DE745639C - Einrichtung zum Messen der Vertikalgeschwindigkeit von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Messen der Vertikalgeschwindigkeit von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen der Vertikalgeschwindigkeit von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen, bei der in Abhängigkeit von der Vertikal geschwindigkeit des Fahrzeuges eine aus einem Behälter aus- bzw. in denselben hineinströmende Luftmenge an zwei temperaturempfindlichen Meßorganen vorbeiströmt und in einer die genannten Meßorgane enthaltenden Differenzschaltung meßbar ist.
• Es sind bereits Meßeinrichtungen dieser Art vorgeschlagen worden, bei denen zur Ermittlung der Größe und Richtung der aus- bzw. in den Behälter einströmenden Luftmrer4ge für jede Ströltungsrichtung mindestens eine Düsenholometeranordnung mit im Luftstrom liegenden, vorzugsweise schlitzförmigen Düsen vorgesehen ist. Die Empfindlichkeit dieser Einrichtungen ist jedoch ziemlich gering, weil die iiber die ganze Länge des Bolometerdrahtes angeordneten Düsenschlitze eine verhältnismäßig große Länge, einen entsprechend großen Querschnitt und daher eine entsprechend geringe Luftgeschwindigkeit aufweisen.
• Ferner sind Verfahren zumw Messen der Sink- oder Steiggeschwindigkeit von in Gasräumen bewegten Körpern, insbesondere Luftfahrezugen, beakannt, bei denen das Gas entsprechend den Änderungsgeschwindigkeiten seines Druckes durch eine Düse in Gefäße ein-oder aus diesen Gefäßen ausströmt und nur in einer Richtung in bezug auf in der Nähe der Düse angebrachte Heizfäden die Eigenschaft einer gerichteten Strömung hat und deren Temperatur ändert, die elektrisch mittels einer Widerstandsmeßbrücke gemessen wird.
• Schließlich sind Verfahren zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit von Dämpfen und Gasen auf kalorimetrischem Wege bekannt, bei denen die Zuführung von Wärem aus einer Wärmequelle in die Dämpfe oder Gase in selbsttätiger Weise derart geregelt wird, daß die Wärmemenge oder die durch letztere in einem der Elemente bedingte Temperaturänderung konstant erhalten und die Wirkung dieser Wärmeübertragung in einem der Ele@ mente bestimmt wird.
• Man könnte nun auf den Gedanken kvi men, das letztgenannte Verfahren bei richtungen, die nach dem vorletzt erwähnte Verfahren arbeiten, anzuwenden. Dabei wäre dann z. B. für 1# Änderung des atmosphärischen Druckes je Sekunde und dem Gasinhalt eines Speichers von z. B. o, 5 1 eine Menge von 0,5 γ/sek. zu erfassen. Die Mengenströme und entsprechenden Strömungsgeschwindigkeiten würden sich also wie I : I09 verhalten.
• Da sich nun aber der Düseneffekt nicht bei beliebig, insbesondere so kleinen Geschwin- -diglieiten, wie sie sich hier ergeben, ausnutzen läßt, ist der erwähnten Anwendung des obigen Verfahrens eine Grenze gesetzt.
• Eine derartige Grenze besteht bei der Einrichtung nach der Erfindung nicht, denn sie ermöglicht es, die Messung bis zu den kleinsten interessierenden Vertikalgeschwindigkeiten mit stets gleichbleibender und ausreichender Empfindlichkeit durchzuführen. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß zwei Hitzdrähte eine strömungsrichtungsabhängige Temperaturdifferenz auch dann abzuleiten gestatten, wenn unter Vermeidung der unbefriedigend arbeitenden Düsen der eine der Hitzdrähte beim Auftreten einer Luftgeschwindigkeit erwärmt wird, während der Vergleiehsdrabt, sofern erhitzt, sich im Luftstrom abkühlt. Gemäß der Erfindung sind die beiden temperaturempfindichen Meßorgane hintereinander in den Gasstrom geschaltet unter Verwendung einer zwischen ihnen angeordneten Heizvorrichtung, derart, daß abhängig von der Grölle und Richtung des Gasstromes das im Gasstrom hinter der Heizeinrichtung liegende Meßorgan erwärmt wird.
• Zweckmäßig wird jedes Temperaturmeßorgan in Form eines möglichst trägheitslosen Widerstandsdrahtes in der Längsachse einer Bohrung eines EIetallblockes angeordnet, der gegen die aus einem gut wärmeleitenden Gehäuse bestehenden, von einer Heizwicklung umgebenen Heizvorrichtung durch eine Luftschicht und durch Abstandsringe, die gleichzeitig zur Abdichtung des Luftführungskanal 5 dienen, wärmeisoliert ist.
• Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
• In Fig. I bedeutet I den mit einem Vakuummantel 18 umgebenen Behälter, aus dem bzw. in den die Luft infolge der beim Steigen und Sinken des Luftfahrzeuges eintretenden Luftdruckänderungen strömt. 14 und 15 sind Widerstandsthermometer, die innerhalb bzw. außerhalb des Behälters in Richtung des ein-bzw. ausströmen den Wärmeflusses angeordnet sind. 5 ist ein Metallblock im Schnitt der durch eine Leitung 2 mit dem Behälter I und durch eine Leitung I7 mit der Außenluft in Erfindung steht, wobei die Leitung 17 im @uftfahrzeug derart angeordnet ist, daß an @nrer Mündung der statische Druck herrscht.
• Der Metallcblock ist ferner mit Bohrungen versehen, die vorzugsweise symmetrisch angeordnet sind und in denen Metallröhrchen 4 und 4', beispielsweise aus Aluminium, stecken.
• In diese ragen möglichst trägheitslose dünne Drähte 3 und 3' hinein. Außerdem ist eine Bohrung vorgesehen, in der zwei Widerstandsdrähte I3, von denen in der Figur nur einer sichtbar ist, angeordnet sind. Mit 7 ist ein gut wärmeleitendes Gehäuse liezeidinet, welches von einer elektrischen heizweicklung 8 umgeben ist. In dem Gehäuse sind ein Kanal (3 und eine Bohrung vorgesehen, in der zwei Widerstandsdrähte 12 angeordnet sind. Der geheizte Körper 7 ist gegen den ungeheizteil Körper 5 durch Ahstandsringe g isoliert, die gleichzeitig auch den von ihnen umschlossene Zwischenraum luftdicht abschließen.
• In Fig. 2 ist dargestellt, in welcher Weise die Widerstandskörper 3, 3', I2, I3, I4, I5 in zwei Wheatstoneschen Brücken miteinander verbunden sind. 16 ist ein in der einen Brücke angeordnetes Ereuzspulinstrument.
• Die Wirkungsweise der neuen ÄIeßeinriehtung ist folgende: Es sei angenommen, daß das Luftfahrzeug sinkt. Dann besteht ein Druckunterschied zwischen der in dem Behälter 1 vorhandenen Luft und der Außenluft, in welche die Leitung I7 mündet. Es fließt Luft durch die Leitung 17 in das Röhrchen 4, dort an dem Draht 3 vorbei, dann durch den Kanal 6, wo sie erwärmt wird, darauf in das Röhrechen 4'. wo sie an dem Draht 3' vorbeiströmt und denselben erwärmt, und schließlich durch die Leitung 2 in den Behälter I.
• Steigt dagegen das Flugzeug, so fließt die Luft aus dem Behälter 1 an dem Draht 3' vorbei in den geheizten Körper 7, führt voll dort die Heizenergie entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit an den Draht 3 heran und strömt dann durch die Leitung I7 in die Außenluft.
• Der Temperaturunterschied zwischen deii Drähten 3 und 3' ist demnach ein blaß für die Größe und Richtung der Vertikalgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges.
• Die Meßempfindlichkeit kann noch dadurch gesteigert werden, daß die beiden Drähte 3 und 3'elektrisch erhitzt werden. Der Draht 3 wird dann beim Sinken des Luftfahrzeuges durch die eintretende kältere Luft entsprechend ihrer Geschwindigkeit abgekühlt, und der Draht 3' erhält durch die infolge der Aufheizung in dem Körper 7 aufgenommenc Wärmemenge eine Übertemperatur, während beim Steigen des Luftfahrzeuges die umgekehrten Vorgänge eintreten. In diesem Fall ist der besondere Heizkörper 7 nicht unbedingt nötig.
• Die Erwärmung des zweiten Meßdrahtes kann auch durch den ersten geschehen. Die Messung erfolgt, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, vorzugsweise unter Verwendung von zwei Wheatstoneschen Brücken mittels eines Kreuzspul instrumentes, dessen Richtstrom durch die zweite Brücke gebildet wird, in der die in den Körpern 7 und 5 untergebrachten Widerstandsdrähte 12 und I3 gegeneinander geschaltet sind. Dadurch ist erreicht, daß die Temperatur des geheizten Körpers 7, die in die Messung eingeht, wieder ausgemerzt wird.
• Um auch zu verhindern, daß ein Temperaturwechsel beispielsweise eine Erwärmung der Luft in dem Behälter 1, die ein Abfließen der Luft aus dem Behälter zur Folge hat, ein Steigen des Luftfahrzeuges vortäuscht, ist der Behälter nicht nur, wie oben erwähnt und in Fig. 1 dargestellt, mit einer wärmeisolierenden Umhüllung 18 versehen, sondern es sind anßerdem noch zwei Widerstandsthermometer I4 und I5 nach Art von Wärmeflußmessern senkrecht zum vzu-bizw. abströmenden Wärmefluß innerhalb bzw. außerhalb des Behälters I angeordnet und als Vergleichswiderstände für die Drähte 3 und 3' in der einen Wheatstoneschen Brücke geschaltet.
• Diese- Anordnung zur Ausmerzung des Einflusses von Temperaturänderungen des Luftspeichergefäßes läßt sich selbsstverständlich auch bei anderen elektrischen Vertikalgeschwindigkeitsmessern anwenden, vorzugsweise dadurch, daß die beiden Widerstandsthermometer zur Erfassung des Ävärmeflusses als Vergleichszweige zu den die eigentliche Meßgröße darstellenden Widerständen in Wheatstonescher Brückenschaltung vereinigt werden.
• Die Abhängigkeit der Anzeige der Vertikalgeschwindigkeitsmesser vom Luftdruck, d. h. von der Höhe, die das Flugzeug einnimmt, läßt sich gemäß der Erfindung ebenfalls durch die Anwendung von temperaturabhängigen Widerständen ausmerzen. Es gelingt z. durch Anordnung von je einem Hitzdraht in waagerechter und senkrechter Lage einen Temperaturunterschied und damit einen Unterschied im Widerstand der Hitzdrähte zu erzeugen, der proportional dem Druck der die Hitzdrähte umgehenden Luft ist. Schaltet man die beiden Meßdrähte, die sich in verhältnismäßig großen Lufträumen befinden müssen, damit die Konvexion an dem waagerechten Draht eine größere Abkühlung bewirkt als an dem senkrecht aufgehängten, in eine Wheatstonesche Brücke, so ist der Diagonalstrom in erster Näherung proportional dem Luftdruck und daher geeignet, die Anzeige des Vertikalgesehwindigkeitsmessers dadurch unabhängig vom Luftdruck zu machen, daß dieser Brückenausgleichstrom das Richtmoment des Quotientenmeßgerätes bildet. Um unabhängig von der Betriebsspannung zu messen, schaltet man alle verwendeten Wheatstoneschen Brücken an dieselbe Stromquelle.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zum Messen der Vertikalgeschwindigkeit von Fahrzugen, insbesondere Luftfahrzeugen, bei der in Abahängigkeit von der Vertikalgeschwindigkeit des Fahrzeuges eine aus einem Behälter aus- bzw. in denselben hineinströmende Luftmenge an zwei temperaturempfindlichen Meßorganen vorbeiströmt und in einer die genannten Meßorgane enthaltenden Differenzschaltung meßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden temperaturempfindlichen Meßorgane (3, 3E) hintereinander in den Gasstrom geschaltet sind unter Verwendung einer zwischen ihnen angeordneten heizworrichtung (7; 8). derart, daß abhängig von der Größe und Richtung des Gasstromes das im Gasstrom hinter der Heizeinrichtung liegende Meßorgan erwärmt wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch I, dalurch gekennzeichnet, daß die Meß organe (3, 3') vorzugsweise zentrisch in Richtung der Strömung in je einer vergleichsweise langen Bohrung eines gut wärmeleitenden Blockes (5), z. B. Metallblockes, in Form feiner Widerstandsdrähte angeordnet sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bohrungen des Metallblockes (5) konzentrisch zu jedem Widerstandsdraht (3, 3') dünne Blechzylinder (4, 4') von Geringer Wärmekapazität wrärmeisoliert und gasdicht angeordnet sind, welche den Querschnitt für den Luftstrom verringern und den Wärmeaustausch zwischen Widerstandsdraht und Metallblock vermindern.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch i, bei der die Widerstandsdähte in den benachbarten Zweigen einer Wheatstoneschen Brücke angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Diagonale der Brücke ein Quotientenmeßgerät, z. B. ein Kreuzspulinstrument (I6), angeordnet ist, dessen 3tichtkraft durch den Strom gehildet wird, der durch die Widerstandsdrähte (3, 3') in Abhängigkeit von der zwischen dem Metallblock (5) und der Heizvorrichtung (7, S) herrschenden Temperaturdifferenz fließt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtstrom für das Kreuzspulinstrument (I6) einer zweiten Wheatstoneschen Brücke entnom men ist, deren Zweige durch in dem Metallblock (5) und in der Heizvorrichtung (7, S) angeordnete Widerstandsdrähte (3, 3' bzw. I2, I3) gebildet sind.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichswiderstände der Brückenschaltung für die dem Luftstrom ausgesetzten Widerstandsdrähte (3, 3') Widerstandsthermometer (I4, I5) verwendet sind, die innerhalb bzw. außerhalb des Luftbehälters (I) nach Art von Wärmeflußmessern senkrecht zum zu- bzw. abströmenden Wärmefluß angeordnet sind.
7. 7.. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Widerstände in den benachbarten Zweigen einer Wheatstoneschen Brücke angeordnet sind, deren Diagonalzweig ein Quotientenmeßgerät, z. B. ein Kreuzspulinstrument, ehthaält, dadurch gekennzeichnet, daß als Richtstrom für das Kreuzspulinstrument der Ausgleichsstrom der Wheatstoneschen Brücke verwendet ist, deren Zweige zwei senkrecht zueinander und in einem möglichst großen Hohlraum angeordnete Hitzdrähte enthalten.

   S. Einrichtung zum Messen der Vertikalgeschwindigkeit von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen, bei der in Ab hängigkeit von der ETertikalgeschwindigkeit des Fahrzeuges eine aus einem Behälter aus- bzw. in denselben hineinströmen de Luftmenge an zwei temperaturempfindlichen Meßorganen vorbeiströmt und in einer die genannten Meßorgane enthaltenden Differenzschaltung meßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden tetnperaturempfindlichen Meßorgane (3. 3') hintereinander in den Gasstrom geschaltet und elektrisch heizbar sind, so daß eine besondere Heizvorrichtung vermieden ist.

   Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende D ruckseh riften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften ... Nr. 268 35O ; 633 88I.