DE8317203U1 - Prandtlsches staurohr fuer instationaere geschwindigkeitsmessung - Google Patents

Description

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Internationale AtomreaktdtfbaU GmbH |.

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Kernforschungsanlage Jülich
Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Prandtlsches Staurohr für instationäre Geschwindigkeitsmessung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prandtlsches Staurohr nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Staurohre sind in den verschiedensten Ausführungen bekannt. Das '·, Funktionsprinzip wird beispielsweise in L. Prandtl, Führer durch die Strömungslehre, 7. Auflage, Vieweg 1969, Seite 50, beschrieben. Gemessen wird dabei prinzipiell die Druckdifferenz zwischen dem Druck an der Spitze des Staurohres und dem an der Seite.

Aus der US-PS 4 065 970 und der US-PS 4 093 993 sowie aus einem Prospekt der Firma "ENDEVCO", San Juan Capistrano, USA vom Oktober 1979 sind sehr kleine piezoresistive i

Druckwandler bekannt, welche teilweise integrierte Tem- «

peraturkompensationsschaltungen besitzen. I

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein sehr kleines, I

als Sonde einsetzbares Staurohr, bei dem ein Druckwand- *

ler integriert ist und der daher mit den Versorgungs- ί

und Anzeigegeräten nur noch durch elektrische Zulei- % tungen verbunden ist. Dabei ist einerseits die Miniaturisierung von Bedeutung, andererseits aber auch die Erhöhung der Meßgenauigkeit durch Verkleinerung der Volumina in dem Staudruckrohr und den Zuleitungen. Das Ge- \

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rät', soll insbesondere für instationäre StrÖmüngsmessungen, bei denen es auf die genaue Messung schneller Druckdifferenzänderungen ankommt, geeignet sein. 5

Zur Lösung dieser Aufgäben wird ein Staudruckmesser nach dem Hauptanspruch vorgeschlagen. Dieser besteht zunächst aus den im Prinzip bekannten Teilen, nämlich einem strömungsgünstig gebauten, länglichen Körper mit einer öffnung an der Vorderseite und einer oder mehreren Öffnungen an den Seiten, wobei die Öffnungen mit einer Differenzdruckmeßvorrichtung in Verbindung stehen. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird jedoch vorgeschlagen, in den länglichen Körper einen kleinen Differenzdruckmeßaufnehmer zwischen vorderer öffnung und den Seitenöffnungen zu integrieren. Diese Maßnahme hat entscheidende Vorteile. Nach dem Stand der Technik wurde bisher die vordere Öffnung über eine Schlauchleitung mit einem entfernt liegenden Differenzdruckmeßgerät verbunden und ebenso der mit den seitlichen Öffnungen in Verbindung stehende Gasraum. Die Länge und das Volumen der Leitungen führten dazu, daß schnelle Strömungsänderungen nicht oder nur ungenau erfaßt werden konnten. Darüberhinaus ist bei der Montage bzw. dem Einbringen der Sonde die Verlegung von mindestens zwei Druckleitungen schon aus strömungstechnischen Gründen problematisch. Nach der vorliegenden Erfindung entfallen die Druckleitungen und damit ein großer Teil der bisher bei der Messung beteiligten Volumina. Außerdem können die Zuleitungen aus sehr feinen elektrischen Leitungen bestehen, wodurch eine Verwendung des erfindungsgemäßen Staudruckmessers als Sonde möglich wird. Durch die inzwischen zur Verfügung stehenden außerordentlich kleinen Differenzdruckmeßaufnehmer kann eine erfindungsgemäße Sonde stark miniaturisiert werden.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der integrierte Differenzdrückmeßaüf^ nehmer ein piezoresistiver Druckaufnehmer ist_ä Piezoresistive Druckaufnehmer lassei sich in besonders kleinen Ausführungen fertigen Und sind auch für hohe Frequenzen der Druckschwankungen gut geeignet.

Im Anspruch 3 wird in weiterer Ausgestaltung der Er-¹ findung vorgeschlagen, daß der integrierte Differenzdruckmeßaufnehmer mit einer Temperaturkompensationsschaltung versehen sein soll. Da bei Strömungsmodellen und insbesondere bei transienten Vorgängen die Temperaturen im System schwanken können, ist es von Vorteil, Differenzdruckmeßaufnehmer mit einer Temperaturkompensationsschaltung zu verwenden. Solche Geräte sind auch in sehr kleiner Ausführung nach dem Stand der Technik bekannt.

In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 4 vorgeschlagen, daß der längliche Körper mit

j einer gestuften Innenlängsbohrung versehen sein soll,

wobei der Bohrungsdurchmesser an der Spitze am geringsten ist, im anschließenden Teilstück dem Außendurchmesser des Differenzdruckmeßaufnehmers entspricht und

» im hinteren Bereich größer als der Außendurchmesser

des Differenzdruckmeßaufnehmers ist. Diese Ausführung ermöglicht eine besonders einfache Fertigung eines erfindungsgemäßen Staudruckmessers, wobei der Differenz-

\ 30 druckmeßaufnehmer leicht eingesetzt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung wird im Anspruch 5 vorgeschlagen, daß das Gehäuse an einem Sondenrohr angebracht ist,

wobei die elektrischen Zuleitungen zu dem Differenzdruckmeßaufnehmer in dem Sondenrohr verlaufen. Diese

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Ausführung ist besonders strömungägünsfcig und ermöglicht eine problemlose Verlegung der Zuleitung*

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 6 vorgeschlagen, daß der Differenzdruckmeßaufnehmer mit den Seiten an seinem vorderen Ende gegen das Gehäuse abgedichtet ist, z.B. durch Kleben oder mit einem O-Ring. Diese relativ problemlosen Befestigungsarten sor-* 1Ö gen für eine dichte Trennung der Gasräume, zwischen denen der Differenzdruck gemessen wird.

In spezieller Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere für sehr schnelle Strömungsänderungen, wird im Anspruch 7 vorgeschlagen, daß die Volumina, die mit dem Differenzdruckmeßaufnehmer in Verbindung stehen und deren Druckdifferenz d^s Ausgangssignal bestimmt, möglichst klein sind, wobei Verbindungen zu anschließenden Hohlräumen, soweit nötig, mit einem Klebe- oder Füllmittel abgedichtet sind. Diese Ausführungsform führt zu extrem schnellen Reaktionen auf Druckveränderungen und verringert die Trägheit des Meßgerätes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit seinen erfindungswesentlichen Teilen ist in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellt.

In einem Gehäuse 1 mit einer strömungsgünstig geformten Spitze 2, welche eine Bohrung 3 aufweist, ist ein piezoresistiver Differenzdruckmeßaufnehmer 6 angeordnet. Vor seinem einen Druckeingang befindet sich ein kleiner, durch den BohrungsVorgang im Normalfall· konisch geformter Hohlraum 4. In seinem vorderen Bereich 5 ist der Differenzdruckmeßaufnehmer 6 gegen das Gehäuse 1 abgedichtet, vorzugsweise durch Einkleben oder mit einem O-Ring. In seiner weiteren Ausdehnung ist der Differenzdruckineßaufriehmer 6 durch

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einen schmalen Spalt 7 vom Gehäuse getrennt. Das Gehäuse selbst kann aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein. In der Zeichnung setzt sich das Gehäuse nach einer Verbindungsstelle 9 in einem zweiten Teilstück 8 fort, welches eine oder mehrere Querbohrungen 10 aufweist. Im hinteren Teil des Gehäuses befindet sich ein kleiner Hohlraxun 11, welcher durch die Bohrungen 10 mit der Außenumgebung in Verbindung steht. In diesen Hohlraum hinein ragt der zweite Meßeingang 12 des Differenzdruckmeßaufnehmers 6, wobei dieser Eingang 12 als dünnes Röhrchen ausgebildet ist. Die elektrischen Zuleitungen 13 des Differenzdruckmeßaufnehmers 6 verlaufen durch den Hohlraum 11 und werden hinten aus dem Gehäuse herausgeführt, wobei die Durchführung abgedichtet ist. Das ganze Meßgerät kann an einem Sondenrohr 14 durch eine Übergangsstelle 15 befestigt sein, wobei sinnvollerweise dann die elektrischen Zuleitungen 13 im Inneren des Sondenrohres 14 weitergeführt werden. Bei temperaturkompensierten Differenzdruckmeßaufnehmern, bei welchen beispielsweise eine kleine Wheatstone¹sehe Brücke integriert ist, müssen unter Umständen vier Zuleitungen verlegt werden. Aber selbst für diesen Fall ist die Verlegung wesentlich unproblematischer als die bisher verwendete Verlegung von druckführenden Zuleitungen. Zur Veranschaulichung der erreichbaren Miniaturisierung sei erwähnt, daß solche Staudruckmesser mit einem Außendurchmesser von ca. 4 mm und einer Länge von 40 - 50 mm gebaut werden können.

Claims (7)

ie · tr« « · • ·■· r* ■·« ■ !•er· re ■ * "β 83 G 6 7 H DE INTERATOM -6- 24.653.3 Internationale Atomreaktorbau GmbH D-5O6O Bergisch Gladbacli 1 und Kernforschungsanlage Jülich Gesellschaft mit beschränkter Haftung 1O Prandtlsches Staurohr für instationäre Geschwindigkeitsmessung Schutzansprüche 15

1. Staurohr, bestehend aus einem strömungsgünstig gebauten, länglichen Körper (1, 8) mit einer Öffnung (3) an der Vorderseite (2) und einer oder mehreren Öffnungen (10) an den Seiten, wobei die Öffnungen (3, 10) mit einer DifferenzdrucK-Me3vorrichtung in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß in den länglichen Körper (1, 8) ein kleiner Differenzdruckmeßauf nehmer (6) zwischen vorderer Öffnung (3) und Seitenöffnungen (10) integriert ist.

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2. Staurohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der integrierte Differenzdruckmeßaufnehmer (6) ein piezoresistiver Druckaufnehmer ist.„ 30

3. Staurohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der integrierte Differenzdruckmeßaufnehmer (6) mit einer Temperaturkompensationsschaltung versehen ist., 35

4. Staurohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, i

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dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Körper (1, 3) mit einer gestuften Innenlängsbohrung (3, 5, 7) versehen ist, wobei der Bohrungsdurchmesser an der Spitze (3) am geringsten ist, im anschließenden Teilstück (5) dem Außendurchmesser des Differenzdruckmeßaufnehmers (6) entspricht und im hinteren Bereich (7) größer als der Außendurchmesser des Differenzdruckmeßaufnehmers (6) ist., 10

5. Staurohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, 8) an einem Sondenrohr (14) angebracht ist, wobei die elektrischen Zuleitungen zu dem Dif feirenzdruckmeßauf nehmer (6) in dem Sondenrohr (14) verlciufen.

6. Staurohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruckmeßaufnehmer (6) mit den Seiten an seinem vorderen Ende gegen das Gehäuse (1) im Bereich (5) abgedichtet ist.

7. Staurohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumina (3, 4 und 10, 11), die mit dem Differenzdruckmeßauf nehmer (6} in Verbindung stehen und deren Druckdifferenz das Ausgangssignal bestimmt, möglichst klein sind, wobei Verbindungen zu anschließenden Hohlräumen, soweit nötig, mit einem Klebe- oder Füllmittel abgedichtet sind.