DE4417913C1 - Gasströmungssonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasströmungssonde, um den sta­ tischen Druck, den Gesamtdruck und eine weitere physika­ lische Größe, wie die Dichte oder die Temperatur, zu messen.

Gasströmungssonden der vorgenannten Art werden dort ein­ gesetzt, wo sich Druck, Dichte, Temperatur und Geschwin­ digkeit eines Gases sehr schnell ändern. Dies ist bei­ spielsweise bei Gasstoßwellen der Fall.

Bei einer bekannten Gasströmungssonde (hierzu liegt dem Anmelder lediglich ein interner, nicht veröffentlichter Bericht vor) dient ein in Strömungsrichtung spitz zu­ laufendes, flaches Bauteil als Träger für die Sensoren, die den statischen Druck, den Gesamtdruck und die Dichte ermitteln. Die Messung der Dichte erfolgt über einen β-Strahler und einen hierzu beabstandeten β-Strahlen­ detektor.

Mit Nachteil stellt diese Gasströmungssonde ein großvolu­ miges und unhandliches Bauteil dar, weil die Sensoren weiträumig angeordnet sind. Ebenso treten Meßfehler auf, da die einzelnen Sensoren jeweils an weit voneinander entfernten Punkten die Meßwerte aufnehmen.

Die DE-OS 21 63 045 zeigt eine Gasströmungssonde mit einem länglichen, rohrförmigen Trägerbauteil. In Einbau­ lage ist das Trägerbauteil an einem Ende eingespannt. An seinem anderen, frei herausragenden Ende sind Druckauf­ nehmer für den statischen Druck und den Gesamtdruck an­ geordnet. Ferner haltert das Trägerbauteil ein Thermo­ element zur Messung der Temperatur.

Die Gasströmungssonde nach der DE 35 12 960 C2 und der US 47 19 806 entspricht der vorhergehenden Bauart mit dem Unterschied, daß keine Temperatur gemessen wird.

Die GB 22 03 251 A beschreibt eine Gasströmungssonde für Flugzeuge. Bei dieser Sonde sind auf einem Trägerbauteil ein Druckaufnehmer für den Gesamtdruck und ein Sensor zur Messung der Temperatur angeordnet.

Die US 47 54 651 zeigt eine Meßapparatur zur Messung der verschiedensten physikalischen Größen von Luft. An diese Apparatur ist beispielsweise eine Gasströmungssonde an­ schließbar, die von der Bauart her der Sonde der zuvor beschriebenen DE-OS 21 63 045 entspricht.

Ebenso kann eine Sonde zur Messung der Temperatur an die Apparatur angeschlossen werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gas­ strömungssonde der eingangs genannten Art derart auszubil­ den, daß ihr Platzbedarf gering ist und eine hohe Meß­ genauigkeit erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Gasströ­ mungssonde ein geringes Bauvolumen aufweist und daher uni­ versell auch in kleinen Strömungskanälen eingesetzt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß in einfacher Weise, zwei voneinander beabstandete Holme als Träger für die Sensoren dienen und daß jedem Holm zum einen ein Druck­ aufnehmer und zum anderen entweder die Signalquelle oder der Signalempfänger zugeordnet ist. Da alle Sensoren, bedingt durch die Anordnung auf den Enden der beiden Holme, eng zusammenliegen, werden alle Meßwerte nahezu an einem Punkt ermittelt, wodurch konstruktionsbedingt eine hohe Meßgenauigkeit erreicht werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung geben die Un­ teransprüche 2-8 an.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen

Fig. 1 eine Gasströmungssonde zum Einbau in einen Strömungskanal, in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 die Gasströmungssonde nach Fig. 1, in einen Strö­ mungskanal montiert, im Längsschnitt;

Fig. 3 eine Gasströmungssonde, geeignet zur Befestigung auf dem Boden, in perspektivischer Darstellung;

Fig. 4 die Gasströmungssonde nach Fig. 3, im Längsschnitt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Gasströmungssonde 1, um den statischen Druck, den Gesamtdruck und eine weitere physikalische Größe einer insbesondere einer hohen Dynamik unterliegenden Gasströmung zu messen.

Das zentrale Element der Sonde 1 stellt ein längliches Trägerbauteil 60 dar, das an seinem einen Ende eingespannt ist. An seinem anderen, frei herausragenden Ende sind die Sensoren gehaltert, welche an elektrische Leitungen 50 an­ geschlossen sind.

Das Trägerbauteil 60 wird durch zwei voneinander beabstan­ dete Holme 61 gebildet. Diese sind so ausgerichtet, daß die zwischen den Holmen 61 liegende Schlitzöffnung der Strömungsrichtung zugewandt ist und, ohne die Strömung nennenswert zu beeinflussen, durchströmt werden kann.

An dem herausragenden Ende des einen Holmes 61 ist der Druckaufnehmer 10 für den statischen Druck angeordnet. Der Druckaufnehmer 20 für den Gesamtdruck ist auf dem heraus­ ragenden Ende des anderen Holmes 61 untergebracht. Um neben dem statischen Druck und dem Gesamtdruck eine wei­ tere pysikalische Größe des Gases bestimmen zu können, sind an den einander zugewandten Flächen der herausragen­ den Enden der Holme 61 eine Signalquelle 30 und ein Signalempfänger 40 gegenüberliegend angeordnet.

Durch die vorgenannte Anordnung wird erreicht, daß alle Sensoren örtlich eng zusammengefaßt sind. Daher sind Meß­ fehler, die aufgrund von weit voneinander entfernten Sensoren auftreten, ausgeschaltet.

Zum einen ist es möglich, als Signalquelle 30 einen β-Strahler und als Signalempfänger 40 einen β-Strahlen­ detektor zu verwenden, um über die gemessene Abschwächung der β-Strahlen die Dichte des Gases bestimmen zu können. Während sich als β-Strahler Phomethium 147 eignet, hat sich als β-Strahlendetektor eine Fotodiode bewährt.

Zum anderen kann die Signalquelle 30 auch ein Schallsender und der Signalempfänger 40 ein Mikrofon sein. Hiermit mißt man zunächst die Schallgeschwindigkeit, um daraus die Temperatur des Gases bestimmen zu können.

Mit der Gasströmungssonde können die für die Darstellung einer Gasströmung wichtigen physikalischen Größen, nämlich

• - der statische Druck,
• - der Gesamtdruck,
• - die Dichte,
• - die Temperatur und
• - die Strömungsgeschwindigkeit,

bestimmt werden. Hierzu mißt man entsprechend den vor­ angegangenen Beispielen zunächst den statischen Druck und den Gesamtdruck und zusätzlich entweder die Dichte oder die Temperatur. Die übrigen physikalischen Größen lassen sich dann berechnen.

Der Querschnitt der Holme 61 ist zumindest angenähert ein Kreisabschnitt eines beide Holme 61 umgebenden Kreises. Durch dieses von einem Kreis begrenzte Profil der Holme 61 vereinfacht sich der Einbau in einem Strömungskanal 80 (Fig. 2), da die hierzu erforderliche Kreisöffnung in der Wandung des Kanales 80 leicht anzubringen ist.

Um den Abstand zwischen den Sensoren und beispielsweise der Wandung eines Strömungskanales 80 einstellen zu kön­ nen, ist das Trägerbauteil 60 in ein Flanschteil 70 eingespannt, das einen die Holme 61 umgreifenden Rohr­ abschnitt aufweist. Dadurch kann das Trägerbauteil 60 innerhalb des Rohrabschnitts des Flanschteiles 70 beliebig verschoben und an einer festgelegten Position, bei­ spielsweise mit einer Klemmschraube, auflösbare Art ge­ haltert werden.

In Fig. 1 ist das Trägerbauteil 60 weit aus dem Flansch­ teil 70 herausgeschoben. Damit das weit herausragende Trä­ gerbauteil 60 nicht mechanisch instabil wird, sind Stege 62 zwischen den beiden Holmen 61 angeordnet. Um unter­ schiedlichen Versuchsaufbauten Rechnung zu tragen, können die Stege 62 an auswählbaren Positionen mit lösbaren Ver­ bindungen befestigt werden. Dies wird beim Vergleichen der Fig. 1 und 2 deutlich, wo die Sensoren unterschiedlich weit vom Flanschteil 70 entfernt sind und somit eine je­ weils angepaßte Anbringung der Stege 62 erforderlich ist.

Wie man aus der Fig. 2 entnehmen kann, erstrecken sich die Holme 61 über die gesamte Länge des Trägerbauteils 60. Da­ her ist zur Abdichtung gegenüber dem Strömungskanal 80 zwischen den beiden Holmen 61 ein Kern 63 befestigt. Fer­ ner ist der Kern 63 im Bereich der Einspannung des Träger­ bauteils 60 angeordnet, so daß das Trägerbauteil 60 in diesem Bereich versteift ist und ohne sich einzudrücken durch das Flanschteil 70 festgeklemmt werden kann. Der Kern 63 ist nicht an den Holmen 61, was auch möglich wäre, sondern mit Vorteil am Flanschteil 70 lösbar befestigt. Hierdurch erreicht man, daß die Lage des Kernes 63 gegenüber dem Flanschteil 70 gleich bleibt, auch wenn durch Verschiebung der Holme 61 die Position der Sensoren im Strömungskanal 80 neu eingestellt wird.

Daher ist, zusammenfassend ausgedrückt, das Trägerbauteil 60 modular aufgebaut und besteht aus den beiden Holmen 61, den Stegen 62 und dem Kern 63.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 zeigt im Unterschied zu der bisher besprochenen Ausführungsform eine andere Art der Halterung des Trägerbauteils 60. Um innerhalb eines größeren Strömungskanales oder im Freien Versuche durchführen zu können, weist das Flanschteil 70 eine Bodenplatte 71 mit Bohrungen zur Befestigung auf.

Bezugszeichenliste

1 Gasströmungssonde
10 Druckaufnehmer für statischen Druck
20 Druckaufnehmer für Gesamtdruck
30 Signalquelle
40 Signalempfänger
50 elektrische Leitungen
60 Trägerbauteil
61 Holm
62 Steg
63 Kern
70 Flanschteil
71 Bodenplatte
80 Strömungskanal

Claims (8)

1. Gasströmungssonde (1), die in Einbaulage folgende Merk­ male aufweist:

• a) Die Gasströmungssonde (1) weist ein längliches Trä­ gerbauteil (60) auf, das an seinem einen Ende einge­ spannt ist und an seinem anderen Ende, welches frei herausragt, Sensoren haltert;
• b) zumindest der frei herausragende Bereich des Träger­ bauteils (60) ist durch zwei voneinander beabstan­ dete Holme (61) gebildet;
• c) an dem frei herausragenden Ende des einen Holmes (61) ist ein Druckaufnehmer (10) für den statischen Druck angeordnet;
• d) an dem frei herausragenden Ende des anderen Holmes (61) ist ein Druckaufnehmer (20) für den Gesamtdruck angeordnet;
• e) an den einander zugewandten Flächen der herausragen­ den Enden der Holme (61) sind zur Bestimmung der Dichte oder der Temperatur des Gases eine Signal­ quelle (30) und ein Signalempfänger (40) gegenüber­ liegend angeordnet.

2. Gasströmungssonde nach Anspruch 1, bei der der Quer­ schnitt jedes Holmes (61) zumindest angenähert ein Kreisabschnitt eines beide Holme (61) umgebenden Krei­ ses ist.

3. Gasströmungssonde nach Anspruch 1 oder 2, bei der Stege (62) mit einer lösbaren Verbindung an einer auswähl­ baren Position zwischen den beiden Holmen (61) zur Verstärkung angeordnet sind.

4. Gasströmungssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der sich die Holme (61) über die gesamte Länge des Trägerbauteils (60) erstrecken und bei der ein Kern (63) zur Abdichtung und Versteifung mit einer lösbaren Verbindung an einer auswählbaren Position im Bereich der Einspannung des Trägerbauteils (60) zwischen den beiden Holmen (61) befestigt ist.

5. Gasströmungssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Trägerbauteil (60) in einen Rohrabschnitt eines Flanschteiles (70) eingespannt ist, der das Trägerbau­ teil (60) an einer auswählbaren Position umgreift und mit einer lösbaren Verbindung haltert.

6. Gasströmungssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der zur Bestimmung der Dichte die Signalquelle (30) ein β-Strahler und der Signalempfänger (40) ein β-Strahlendetektor ist.

7. Gasströmungssonde nach Anspruch 6, bei der der β-Strahlendetektor (40) eine Fotodiode ist.

8. Gasströmungssonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der zur Bestimmung der Temperatur die Signalquelle (30) ein Schallsender und der Signalempfänger (40) ein Mi­ krofon ist.