DE4113744A1 - Fluidgeschwindigkeitsmesseinrichtung - Google Patents
FluidgeschwindigkeitsmesseinrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidgeschwindig
keitsmeßeinrichtung zum Messen der Fortbewegungsgeschwindig
keit eines Fluids und insbesondere eine Fluidgeschwindig
keitsmeßeinrichtung (Sensor), die eine Widerstandsänderung
eines kleinen Stücks eines Germaniumeinkristalls mit einer
Temperaturänderung ausnutzt.
In der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung, Veröffentli
chungs-Nr. 47 273/1988 beschreibt der Anmelder der vorliegen
den Erfindung eine Fluidgeschwindigkeitsmeßeinrichtung, die
einen Sensor aufweist, der aus einem kleinen Stück eines
Germaniumeinkristalls hergestellt ist und mit einem elek
trisch isolierenden Beschichtungsmaterial in Form einer Ku
gel beschichtet ist, damit die Richtwirkung des Sensors in
Bezug auf die Fließrichtung eines Fluids verringert wird.
Durch die Verwendung eines kleinen Teilchens eines Germani
umeinkristalls als Sensor werden zwar die bei einem Heiß
draht-Anemometer (Windstärkemesser), der eine Wolfram- oder
Platinspule verwendet, auftretenden Probleme hinsichtlich
der Handhabung und der Lebensdauer gelöst und durch die Be
schichtung des Sensors in Form einer Kugel kann die Richt
wirkung des Sensors verringert werden. Da aber ein elek
trisch isolierendes Kunstharz als Beschichtungsmaterial ver
wendet wird, erschwert die Wärmeisoliereigenschaft des Be
schichtungsmaterials die Messung einer kleinen Änderung der
Temperatur der Meßeinrichtungsoberfläche, die mit dem Fluid
in Berührung kommt. Außerdem ist es nicht möglich, die
Richtwirkung des Sensors vollständig zu eliminieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Fluidgeschwindigkeitsmeßeinrichtung bereitzustellen, die
eine geringe Richtwirkung aufweist und die geeignet ist,
Fluidgeschwindigkeiten genau zu messen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung mit den
Merkmalen der Patentansprüche.
Die erfindungsgemäße Fluidgeschwindigkeitsmeßeinrichtung
weist im wesentlichen folgende Merkmale auf:
Eine hohle Basis, die an dem in Längsrichtung gesehenen Ba sisende einen Anschluß aufweist, ein hohles Stützelement, das an dem vorderen Ende der Basis angebracht ist, einen ein kleines Stück eines Germaniumeinkristalls aufweisenden Sen sor, der an dem vorderen Ende des Stützelements angeordnet ist, Zuführdrähte, die von beiden Längsenden des Sensors ab gehen, ein mit den Zuführdrähten verbundenes Verdrahtungs element, das in dem hohlen Abschnitt der Basis angeordnet ist, ein kugelförmiges Metallabdeckelement, das mit einer Sensoraufnahmeöffnung versehen ist, in die der Sensor einge setzt wird, und ein Isolierelement, das aus Kunstharz be steht zum Befestigen des Sensors in solcher Weise, daß er von dem Stützelement, dem Verdrahtungselement bzw. der In nenfläche des Abdeckelements beabstandet ist.
Eine hohle Basis, die an dem in Längsrichtung gesehenen Ba sisende einen Anschluß aufweist, ein hohles Stützelement, das an dem vorderen Ende der Basis angebracht ist, einen ein kleines Stück eines Germaniumeinkristalls aufweisenden Sen sor, der an dem vorderen Ende des Stützelements angeordnet ist, Zuführdrähte, die von beiden Längsenden des Sensors ab gehen, ein mit den Zuführdrähten verbundenes Verdrahtungs element, das in dem hohlen Abschnitt der Basis angeordnet ist, ein kugelförmiges Metallabdeckelement, das mit einer Sensoraufnahmeöffnung versehen ist, in die der Sensor einge setzt wird, und ein Isolierelement, das aus Kunstharz be steht zum Befestigen des Sensors in solcher Weise, daß er von dem Stützelement, dem Verdrahtungselement bzw. der In nenfläche des Abdeckelements beabstandet ist.
Als Abdeckelement kann eine Kugel aus einem Metall wie Kup
fer, Aluminium, Gold oder Silber verwendet werden.
Als Isolierelement kann ein Kunstharz verwendet werden.
Als Verdrahtungselement kann ein feiner Draht aus Phosphor
bronze verwendet werden.
Bei einer Fluidmeßeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfin
dung mit dem oben beschriebenen Aufbau wird durch das Ver
drahtungselement eine Spannung an den Sensor angelegt, der
aus einem kleinen Stück eines Germaniumeinkristalls herge
stellt ist, so daß die Temperatur konstant gehalten wird,
und eine Widerstandsänderung des Sensors, die dann entsteht,
wenn ein Fluid mit dem Sensor in Berührung kommt, wird in
eine Spannung, Strom oder Leistung umgewandelt. Die Ge
schwindigkeit des Fluids wird auf der Basis des umgewandel
ten Werts gemessen.
Da der aus einem Germaniumeinkristall bestehende Sensor mit
dem kugelförmigen Metallabdeckelement abgedeckt ist, ist es
möglich, die Geschwindigkeit eines Fluids im Strom im we
sentlichen in jeder Richtung genau zu messen.
Insbesondere kann durch die Verwendung eines kugelförmigen
Metallmaterials mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit die
Fluidgeschwindigkeit genauer gemessen werden. Als Materia
lien dafür eignen sich Metalle wie Kupfer, Aluminium, Gold
oder Silber.
Durch Befestigen des Verdrahtungselements außerhalb des vor
deren Endes des Stützelements mittels des Isolierelements
aus Kunstharz, wirkt das Isolierelement als ein Puffer, so
daß Beschädigungen der Meßeinrichtung verhindert werden.
Als das in den Spalt zwischen dem Abdeckelement und dem Sen
sor eingesetzte Isolierelement eignet sich ein Kunstharz mit
einer hohen Wärmeleitfähigkeit und einer niedrigen elektri
schen Leitfähigkeit. In einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Fluidgeschwindigkeitsmeßeinrichtung
wird Epoxidharz verwendet.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Bei
spielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Fluidgeschwindigkeitsmeßein
richtung,
Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht der Ausführungsform von
Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht zur Erläuterung eines Verfahrens
zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Fluidge
schwindigkeitsmeßeinrichtung,
Fig. 4 eine Schnittansicht eines beispielhaften Abdeckele
ments,
Fig. 5 das Ausgabeverhalten der ersten Ausführungsform in
Bezug auf einen Winkel zwischen der Meßeinrichtung
und einem Fluidfluß,
Fig. 6 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Fluidgeschwindigkeitsmeßein
richtung und
Fig. 7 das Ausgabeverhalten der zweiten Ausführungsform in
Bezug auf einen Winkel zwischen der Meßeinrichtung
und einem Fluidfluß.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsge
mäßen Fluidgeschwindigkeitsmeßeinrichtung als Seitenansicht
beispielhaft gezeigt. Fig. 2 zeigt einen Teilquerschnitt der
Ausführungsform von Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.
Die hohle Basis 1 weist eine längliche Form auf und ist an
ihrem hinteren Ende mit Anschlüssen 2 versehen. Vorzugsweise
kann ein Keramikrohr als Basis verwendet werden. Es sind
aber auch andere Materialien einsetzbar.
An dem vorderen Ende der Basis 1 ist ein hohles Stützelement
3 angebracht. Als Stützelement 3 wird vorzugsweise ein
Nickelrohr eingesetzt, das hinsichtlich der mechanischen Fe
stigkeit und der Kosten geeignet ist. Andere Materialien
sind ebenfalls einsetzbar.
Ein Sensor 4 weist ein parallelepipedförmiges kleines Stück
eines Germaniumeinkristalls auf. Zuführdrähte 5 und 6 aus
einem elektrisch leitenden Material wie Gold, Silber oder
Platin sind an dem oberen Ende einer Seitenfläche bzw. dem
unteren Ende der anderen Seitenfläche des Sensors 4 befe
stigt.
Ein Verdrahtungselement 7 ist mit den Zuführdrähten 5, 6,
die von dem Sensor 4 kommen, verbunden. Das Verdrahtungsele
ment 7 besteht aus einem mit einem Isoliermaterial abgedeck
ten Draht 8 und einem Kupferdraht 9, der um den abgedeckten
Draht 8 herumgewickelt ist. Das Verdrahtungselement 7 ist in
den hohlen Abschnitten des Stützelements 3 und der Basis 1
eingesetzt. Auf diese Weise ist das Verdrahtungselement 7
mit den Anschlüssen 2 durch den hohlen Abschnitt der Basis 1
verbunden.
Der um den abgedeckten Draht 8 herumgewickelte Kupferdraht 9
ist mit einem Befestigungselement 12, vorzugsweise aus einem
Epoxidharz befestigt. Als Befestigungselement 12 können auch
andere mit einem Epoxidharz vergleichbare Materialien einge
setzt werden.
Das aus einer Metallkugel hergestellte Abdeckelement 10
weist eine Sensoraufnahmeöffnung 11 auf. Für dieses Abdeck
element 10 wird vorzugsweise ein Metall mit einer hohen Wär
meleitfähigkeit wie Kupfer, Aluminium, Gold oder Silber ein
gesetzt. Hinsichtlich der Kosten und der Verarbeitbarkeit
sind Kupfer oder Aluminium besonders bevorzugt.
Wenn für das Abdeckelement 10 Kupfer verwendet wird, wird
das Abdeckelement 10 vorzugsweise mit Gold oder einem ande
ren Material überzogen. Auf diese Weise wird die Oberfläche
des Abdeckelements 10 vor Oxidation geschützt. Wenn Alumi
nium verwendet wird, wird eine Oxidation der Oberfläche vor
zugsweise durch Ausbilden einer nicht korrodierenden Schicht
verhindert.
Ein Isolierelement 13 dient zum Befestigen des Sensors 4 in
solcher Weise, daß dieser von dem Stützelement 3, dem Ver
drahtungselement 7 bzw. der Innenfläche des Abdeckelements
10 beabstandet ist. Für das Isolierelement 13 sind verschie
dene Materialien einsetzbar, vorausgesetzt, daß diese zumin
dest elektrische Isoliereigenschaften aufweisen. Beispiels
weise sind Kunstharze, wie Epoxidharz, Silikonharz, Anilin
harz, Phenolharz, Polyesterharz und Urethanharz verwendbar.
Bevorzugt wird ein Epoxidharz eingesetzt.
Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung einer Fluid
geschwindigkeitsmeßeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfin
dung näher erläutert. Der mit einem Überzug versehene Draht
8 besteht im wesentlichen aus einem Draht mit 0,26 mm Durch
messer, der mit einem Isoliermaterial abgedeckt ist. Der
aufgewickelte Kupferdraht 9 weist einen Durchmesser von 0,1
mm auf. Der abgedeckte Draht 8 und der Kupferdraht 9 werden
zuerst in das Stützelement 3 eingesetzt. Das Stützelement 3
besteht aus einem Nickelrohr mit einem Außendurchmesser von
0,8 mm, einem Innendurchmesser von 0,6 mm und einer Länge
von 30 mm.
Der Kupferdraht 9 ist um den abgedeckten Draht 8 herumge
wickelt und mit Hilfe eines Befestigungselements 12 aus Ep
oxidharz befestigt. Ein Teil des Befestigungselements 7, das
durch den um den abgedeckten Draht 8 herumgewickelten Kup
ferdraht 9, der durch das Befestigungselement 12 befestigt
ist, gebildet wird, ist an dem vorderen Ende des Stützele
ments 3 so angeordnet, daß es einen freiliegenden Abschnitt
14 bildet.
Die Zuführdrähte 5, 6, die von dem parallelepipedförmigen
Sensor 4 kommen, sind zu dem abgedeckten Draht 8 bzw. dem
Kupferdraht 9 des Verdrahtungselements 7 benachbart. Der
parallelepipedförmige Sensor 4 hat folgende Abmessungen: 0,3
mm x 0,3 mm x 1,5 mm. Der Sensor 4 ist an dem vorderen Ende
des Stützelements 3 mit Hilfe von Epoxidharz befestigt. In
Fig. 3 ist diese Anordnung in Seitenansicht dargestellt.
Ein Epoxidharz 15 ist einstückig bzw. einheitlich mit dem
freiliegenden Abschnitt 14 des Verdrahtungselements 7 ausge
bildet. In dieser Anordnung ist der Sensor 4 am vorderen
Ende des frei liegenden Abschnitts 14 angeordnet und derart
befestigt, daß ein Abstand zwischen dem Sensor 4 und dem
Verdrahtungselement 7 vorhanden ist. Der Sensor 4 ist in
einer solchen Position angeordnet, an der der Sensor 4 nicht
in direkter Berührung mit dem Stützelement 3 und dem Ver
drahtungselement 7 steht, so daß vermieden wird, daß Wärme
von dem Sensor 4 zu dem Stützelement 3 und dem Verdrahtungs
element 7 übertragen wird.
Danach wird das in dem hohlen Abschnitt des Stützelements 3
angeordnete Verdrahtungselement 7 zu dem hohlen Abschnitt
der Basis 1 erstreckt und mit den Anschlüssen 2 der Basis 1
verbunden und das hintere Ende des Stützelements 3 wird an
der Basis 1 angebracht.
Die Sensoraufnahmeöffnung bzw. Bohrung 11 des Abdeckelements
10 wird mit dem Isolierelement 13, das aus einem Epoxidharz
besteht, gefüllt, und der an dem vorderen Ende des Stützele
ments 3 angebrachte Sensor 4 wird in die Sensoraufnahmeöff
nung 11 eingesetzt.
Zur gleichen Zeit haftet das über den Rand der Öffnung 11 im
Abdeckelement 10 überfließende Isolierelement 13 an der
Oberfläche des Abdeckelements 10 und dem freiliegenden Ab
schnitt 14 des Verdrahtungselements 7, wodurch das Abdeck
element 10 an dem vorderen Ende des Stützelements 3 sicher
befestigt wird.
Auf diese Weise wird eine erfindungsgemäße Fluidgeschwindig
keitsmeßeinrichtung hergestellt. Da der Sensor 4 mit dem ku
gelförmigen Abdeckelement 10 abgedeckt ist, das aus einem
Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit besteht, ist es
möglich, die Direktivität oder Richtwirkung des Sensors 4 in
Bezug auf die Flußrichtung eines Fluids nahezu vollständig
auszuschalten, wodurch eine genaue Messung der Fluidge
schwindigkeit ermöglicht wird.
Die Verwendung eines kleinen Teilchens eines Germaniumein
kristalls als Sensor 4 hat den Vorteil, daß die Handhabung
wesentlich erleichtert und die Lebensdauer erhöht wird. Die
Nachteile der bekannten Anemometer, die einen heißen Draht
aus Platin, Wolfram oder ähnlichem verwenden, sind damit ge
löst.
Vorzugsweise werden Metalle, wie Kupfer oder Aluminium, für
das Abdeckelement 10 verwendet, da sie eine hohe Wärmeleit
fähigkeit aufweisen. Dadurch wird eine Änderung der Oberflä
chentemperatur besonders gut zu dem Sensor 4 übertragen. Da
die Verarbeitbarkeit dieser Metalle sehr gut ist, ist die
Herstellung einer Kugel mit dem Sensoraufnahmeloch 11 ein
fach.
Die Verwendung von Epoxidharz für das Isolierelement 13 zum
Befestigen des Sensors 4 und des Abdeckelements 10 verein
facht die Herstellung der Meßeinrichtung. Außerdem wird eine
Temperaturänderung an der Oberfläche des Abdeckelements 10
sicher zu dem Sensor 4 übertragen, und es ist möglich, die
Wärmeisoliereigenschaft zwischen dem Sensor 4 und dem Ver
drahtungselement 7 aufrechtzuerhalten.
Da außerdem das Abdeckelement 10 zum Abdecken des Sensors 4
in solcher Weise angebracht wird, daß es von dem vorderen
Ende des Stützelements 3 beabstandet ist, ist die Wärmeiso
liereigenschaft zwischen dem Sensor 4 und dem Stützelement 3
sichergestellt. Da das Befestigungselement 12, das aus Ep
oxidharz hergestellt ist und das Verdrahtungselement 17
festhält, einstückig das Isolierelement 13 und das Abdeck
element 10 trägt, wirkt der freiliegende Abschnitt 14 als
Puffer, der vermeidet, daß die Einrichtung beschädigt wird.
Das Metallabdeckelement 10 kann beispielsweise den in Fig. 4
gezeigten Aufbau haben.
Das in Fig. 4 dargestellte Abdeckelement 10 ist aus einer
Metallkugel mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt
und weist die Sensoraufnahmeöffnung bzw. -bohrung 11 und ein
Durchgangsloch 16 als Entlüftung auf.
Wie bei dem in Fig. 2 gezeigten Abdeckelement 10 werden Me
talle wie Kupfer, Aluminium, Gold oder Silber für das Ab
deckelement 10 verwendet. In Bezug auf die Verarbeitbarkeit
und die Kosten sind Kupfer oder Aluminium bevorzugt.
Wenn Kupfer verwendet wird, wird das Abdeckelement 10 vor
zugsweise zur Vermeidung der Oxidation beschichtet, z. B.
mittels eines galvanischen Überzugs, und wenn Aluminium ver
wendet wird, wird vorzugsweise ein nicht-korrodierender Film
auf dem Abdeckelement 10 ausgebildet.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Abdeckelement 10 wird das
Epoxidharz, mit dem die Sensoraufnahmeöffnung gefüllt wird,
in das Durchgangsloch 16 hineingedrückt, wobei der Sensor 4
in die Sensoraufnahmeöffnung 11 eingesetzt ist. Dadurch kann
in vorteilhafter Weise vermieden werden, daß Luft in dem
Loch 11 zurückbleibt.
Lufteinschlüsse in dem Epoxidharz in der Sensoraufnahmeöff
nung 11 hätten den Nachteil, daß aufgrund der Wärmeiso
liereigenschaft von Luft die genaue Messung einer Geschwin
digkeit beeinträchtigt werden würde. Mit Hilfe des in Fig. 4
dargestellten kugelförmigen Abdeckelements 10 wird in einfa
cher Weise vermieden, daß Luft in der Öffnung 11 zurück
bleibt.
Bei dieser Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fluidge
schwindigkeitsmeßeinrichtung wird über die Anschlüsse 2 und
das Verdrahtungselement 7 eine Spannung an den Sensor 4 an
gelegt, so daß die Temperatur des Sensors auf eine konstante
Temperatur angehoben wird.
Durch die Berührung mit einem Fluid wird der Sensor 4 abge
kühlt. Wenn die angelegte Spannung verändert wird, damit der
Sensor auf der konstanten Temperatur gehalten wird, wird die
Änderung der Spannung mit Hilfe dieser Einrichtung erfaßt.
Auf diese Weise ist es möglich, die Geschwindigkeit des
Fluids zu messen. In einem Versuch wird die Spannung zwi
schen den Anschlüssen 2 gemessen, während die Einrichtung
gedreht wird, so daß der Winkel α verändert wird, der zwi
schen der Oberfläche, die senkrecht zur Längsachse der Meß
einrichtung liegt, und der Fließrichtung des Fluids gebildet
wird. Die Fluidgeschwindigkeit ist konstant 5 m/sek. Die Er
gebnisse sind in Fig. 5 gezeigt, in der an der Ordinate die
Spannung zwischen den Anschlüssen der Meßeinrichtung und an
der Abszisse der Winkel α aufgetragen sind.
Die Ergebnisse dieses Versuchs zeigen, daß bei dieser Aus
führungsform der erfindungsgemäßen Fluidgeschwindigkeitsmeß
einrichtung nahezu kein Meßfehler auftritt infolge der Win
kelstellung zwischen der Längsrichtung des Sensors 4 und der
Fließrichtung des Fluids. Die Direktivität des Sensors 4 ist
nahezu vollständig aufgehoben.
Auch wenn hierzu keine Versuchsergebnisse gezeigt sind, ist
es selbstverständlich, daß der Sensor 4 in Bezug auf seine
Längsachse überhaupt keine Richtwirkung oder Direktivität
aufweist. Die vorliegende Erfindung stellt somit eine Fluid
geschwindigkeitsmeßeinrichtung bereit, wobei die Direktivi
tät des Sensors in starkem Maße verringert ist.
In Fig. 6 ist eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungs
form einer erfindungsgemäßen Fluidgeschwindigkeitsmeßein
richtung dargestellt. Ein aus einem kleinen Teil eines Ger
maniumeinkristalls bestehender Sensor 4, der mit dem Sensor
4 in der ersten Ausführungsform vergleichbar ist, ist mit
Zuführdrähten 5 und 6 aus einem elektrischen Leiter wie
Gold, Silber oder Platin verbunden. Im einzelnen sind die
Zuführdrähte 5 und 6 an dem oberen Ende einer Seitenfläche
bzw. dem unteren Ende der anderen Seitenfläche des Sensors 4
angebracht.
Das Metallabdeckelement 10 ist vergleichbar mit dem in Fig.
4 dargestellten Abdeckelement. Es ist kugelförmig und weist
eine Sensoraufnahmeöffnung 11 und ein Durchgangsloch 16 als
Entlüftung auf.
Wie bei der ersten Ausführungsform wird für das Abdeckele
ment 10 ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit aus
gewählt. In dieser Ausführungsform wird vorzugsweise Kupfer
oder Aluminium verwendet, wobei bei der Verwendung von Kup
fer das Abdeckelement 10 vorzugsweise zur Vermeidung von
Oxidationen mit einem Überzug versehen wird, während, wenn
Aluminium verwendet wird, auf der Oberfläche des Abdeckele
ments 10 eine nicht korrodierende Schicht aufgebracht wird.
An den vom Sensor 4 kommenden Zuführdrähten 5, 6 wird ein
Verdrahtungselement 7 angeschlossen. Das Verdrahtungselement 7
besteht aus dünnen Drähten 17, 18 aus Phosphorbronze, die
mittels eines Epoxidharzes 19 miteinander verbunden sind.
Das Verdrahtungselement 7 mit zwei verbundenen feinen oder
dünnen Drähten 17, 18 wird in den hohlen Abschnitt des
Stützelements 3, das ein Nickelrohr oder ähnliches sein
kann, eingesetzt und wie in der ersten Ausführungsform mit
Hilfe eines isolierenden Epoxidharzes 20 befestigt.
Das Stützelement 3 ist in der gleichen Weise an der Basis
(nicht dargestellt) befestigt, wie bei der ersten Ausfüh
rungsform. Der Sensor 4 wird in die Sensoraufnahmeöffnung 11
des Abdeckelements 10 eingesetzt, das mit einem Epoxidharz
gefüllt wird, wodurch der Sensor in der gleichen Weise wie
in der ersten Ausführungsform darin befestigt wird. Hier
wird das über den Rand der Sensoraufnahmeöffnung 11 über
fließende Epoxidharz entfernt.
Jeder der feinen Drähte 17, 18 besteht vorzugsweise aus
einem phosphorhaltigen Kupfer, das aus 94% Kupfer und 6%
Zinn mit einer geringen Menge Phosphor hergestellt ist. Die
Drähte haben vorzugsweise einen Durchmesser von 0,15 mm und
die Länge des freiliegenden Abschnitts 14 des Verdrahtungs
elements 7, die zwischen dem Abdeckelement 10 und dem Stütz
element 3 vorhanden ist, beträgt vorzugsweise 5 mm.
Im übrigen entspricht die zweite Ausführungsform im wesent
lichen der ersten Ausführungsform.
Wie bei der ersten Ausführungsform wird mit der zweiten Aus
führungsform ein vergleichbarer Versuch durchgeführt. Dabei
wird die Spannung zwischen den Anschlüssen 2 gemessen, wäh
rend die Meßeinrichtung so gedreht wird, daß der Winkel α
zwischen der Fläche, die senkrecht zur Längsachse der Meß
einrichtung ist, und der Fließrichtung des Fluids geändert
wird. Die Fluidgeschwindigkeit beträgt konstant 5 m/sek. Die
Ergebnisse sind in Fig. 7 dargestellt, in der auf der Ordi
nate die Spannung zwischen den Anschlüssen der Meßeinrich
tung und auf der Abszisse der Winkel α aufgetragen sind.
Wie die Ergebnisse des Versuchs zeigen, weist die zweite
Ausführungsform der Fluidgeschwindigkeitsmeßeinrichtung
ebenfalls nahezu keinen Meßfehler auf, wenn der Winkel zwi
schen der Längsrichtung des Sensors 4 und der Flußrichtung
des Fluids variiert. Wie bei der ersten Ausführungsform ist
also die Direktivität bzw. die Richtwirkung des Sensors 4
nahezu vollständig ausgeschaltet.
Dies hat den Vorteil, daß eine Fluidgeschwindigkeit unabhän
gig von dem Winkel zwischen dem Sensor 4 und der Fließrich
tung eines Fluids gemessen werden kann, weil der Sensor 4
wie in der ersten Ausführungsform mit dem kugelförmigen Ab
deckelement 10 aus einem Material mit einer hohen Wärmeleit
fähigkeit abgedeckt ist. Die Meßeinrichtung kann somit bei
beliebigen Flußrichtungen eines Fluids eingesetzt werden.
Da für das Isolierelement 13 zum Befestigen des Sensors 4
ein Epoxidharz oder ähnliches verwendet wird, wobei der Sen
sor von dem Stützelement 3, dem Verdrahtungselement 7 und
dem Abdeckelement 10 beabstandet ist, kann eine Tempera
turänderung an der Oberfläche des Metallabdeckelements 10
auf den Sensor 4 genau übertragen werden, wodurch die Mes
sung einer Fluidgeschwindigkeit ermöglicht wird.
Wenn außerdem die feinen Drähte 17, 18 aus Phosphorbronze,
die elastisch sind, als Verdrahtungselement 7 verwendet wer
den, wird aufgrund der Elastizität der feinen Drähte 17, 18
der Zustand bzw. Aufbau der Meßeinrichtung leicht wieder
hergestellt, selbst dann, wenn die Meßeinrichtung durch Be
rührung mit einem anderen Element verformt worden ist. Die
Meßeinrichtung behält somit ihre Form bei.
Da es möglich ist, die Festigkeit des verbundenen Abschnitts
des Verdrahtungselements 7 und des Abdeckelements 10 durch
Verwendung der feinen Drähte 17, 18 aus Phosphorbronze als
Verdrahtungselement 7 zu erhöhen, ist das Isolierelement 13
nicht erforderlich, das über den Rand der Sensoraufnahmeöff
nung 11 des Abdeckelements 10 überfließt, wenn der Sensor 4
in die Öffnung 11 eingesetzt wird. Das Isolierelement 13
wird daher an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Abdeck
element 11 und dem Verdrahtungselement 7 entfernt. Dies hat
den Vorteil, daß der Meßfehler wesentlich verringert wird,
selbst dann, wenn der Winkel α groß ist, und die
Empfindlichkeit der Meßeinrichtung verbessert wird.
Da wie oben beschrieben, die erfindungsgemäße Fluidgeschwin
digkeitsmeßeinrichtung einen Sensor verwendet, der ein klei
nes Stück eines Germaniumeinkristalls aufweist, sind die in
Verbindung mit einem Heißdrahtanemometer, bei dem Wolfram,
Platin oder ähnliches verwendet wird, auftretenden Probleme
hinsichtlich der Handhabbarkeit und der Lebensdauer gelöst.
Da der Sensor 4 mit einem kugelförmigen Abdeckelement 10 aus
einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit abgedeckt
ist, kann die Richtwirkung des Sensors um dessen Längsachse
vollständig ausgeschaltet und in Bezug auf den Winkel zwi
schen der Längsachse des Sensors und der Flußrichtung eines
Fluids wesentlich verringert werden. Dadurch ist es möglich,
genaue Messungen einer Fluidgeschwindigkeit vorzunehmen, un
abhängig von dem Winkel zwischen dem Sensor und der
Flußrichtung eines Fluids. Da ein Epoxidharz verwendet wird
als Isolierelement zum Befestigen des Sensors und des Ab
deckelements ist außerdem die Wärmeisoliereigenschaft zwi
schen dem Sensor und dem Stützelement gut, und die
Wärmeübertragung zwischen der Oberfläche des Abdeckelements
und dem Sensor ist ebenfalls gut, wodurch genaue Messungen
einer Fluidgeschwindigkeit ermöglicht werden.
Da der Sensor und das Abdeckelement von dem Stützelement mit
Hilfe eines aus einem Epoxidharz oder ähnlichem hergestell
ten Befestigungselements beabstandet sind, ist es möglich,
die Wärmeisoliereigenschaft des Sensors beizubehalten.
Außerdem kann die Elastizität des Befestigungselements oder
des Verdrahtungselements verhindern, daß die Meßeinrichtung
beschädigt wird.
Claims (4)
1. Fluidgeschwindigkeitsmeßeinrichtung mit:
einer hohlen Basis (1) mit mindestens einem Anschluß (2) an deren Basisende,
einem hohlen Stützelement (3), das an dem vorderen Ende der Basis (1) angeordnet ist,
einem Sensor (4), der ein kleines Teil eines Germani umeinkristalls aufweist, das an dem vorderen Ende des Stützelements (3) angeordnet ist,
Zuführdrähten (5, 6), die von den Längsenden des Sensors (4) abgehen,
einem Verdrahtungselement (7), das mit den Zuführdrähten (5, 6) verbunden ist, und in dem hohlen Abschnitt des Stützelements (3) und der Basis (1) angeordnet ist,
einem kugelförmigen Metallabdeckelement (10), das eine Sensoraufnahmeöffnung (11) aufweist, in die der Sensor (4) eingesetzt wird, und
einem Isolierelement (13), aus einem Kunstharz zum Befe stigen des Sensors (4) in der Weise, daß dieser von dem Stützelement (3), dem Verdrahtungselement (7) bzw. der Innenfläche des Abdeckelements (10) beabstandet ist.
einer hohlen Basis (1) mit mindestens einem Anschluß (2) an deren Basisende,
einem hohlen Stützelement (3), das an dem vorderen Ende der Basis (1) angeordnet ist,
einem Sensor (4), der ein kleines Teil eines Germani umeinkristalls aufweist, das an dem vorderen Ende des Stützelements (3) angeordnet ist,
Zuführdrähten (5, 6), die von den Längsenden des Sensors (4) abgehen,
einem Verdrahtungselement (7), das mit den Zuführdrähten (5, 6) verbunden ist, und in dem hohlen Abschnitt des Stützelements (3) und der Basis (1) angeordnet ist,
einem kugelförmigen Metallabdeckelement (10), das eine Sensoraufnahmeöffnung (11) aufweist, in die der Sensor (4) eingesetzt wird, und
einem Isolierelement (13), aus einem Kunstharz zum Befe stigen des Sensors (4) in der Weise, daß dieser von dem Stützelement (3), dem Verdrahtungselement (7) bzw. der Innenfläche des Abdeckelements (10) beabstandet ist.
2. Fluidgeschwindigkeitsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, wo
bei das Abdeckelement (10) kugelförmig ist und aus einem
Metall besteht, wie Kupfer, Aluminium, Gold und/oder
Silber.
3. Fluidgeschwindigkeitsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder
2, wobei das Isolierelement (13) Epoxidharz aufweist.
4. Fluidgeschwindigkeitsmeßeinrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 3, wobei das Verdrahtungselement (7) feine
Drähte (17, 18) aus Phosphorbronze aufweist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/687,664 US5189910A (en) | 1991-04-26 | 1991-04-19 | Fluid speed measuring probe |
DE4113744A DE4113744A1 (de) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | Fluidgeschwindigkeitsmesseinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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Representative=s name: TAUCHNER, P., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. HEUNEMANN, D |
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