationssymmetri­ scher Lichtreflektor angeordnet ist, welcher zur Drehzahler­ mittlung optisch mit Licht abgetastet wird. Bei einem derar­ tigen Gerät treten im Gebrauch Temperaturen zwischen -30°C bis +30°C auf. In diesem Temperaturbereich besteht keine Gefahr, daß die reflektierenden Oberflächen des Lichtreflek­ tors infolge starker Oxidation ihre Reflexionsfähigkeit verlieren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, das gat­ tungsgemäße Anemometer so zu verbessern, daß die Strömungs­ geschwindigkeitsmessung in Gasen auch bei hohen Temperaturen über einen längeren Zeitraum ohne wesentliche Verschlechte­ rung des Meßsignales möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei dem gattungsge­ mäßen Anemometer durch den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Lichtreflektor gelöst. Bei diesem Anemometer werden die oben beschriebenen Nachteile vermie­ den. Die zuverlässige Messung von Strömungsgeschwindigkeiten in Gasen ist auch bei hohen Temperaturen möglich. Der Ein­ satzbereich wird lediglich durch die thermische Stabilität der Lichtwellenleiter begrenzt, weshalb die maximale Ein­ satztemperatur derzeit bei etwa 400°C liegt.

Aus dem Lehrbuch von G. Gräfe, H. Kuß, G. Reichelt "Feinop­ tiker", Teil 3, VEB Verlag Technik Berlin (1980), 1. Aufla­ ge, Seite 180-185 ist es zwar bekannt, reflexionsmindernde metallische Schichten auf einen Glasträger aufzudampfen. Es ist ferner bei Vorderflächenspiegeln bekannt, die derart aufgebrachte Aluminiumschicht durch eine aufgedampfte Si­ lizium-Monoxid-Schicht zu schützen.

Nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag ist dagegen als Reflek­ tor ein polierter Vierkant-Edelstahlkörper vorgesehen, dessen Reflexionsflächen durch Chromschichten gebildet werden, die durch eine aufgedampfte Glasschicht gegen Oxida­ tion geschützt sind.

Aus der DE-OS 22 54 253 ist schließlich eine optische Dreh­ meßvorrichtung bekannt, dessen Flügelradwelle mit ange­ schliffenen Reflexionsflächen versehen ist. Diese Re­ flexionsflächen unterliegen jedoch gleichfalls der Oxida­ tion, so daß sich die oben erläuterten Nachteile einstellen können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind mit den Unteransprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht des erfindungsgemäßen Anemometers mit einem Reflektor an der Welle des Flügelrades und

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

Bei dem erfindungsgemäßen Anemometer wird die Strömungsge­ schwindigkeit des Gases aus der Drehzahl des umlaufenden Flügelrades 2 abgeleitet, dessen Welle 3 im Gehäuse 1 beid­ seitig mittels zweier Lager 10 gelagert ist. Das Flügelrad 2 wird optisch mit Hilfe von Lichtwellenleitern abgetastet. Zu diesem Zweck ist ein Reflektor auf der Welle 3 des Flügelra­ des 2 vorgesehen. Dieser Reflektor besteht aus einem polier­ ten Vierkant-Edelstahlkörper 4, der - wie in Fig. 2 darge­ stellt - mit einer Chromschicht 6 überzogen ist. Diese Beschichtung kann auf einfache Weise galvanisch aufgebracht werden. Der Reflektor ist zentrisch auf der Welle 3 mittels einer Längsbohrung befestigt. Zum Zwecke des Oxidations­ schutzes ist eine dünne Glasschicht in Form einer etwa 1000 Angström dicken SiO₂-Schicht 7 mit Hilfe eines Elektro­ nenstrahlverdampfers auf die Chromschicht aufgebracht. Zur Abtastung erzeugt eine Leuchtdiode Licht im infraroten Wellenlängenbereich (etwa 880 nm), das über den Lichtwellen­ leiter 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 Lichtimpulse in elektrische Impulse um, die einer elektronischen Auswerteein­ richtung 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.

Claims (3)

1. Anemometer zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten in Gasen mit einem drehbar gelagerten Flügelrad, an dessen Welle drehfest ein rotationssymmetrischer Lichtreflektor mit über seinen Umfang verteilten reflektierenden Flä­ chen vorgesehen ist, welcher optisch mit Hilfe von über Lichtleiter zu- und abgeführtem Licht sowie einer opto- elektrischen Auswerteschaltung zur Ermittlung der Drehzahl abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtreflektor aus einem polierten Vierkant-Edel­ stahlkörper (4) besteht, auf den eine Chromschicht (6) und auf diese eine bei höheren Temperaturen oxidations­ beständige, mittels Elektronenstrahlverdampfung erzeugte Gasschicht (7) aufgebracht ist.

2. Anemometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasschicht (7) aus SiO₂ besteht.

3. Anemometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Glasschicht (7) etwa 500 bis 1500 Angström dick ist.