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Vorrichtung zur manometrischen Messung -von Strömungsgeschwindigkeiten,
insbesondere Windgeschwindigkeiten Es sind Geräte bekannt, mit deren Hilfe Strömungsgeschwindigkeiten
durch Messung des Druckunterschiedes zwischen einem der Strömung zugekehrten Staurohr
und einer zweiten Düse bestimmt werden können, die einen von. dem Staudruck verschiedenen
Druck aufnimmt. Solche Geräte werden auch zur Messung der Geschwindigkeit von Strömungen
mit veränderlicher Strömungsrichtung verwandt, insbesondere zur Messung der Geschwindigkeit
des atmosphärischen Windes. Dazu wird das Staurohr (bei manchen Geräten auch die
zweite Düse) ,auf eine den Veränderungen der Strömungsrichtung entsprechend drehbare,
starre Fahne (Windfahne) aufgesetzt. Die Fahne kann aber wegen ihrer Trägheit --den
Veränderungen der Strömungsrichtung nur langsam folgen, so daß bei schnellen Richtungsänderungen
der Strömung häufig der Fall eintritt, daß das Staurohr nicht der Strömungsrichtung
zugekehrt ist, sondern schräg dazu steht. Dann nimmt das Staurohr .einen Druck auf,
der kleiner ist als der eigentliche Staudruck in der Strömung, so daß die Messung
fälschlich eine zu kleine Strömungsgeschwindigkeit ergibt. Nicht nur der augenblickliche
Wert der Strömungsgeschwindigkeit wird fälsch bestimmt, sondern, vor allem bei schnellen
und häufigen Richtungsschwankungen, auch ihr Mittelwert Durch geeignete Formgebung
des Staurohnes und der zweiten Düse kann dieser Effekt nur in kleinen Winkelbereichen
vermieden werden. So ist z. B. die Geschwindigkeitsmessung des atmosphärischen.
Windes besonders bei B@öenwetter mit Geräten der beschriebenen Art nicht mit wünschenswerter
Genauigkeit möglich.
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Es sind Geräte zur manometrischen Windgeschwindigkeitsmessung (und
Richtungsbestimmung) bekannt, bei denen die Messung unabhängig von einer Windfahne,
nämlich mit festem Windkopf, erfolgt. Diese Geräte setzen sich aus vielen einzelnen
Staugeräten zusammen.. Viele einzelne Staurohre -werden feststehend so angeordnet,
daß ihre bffnungen verschiedenen Richtungen in der horizontalen Ebene zugekehrt
sind. (Aus gewissen Gründen werden die Staurohre alle mit einem vertikal stehenden
Zylinder umhüllt und die Öffnungen der Staurohre ringsum im Zylindermantel angebracht.)
Die Druckmessung <erfolgt mit ebenso vielen Manometern, wie Staurohre vorhanden
sind, so daß tatsächlich viele ein. zelne Staugeräte zu einem Gerät vereinigt zugleich
benutzt werden. Dasjenige Einzelsystem, dessen Staurohr gerade der augenblicklich
herrschenden Windrichtung zugekehrt ist, gibt einen Druckwert an, aus dem die augenblickliche
Windgeschwindigkeit bestimmt werden kann. je feiner die Windgeschwindigkeitsmessung
durchgeführt werden soll, um so mehr Einzelsysteme sind nötig. Das macht die Geräte
umständlich. Vor allem ist die Registrierung der Windgeschwindigkeit wegen dervielenManometer,
derenAusschläge sämtlich gleichzeitig aufgezeichnet werden müßten, nur mit wesentlich
größerem Umstand
möglich als bei den Meßgeräten mit einem Manometer
(z. B. bei den Windfahnengeräten). _ _ Es ist wünschenswert, die Strömungsgeschwindigkeitsmessung
frei von den Fehlern, die den Wind£ahnengeräten anhaften, und frei von den Nachteilen,
die das beschriebene Gerät mit festem Windkopf mit sich bringt, ausführen zu können.
Das wurde bereits bei Windgeschwindigkeitsmessungen in der Weise versucht, daß an
Stelle des mit einer Windfahne verbundenen - Staurohres ein senkrecht stehendes,
stumpf endigendes Rohr benutzt und mit einem Schenkel eines Manometers verbunden
wurde, das sich meinem Gebäude befand. Der zweite Schenkel des Manometers wurde
offen gelassen, so daß es . die Druckdifferenz zwischen dem Druck, der von dem Rohr
aufgenommen wurde, und dem Druck, der im Gebäudeinnern herrschte, anzeigte. Da aber
der Drück im Innern von Gebäuden, die dem Winde ausgesetzt. sind, durch Stau und
Sog an dein Gebäudebegrenzungen. um den vollen Betrag des Staudruckes, der in der
Strömung maximal der Messung zugänglich ist, gefälscht werden kann, führt dieses
Meßverfahren zu michtssagenden Ergebnissen und ist deshalb bedeutungslos.
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Bei der vorliegenden Erfindung werden alle obengenannten Nachteile
und Fehler der beschriebenen Geräte vermieden.
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Die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt durch Messung
der Druckdifferenz zwischen zwei in der Strömung befindlichen, voneinander verschiedenen
rotationssymmetrischen Düsen, deren. Symmetneachsen senkrecht zur Strömungsebene
stehen. Die Messung wird hierdurch unabhängig vom statischen Druck. Geeignete Düsen
sind in den Abb.,i bis 5 dargestellt. Die einfachste dieser Düsen ist ein stumpf
endigendes, offenes Rohr, das der Strömung so ausgesetzt wird, wie Abb. i zeigt.
Es ist bekannt, daß das Rohr :einen Druck aufnimmt, der sich aus dem in der Strömung
herrschenden statischen Druck und einem von, der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen
Druck zusammensetzt. Durch Änderungen der Strömuzigsrichtung innerhalb der Ebene,
auf der die Symmetrieachse des Rohres senkrecht steht, wird der aufgenommene Druckbetrag
nicht geändert. Aus der Düse der Abb. i wird die Düse der Abb. 2, wenn das Rohr
mit einem zylindrischen D2ahtkäfig umgeben wird. Durch den Drahtkäfig wird die -Strömungsgeschwindigkeit
am Rohrende verringert und infolgedessen der von der Strömungsgeschwindigkeit abhängige
Druckbetrag herabgesetzt. Die Düsen der Abb. i und 2 nehmen also bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit
voneinander verschiedene Drücke auf. Der Unterschied dieser Drücke hängt außer von
Konstanten des strömenden Mediums (Dichte u. a.) nur von der Strömungsgeschwindigkeit
ab. Er kann daher auf Grund einer Eichung erfindungsgemäß als Maß der Strömungsgeschwindigkeit
dienen. Der Druckunterschied ist mit einem U-Manometer odereinem derbekannten Manometer,
die sich gleichzeitig zur Messung und Registrierung _eignen, meßbar. Er wird nicht
beeinflußt durch Richtungsschwankungen der Strömung innerhalb der Ebene, auf der
die Symmetrieachsen der beiden Düsen senkrecht stehen, da beide Düsen in bezug auf
diese Ebene rotationssymmetrisch geformt sind.
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Ebenso wie die Düsen nach Abb. i und 2 sind die als weitere Beispiele
in den Abb. 3 ;bis 5 dargestellten rotationssymmetrischen D'iisen zu dem Meßverfahren
geeignet. Die Düse der Abb. 3 entsteht aus der Düse der Abb. i, wenn das Rohr mit
einem weiten Ring umgeben wird. Durch Stau und. Sog am Ring wird die Strömung und
der Druck am Rohrende verändert. Wenn in das Rohr (Abt. i) ein Stab eingeführt wird,
entsteht die Düse der Abb. q.. Sog und Stau am Stabe beeinflussen den Druck am Rohrende.
Aus der Düse der Abb. q. wird durch Aufsetzen einer Rohrkappe die Düse der Abb.
5. Besonders wenn die Rohrkappe dicht über dem unteren Rohr angebracht ist, drosselt
sie den Strom, der an der Rohröffnung vorbeigeht, so daß dadurch wieder eine Druckänderung
erzeugt wird. Alle diese Düsen nehmen bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit verschiedene
Drücke auf, weil bei jeder von ihnen der Druck an der Rohröffnung in anderer Weise
beeinflußt wird.
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Grundsätzlich sind je zwei voneinander verschiedene rotationssymmetrische
Düsen zur Geschwindigkeitsmessung von Strömungen geeignet, denn sie liefern naturbedingt
eine von der Strömungsgeschwindigkeit abhängige Druckdifferenz. Es können also Meßsysteme
aus den Düsen der Abb. i und 2, i und 3, 2 und 3 usw. gebildet tverden- Auch zwei
nach dem gleichen Prinzip geformte Düsen, deren Abmessungsverhältnisse aber verschieden
sind, können zu einem brauchbaren Meßsystem vereinigt werden, so z. B. zwei Düsen
der Abb. 2, die sich in der 1blascheuweite der Käfige unterscheiden, oder zwei Düsen
der Abb. 3, deren Ringweiten verschieden sind.
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Der zu messende Druckunterschied ist im allgemeinen etwas kleiner
als bei den Staugeräten, aber ohne Schwierigkeiten in der genannten Weise bestimmbar.
Durch geeignete Auswahl zweier Düsen zu einem Meßsystem kann ein hoher Druckunterschied
erzielt werden. Durch geeignete Auswahl zweier Düsen kann außerdem erreicht werden,
daß die Messunz von Schwankungen der Strömungsebene
in kleinen
Bereichen unabhängig wird. (So wird man z. B. die Düse der Abb. i bei einer solchen
Auswahl ausschließen.) Die Meßvorrichtung ist zur Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeiten
etwa in dem gleichen Bereich brauchbar, in dem die sonst bekannten manometrischen
Geschwindigkeitsmeßgeräte benutzt werden können. Sie ist also z. B. für ,alle in
der Atmosphäre vorkommenden Windgeschwindigkeiten geeignet. Vorzugsweise wird sie
für die Messung von Geschwindigkeiten von Strömungen, deren Richtung rasch wechselt,
anzuwenden sein.