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Strömungsmesser
| Die Erhndun, bezieht sich auf Strömungsmeß- |
| geräte und betrittt insbesondere Vorrichtungen zum |
| Messen oder #;tetiern der Strömungsgeschwindig- |
| keit oder Durchflußmenge einer Flüssigkeit oder |
| eines sonstigen strömenden Mediums in einer |
| Leitung. |
| Die bisher bekannten Strömungsmeßgeräte be- |
| ruhen auf volumetrischer Verstellung, bei denen |
| durch das in einer geschlossenen Rohrleitung strö- |
| inende Medium, Flüssigkeit oder Gas. ein Ver- |
| stellungsteil in Umlauf versetzt wird, wobei die |
| :\rizahl der Umläufe als Maß für die durch das |
| Roli-r oder die Leitung strömende Flüssigkeits- |
| menge dient. Eine «eitere 'Möglichkeit der Mes- |
| sung bertilit auf dein Druckabfall in einem einge- |
| schloss@nen strömenden Medium durch ein Venturi- |
| rohr oder eine Blende, wobei der Druckabfall als |
| \laß für die @tr@imungsgeschwindigkeit dient. |
| Vorrichtungen der bekannten Art weisen jedoch |
| eine Anzahl Nachteile auf. Die in die Strömung |
| eingebrachten mechanischen Teile beeinflussen den |
| freien Strömungsverlauf und erhöhen den Druck- |
| abfall am Meßgerät. In ihrem Aufbau muß weiterhin |
| große Sorgfalt verwendet werden, oftohne Erfolg, um |
| ein Entweichen des Mediums zu vermeiden, z. B. bei |
| Medien wie Benzin, Äther, Chlor usw., welche beim |
| Entweichen die Gefahr der Entzündung, Korrosion |
| oder sonstige Nachteile bedingen. Ein Ausschalten |
| derartiger Verluste ist besonders bei Meßgeräten |
| für volumetrische Verstellung schwierig, bei denen |
| die Drehbewegung des Verstellteiles durch das Ge- |
| häuse des Geräts hindurch mittels mechanisch be- |
| wegter Teile übertragen wird. Weiterhin sind |
| derartige Vorrichtungen nicht genau genug, ins- |
| besondere dann, wenn die Strömungsgeschwindig- |
| keit von Zeit zu Zeit von einem Tiefstwert auf |
einen Höchstwert wechselt. Derartige Strömungsmeßgeräte arbeiten
mit direkter Anzeige und bedürfen, falls Fernanzeige nötig wird, besonderer Hilfsvorrichtungen,
z. B. magnetischer Kolben, elektrischer Tachometer usw. für Fernanzeige. Weitere
Nachteile derartiger Meßgeräte sind ihr Gewicht und ihr großer Raumbedarf beim Einbau,
besonders in Fällen, wenn, wie bei Flugzeugen, geringes Gewicht und Raumersparnis
von besonderer Bedeutung sind. Meßgeräte für D,ruckabfaf1 .haben darüber hinaus
einen begrenzten MeBbereich (ungefähr 4: i) und erfordernbesondereVorrichtungen,
z. B. Umrechnungseinrichtungen für die Umwandlung der Quadratwurzelskalencharakteristik
derartiger -Meßgeräte in eine Linearskalencharakteristik. Außerdem sind Strömungsmeßgeräte
bekannter Art normalerweise nur für einen einzigen Zweck bestimmt und nicht in der
Lage, sowohl die Strömungsgeschwindigkeit als auch die gesamte Durch.flußmenge zu
messen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es daher, derartige Nachbeile
auszuschalten und ein Meßgerät für Strömungen zu schaffen, welches eine gleichmäßig
lineare Skala für das Messen oder Überwachen der Strömung eines strömenden Mediums,
Flüssigkeit oder Gas, besitzt, und welches innerhalb eines sehr weiten Skalenbereichs
entsprechend in weiten Grenzen veränderlicher Strömungsgeschwindigkeiten genau bleibt
und das sowohl direkt als auch mit Fernanzeige ohne Hilfsvorrichtungen messen kann,
indem mechanische in elektrische Werte umgewandelt werden. Gegenstand der Erfindung
ist es weiterhin:, ein derartiges Strömungsmeßgerät herzustellen, welches schwingungsfest
und dicht ist und das freie Strömen des eingeschlossenen gasförmigen oder flüssigen
Mediums in 'keiner Weise nachteilig beeinflußt oder hindert. Das Strömungsmeßgerät
gemäß der Erfindung besitzt weiterhin geringes Gewicht und nur geringen Raumbedarf,
so daß sein Anwendungsbereich sehr groß ist. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin
die Verwendung eines derartigen Strömun-smeßgeräts zum Steuern der Strömung von
Benzin, C)1, Kühlflüssigkeiten und anderen strömenden Medien in Flugzeugen, wobei
das Gerät innerhalb eines großen Temperaturbereichs und verwendeter Spannungen genau
bleibt. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es weiterhin, mit einem derartigen
Strömungsmeßgerät sowohl die Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums als
auch die gesamte Durchflußmenge desselben zu messen und zu steuern. Weitere Merkmale
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Das Wesen und die Arbeitsw eise eines Strömungsmessers gemäß der Erfindung
sind in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt, in welchen Fig. i einen Teilschnitt
des erfindungsgemäßen Strömungsmessers darstellt, Fig. 2 eine schematische Darstellung
einer anderen Ausführungsform des Meßgeräts gibt, Fig. 3 eine weitere Ausführungsmöglichkeit
schematisch darstellt, Fig. 4 eire weitere Ausführungsmöglichkeit des Meßgeräts
zeigt, Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Meßgeräts
zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit flüssiger Medien angibt, Fig. 6 eine weitere
schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Meßgeräts zeigt, Fig.7
ein Diagramm eines Teiles des Stromkreises der Ausführungsform gemäß Fig.6 darstellt.
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Der Strömungsmesser gemäß der Erfindung sieht einmal einen Wärmeaustausdher
vor, der einerseits aus einer Heiz- oder Kühlvorrichtung und anderseits aus dem
strömenden Medium als Arbeitselementen besteht, wobei die Wärme dem strömenden Medium
zugeführt oder entzogen wird und der Temperaturanstieg oder -abfall im strömenden
Medium im Vergleich zu der Temperatur des strömenden Mediums vor dessen Durchlauf
durch den; Wärmeaustauscher gemessen wird. Anderseits weist der Strömungsmesser
gemäß der Erfindung Mittel auf, um einen derartigen Temperaturanstieg oder -abfall
in Werte von Strömungsgeschwindigkeit oder in Werte von Durchflußmengen umzuformen
und zu eichen.
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Weiterhin sind in dem Meßgerät der Erfindung Mittel vorgesehen, um
nachteilige Faktoren zu justieren oder zu kompensieren, durch «-elche sonst die
Arbeitsgenauigkeit der Vorrichtung gemäß der Erfindung nachteilig beeinflußt würde.
Das Strömungsmeßgerät gemäß der Erfindung kann. entweder mit Gleich- oder Wechselstrom
betrieben werden und kann sowohl zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit einer strömenden
Flüssigkeit oder eines solchen Gases oder der gesamten Strömungsmenge des Mediums
zu jeder beliebigen gegebenen Zeitperiode oder aber für die Steuerung des strömenden
Mediums hei einer gegebenen Strömungsgeschwindigkeit verwendet werden, In. Fig.
i ist eine Leitung oder ein Rohr i dargestellt, in welchem das flüssige oder gasförmige
Medium strömt. Diese Leitung oder Rohr i besitzt ein Rohrstück 2 aus Material mit
hoher Wärmeleitfähigkeit, d. h. z. B. Metall mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit
und niedriger spezifischer Wärme, wie Kupfer, Silber, Aluminium usw., welches mittels
Abstandsstücke 3 und 4 gegen die anstoßenden Teile der Rohrleitung getrennt und
wärmeisdliert ist. Die Abstandsstücke sind vorzugsweise aus Werkstoff mit niedriger
Wärmeleitfähigkeit, wie Gummi, Bakelit, synthetischem Gummi, z. B.'Neopren, Keramik
od. dgl., hergestellt. Dem strömenden Medium wird Wärme über dieses wärmeleitende
Teil 2 mittels Heizspule 5 zugeführt, die an der Außenseite eines Stücks des Teiles
2 als Windung angebracht ist. Diese Heizspule 5 kann aus jedem beliebigen Widerstandswerkstoff
bestehen, z. B. aus einem Drahit oder Band aus Metallen oder Legierungen, wie Chromnickel,
NZanganin, Konstantan usw. Ein Widerstandsthermometer 6 aus einer Spule aus auf
Wärme ansprechendem Draht oder Band ist außen um das Teil 2 herumgewickelt. Die
Heizspule liegt, in Strö-
| mungsrichtung gesehen, vor der Thermometer- |
| spule 6. Beide Spulen können gegen die Umgebungs- |
| temperatur mittels rohrartigen Gehäuses 7 geschützt |
| werden, welches zwei Endstücke 8 und 9 besitzt, |
| die mit dein Rohr i in guter Wärmeberührung |
| stehen. Utn die Leitung oder das Rohr i ist an |
| einem Punkt, bevor das strömende Medium den |
| Wärmeaustausch (Teil 2) erreicht, ein. Bezugs- |
| widerstandstlierniometer io herumgewickelt. Die |
| Widerstandsthermometer 6 und io können in üb- |
| licher Art aus Draht- oder Bandspulen aus einem |
| Material bestehen, welches einen hohen und redu- |
| zierbaren Temperaturkoeffizienten des elektrischen |
| Widerstandes besitzt, z. B. Platin oder Legierun- |
| gen edler Äletalle oder Nickel. Die Wicklungen der |
| Widerstandsthermometerspulen liegen in inniger |
| Wärmeberührung an der I-eitung. Wird isolierter |
| Widerstandsdraht verwendet, dann können die Win- |
| dungen in direkter Berührung mit der Metallober- |
| fläche der Leitung liegen; andernfalls müßte ein |
| dünner Überzug aus Isolierlack zwischen die |
| Metalleitung und den nackten Draht angebracht |
| werden. |
| Für seine Tätigkeit wird der Heizdraht 5 an eine |
| elektrische Strornquel'le angeschlossen, so daß ein |
| Temperaturunterschied zwischen dem Bezugsther- |
| mometer io, welches die Temperatur des strömen- |
| den Mediums vor dem Wärmeaustausch mißt, und |
| dem Thermometer 6, welches die Temperatur des |
| strömenden -Mediums nach dem Wärmeaustausch |
| mißt, eintritt. |
| Die Temperaturdifferenz zwischen dem strömen- |
| den \lediuni vor dem Wärmeaustausch und nach |
| dem Verlassen desselben ist eine Funktion der spe- |
| zifischen Wärme de, strömenden Mediums, der |
| leim Austausch zugeführten Wärmemenge und der |
| Strötmingsgeschwindigkeit des strömenden Me- |
| diums. Wird z. B. der \\'<irmeaustausch durch Zu- |
| fuhr von Wärme zum strömenden Medium wie im |
| Fall der Fig. i vorgenommen, dann kann die Tem- |
| peraturerhöhung im strömenden Medium leicht er- |
| rechnet werden. Wird in diesem Fall die dem strö- |
| menden Medium zugeführte Wärmemenge mit O |
| in Grammkalorien pro Sekunde, die spezifische |
| Wärme des strömenden -Mediums mit Cg, die |
| Nletige des strömenden nlediurns in Gramm pro |
| Sekunde mit .1l und der Teml)eraturanstieg in Grad |
| Celsius finit . I t bezeichnet, dann kann die Beziehung |
| der verschiedenen 1# alktoreti zueinander in einer |
| Formel \vie folgt ausgedrückt werden: |
Solange die spezifische Wärme des strömenden Mediums sich nicht ändert und die Menge
der zugeführten Wärme konstant gehalten wird, d. h. bekannt und konstant sind, ist
folglich der Temperaturunterschied umgekehrt proportional zu der zu messenden Strömungsgeschwindigkeit,
solange die ztigefiihrte Wärme durch (las strömende -Medium durch Aufspeichern und
Weiterleiten an Stellen verschiedener Temperatur fortgeführt wird. Ist gleicherweise
die Temperaturet'höhung und die spezifische Wärme des strömenden Mediums konstant,
dann ist die Menge der zugeführten Wärme direkt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit
des strömenden Mediums.
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An Stelle einer Messung des Temperaturanstiegs im strömenden Medium
infolge zugeführter Wärme kann auch die Messung des Temperaturabfalls treten, der
durch Entziehen eines gegebenen Betrages von Wärme aus dem strömenden Medium entsteht.
In diesem Fall würde der Wärmeaustauscher aus einem äußerlich angebrachten Kühlelement
an Stelle des äußeren Heizelementes, z. B. in Form eines Kühlmittels, bestehen.
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Das Prinzip bei der Verwendung des Strömungsmeßgeräts gemäß der Erfindung
umfaßt daher einr mal die Messung der Temperaturänderung, z. B. des Temperaturanstiegs
im strömenden Medium nach dem Durchlauf durch einen Wärmeaustauscher, wobei die
Menge der zugeführten Wärme konstant gehalten wird und wobei die Temperaturänderung
der Strömungsgeschwindigkeit umgekehrt proportional ist. Anderseits betrifft es
die Messung der Menge der zugeführten Wärme bei konstant gehaltener Temperaturänderung,
wobei die Menge der zugeführten Wärme der Strömungsgeschwindigkeit direkt proportional
ist.
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Wenn in den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Zeichnungen die
Wärmezufuhr zum strömenden Medium mittels elektrischer Heizgeräte vorgenommen wird,
so ist es gleicherweise auch möglich, daß die zugeführte Wärme auch in anderer Weise,
z. B. durch Verwendung nichtelektrischer Heizvorrichtungen, erzeugt wird, indem
z. B. heißes Wasser, Dampf, Auspuffgase usw. zur Anwendung kommen. Wie bereits erwähnt,
kann dieser Wärmeaustausch auch dahingehend umgekehrt werden, daß, dem strömenden
Medium Wärme entzogen wird.
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Mit Bezug auf Fig. i sind die Widerstandsthermometer 6 und io an eine
Wheatstone-Brücke angeschlossen, die zwar in Fig. i nicht dargestellt ist, die aber
in den nachfolgenden Figuren angeführt ist, um den Temperaturunterschied zwischen
diesen Thermometern zu messen. Wird nun die Wheatstotie-Briicke für jeden Zustand
des strömenden Mediums dadurch ausgeglichen, daß eine konstante Temperaturstufe
zwischen den Thermometern 6 und io eingehalten und die Energiezufuhr zur Heizspule
5 verändert wird, dann ist die Energiezufuhr zur Heizspule 5 proportional zur Strömungsgeseh,vindigkeit
in der Leitung, so daß ein in dem Stromkreis der Heizspule 5 eingeschaltetes Watttneter
für die Ablesung der Strömungsgeschwindigkeit geeicht werden kann. Anderseits kann
die Energiezufuhr zur Heizspule 5 konstant gehalten werden, so daß in diesem Fall
der Temperaturunterschied zwischen den Thermometern 6 und io zur Strömungsgeschwindigkeit
umgekehrt proportional ist.
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Alle für die Messung der Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Mediums
verwendeten Teile
befinden sich außerhalb der das strömende Medium
aufnehmenden Leitung; keinerlei bewegte Teile werden in das strömende Medium selbst
eingeführt. Daher treten keine Hindernisse auf, durch welche der freie Stromfluß
der Flüssigkeit oder des sonstigen Mediums aufgehalten, gestört oder in irgendeiner
Weise beeinflußt wird. Die Einrichtung besitzt weder Lager noch Verbindungen, durch
welche ein Teil des strömenden. Mediums austreten könnte. Die Schaltungselemente
und Leitungen für die Stromführung sind vom strömenden Mediutn durch die Leitungswandungen
getrennt, so daß jede Möglichkeit von Entzünden oder Explodieren des Mediums ausgeschaltet
wird. Auch gibt es weder unangenehme noch giftige Dämpfe, die sonstwie aus dem Rohr
oder der Leitung austreten könnten. Das in Fig. i dargestellte Beispiel gibt nur
eine Ausführungsmöglichkeit gemäß der Erfindung an. Diese Ausführungsmöglichkeit
ist dort vorzusehen, wo die Menge des strömenden Mediums gering oder die dem Wärmeaustauscher
zugeführte Energie unbeschränkt ist.
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In Fig. 2 der Zeichnungen ist eine weitere Anwendungsmöglichkeit eines
Strömungsmeßgeräts gemäß der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform ist besonders
dann anzuwenden, wenn eine größere Menge strömenden Mediums vorgesehen ist und jeder
größere Energieverbrauch durch den Wärmeaustauscher unerwünscht ist, was in sehr
vielen Fällen vorkommt. Um z. B. einen Temperaturanstieg von i° C einer durch eine
Leitung mit dem Durchfluß von i g/s strömenden Wasserströmung zu erreichen, ist
es nötig, über den Wärmeaustauscher 4,18 Watt zuzuführen. In einem derartigen Fall
würde die Ausführungsform gemäß Fig. i völlig ausreichen. Nun ist jedoch die Strömungsgeschwindigkeit
von i g/s sehr gering und entspricht lediglich einem Durchfluß von 3.6 kg/h. Weiterhin
ist ein Temperaturanstieg von i° C nicht hoch genug, um zuverlässige und genaue
Messungen durchzuführen. So würde z. B. eine Wasserströmung bei einer Geschwindigkeit
von 272,i6'kg/h einen, Energieverbrauch von 2090 Watt für die Herstellung eines
Temperaturanstiegs von 5° C benötigen. Ein derartiger Energieverbrauch ist normalerweise
unerwünscht, wenn auch in einigen Fällen tragbar. Hierfür würde eine Heizspule von
erheblichen Abmessungen und entsprechender Masse bei unerwünscht großem Schleppfehler
benötigt werden. Die Ausführungsform nach Fig.2 ist daher für Fälle vorgesehen,
in denen größere Mengen strömenden Mediums auftreten, um unter Verwendung einer
begrenzten Energiezufuhr zum Wärmeaustauscher einen trotzdem genügenden Temperaturanstieg
und damit hinreichend genaue Ergebnisse zu erzielen.
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In, diesem Fall wird bei dem Strömungsmeßgerät gemäß der Erfindung
eine Teilstromleitung abgezweigt, so daß lediglich ein Teil des strömenden Mediums
durch den Wärmeaustauscher hindurchgeleitet wird und an der Messung teilnimmt, wobei
dieser abgezweigte Teil in einer festgelegten Beziehung zur Gesamtmenge des strömenden
-Mediums steht. Die Teilleitunri kann in die Strömungsleitung i als Einheit eingeschaltet
sein und besteht in diesem Fall aus dem Abzw-eiglcitungsstück 12 an dem normalen
Strömtttigsleitungsstiick i i. Diese Einheit kann an die normale Leitung i mittels
Schraubverbindung 13 und i4 angebracht werden. Der Strom des strömenden lleditims
wird demnach in einen verhältnismäßig starken Stromfluß durch die Hauptleitung i
i und einen verhältnismäßig kleinen Stromfluß durch die Abzweigleitung 12 hindurch
geteilt.
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Das Prinzip der Strömungsmessung, wie es mit lzug auf Fig. i beschrieben
wurde. wird dann bei dem verhältnismäßig geringen, durch das Teil 12 fließenden
Strom angewendet, welches mit dem verhältnismäßig starken Stromfluß durch die Leitung
ii hindurch zusammenhängt. Der Wärmeaustauscher bildet einen Teil der Abzweigleitung
12 und besteht aus den Heizspulen 15 und i 5' entsprechend der Heizspule 5 der Fig.
i : hierdurch wird dem strömenden Medium Wärme zugeführt. Der Temperaturanstieg
im durch die Abzweigleitung 12 fließenden Medium wird mittels des Widerstandsthermometers
16 gemessen, welches die Temperatur der Abzweigströmung anzeigt, die eine Wärmezufuhr
erhalten hat. sowie mittels des Widerstandsthermometers 17, welches die Temperatur
in der nicht erwärmten Strömung anzeigt. Das Widerstandsthermometer 17 kann. an
der Abzweigleitung 12 an einem Punkt vorgesehen werden, der vor der Wärmezufuhrstelle
liegt, oder er kann, wie dargestellt, an der Hauptstromleitung i i angebracht sein.
Die M'iderstandsthermometer 16 und 17 entsprechen den jeweiligen Widerstandsthermometern
6 und io der Fig. i und sind in gleicher Weise aufgebaut, wie es eingehender an
Hand der Fig. i beschrieben worden ist. Der Wärmeaustauscher einschließlich der
Heizspulen 15 und 15' und das zugehörige anliegende Stück der Abzweigleitung 12
ist von dem übrigen Teil der Abzweigleitung 12 durch die wärmeisolierenden Abstandsstücke
ig und i9 getrennt, die den Abstandsstücken 3 und 4 der Fig. i entsprechen. Es kann
hier darauf hingewiesen werden, daß bei allen Ausführungsbeispielen des Strötntingsnießgeräts
gemäß der Erfindung, wie sie jetzt und anschließend beschrieben werden, der niit
dem Wä rmegeber und dem Widerstandsthernionieter für die Temperaturmessung des strömenden
@l ediums nach Verlassen des Wärmeaustauschers versehene Teil der Leitung von anderen
Leitungsteilen stets durch wärmeisolierende 'Mittel getrennt ist.
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Bei der beschriebenen Anordnung ist die Temperatur der Strömung in
der Abzweigleitung 12 nach dem Durchlauf derselben durch den Wärmeaustauscher höher
als die anfängliche Normaltemperatur der Strömung in der Leitung i i, wobei der
Grad der Zunahme eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit durch die Abzweigung
12 hindurch ist. Fließt z. B. eine geringe 1\@letige des k-lediums durch die Hauptleitung
1 hindurch, dann entsteht in der Abzweigleitung eine verhältnismäßig niedrige Strömungsgeschwindigkeit,
und die Temperatur der
durch das 'heil 12 1liiidurchfließenden Strömung
steigt erheblich Tiber die Temperatur der durch das Teil ii hindurchfließenden Strömung.
Wird anderseits ein starker Stromfluß vorgesehen, dann entsteIit in der Abzweigleitung
eine entsprechend hohe Strömungsgeschwindigkeit, so daß der Temperaturanstieg der
Strömung in der Leitung 12 gegenüber der durch die Leitung i i hindurchfließenden
Strötnung geringer ist. Derart ist die Temperaturdifferenz der beiden Strömungen
ein Maß für die Ströinungsgescliwitidi,#keit durch die Hauptleitung.
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1>ie Widerstandstliermoineter 16 und 17 bilden zwei der vier Zweige
einer Brückenschaltung. Die beiden anderen Zweige, 20 und 21, bestehen aus Widerstanden,
welche zum Abgleichen der Brücke bei einer gcgehenen Durchflußmetige dienen. Diese
Widerstiinde 20 und 21 können. aus einem \'\"erkstoff mit einem temperaturunabhängigen
Widerstand lwstelien, z. 13. aus Manganin, Konstantan usw., oder aus einem Werkstoff
mit einem positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten, wodurch sie außerdem
noch zur Kompensation der Temperaturänderungen der Umgebung dienen. Ein Anzeigeinstrument
22 liegt in der üblichen Weise in der Meßdiagonale, zweckmäßig in Reihe mit einem
Widerstand 23. welcher zur Einstellung und Eichung verwendet werden kann. An Stelle
eines .-\nzeigeinstruinentes kann man natürlich auch ein Registriergerät verwenden,
das auf jede Störung des Brückengleichgewichtes anspricht, welche von einer Temperaturdifferenz
zwischen den Thermometern 16 und 17 herrührt. Ein parallel zur Brücke liegender
\ ebeiischlußwiderstand 24 'kann zur Einstellung benutzt werden oder zum Temperaturausgleicli,
wenn er aus einem Material mit einem positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten
des elektrischen Widerstandes besteht. In gleicher Weise kann ein zwischen Stromquelle,
z. B. die Batterie 26, und Brücke geschalteter Widerstand 25 zur Einstellung und
Allgleichung verwendet werden. Wenn sich die Spannung der Stromquelle 26 so weit
ändert, daß hierdurch die Einstellung des Meßinstrulnentes 22 verändert werden würde,
was z. B. eintreten kann, wenn das Netz als Stromquelle dient, so wird zweckmäßig
ein Widerstandsrohr 27 zwischen Stromquelle und Brücke geschaltet, um den Strom
konstant zu halten. Man 'kann natürlich auch statt eines Instrumentes zur direkten
Anzeige eine I'otentiometerschaltung oder ein Nullinstrument in der @Ießdiagonale
verwenden. .
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Die Arbeitsweise der in Fig.2 gezeigten Ausführungsform soll nachfolgend
an Hand experimenteller Daten erliiutert werden. Bei einem Versuch wurden Rohrleitungen
aus Kupfer verwendet, wobei das Rohr i i einen Durchmesser von 2,5.I cm und das
Röhr 12 einen solchen voll
0,635 cm hatte. Als strömendes Medium diente Wasser,
dessen Durchfluß zwischen 181,5 kgf und
907,2 kg/h lag. Die Leistungszufuhr
zu den Heizspulen 15 und 15' betrug konstant 5o Watt. Die Widerstandsthermometer
16 und 17 bestanden aus Nickeldraht mit einem Widerstand von etwa je 22 Ohm bei
7_immertemperattir. Die Brücke wurde bei einem Höchstwert der Durchflußmenge, d.
h. in diesem Falle bei
907.2 kg/h, abgeglichen, und dann wurde der Durchfluß
des strömenden Wassers stufenweise um je 90,7 kg/h herabgesetzt und dabei der jeweilige
Temperaturanstieg des Thermometers 16 gegenüber dem Thermometer 17 abgelesen. Das
Ergebnis ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben:
| Durchflußmenge Temperaturanstieg |
| kg, h ° C |
| 907,2 O |
| 816,5 0,3 |
| 725,8 0,82 |
| 635,0 1,51 |
| 544.3 2,39 |
| 4536 |
| 337 |
| 3629 4,46 |
| 2722 5,58 |
| 181,5 7,5 |
Da die Temperaturzunähme umgekehrt proportional der spezifischen Wärme des durch
das Meßinstrument strömenden Mediums ist, wurden diese Werte um etwa 6o% höher liegen,
wenn man Benzin an Stelle von Wasser verwendet. Wenn sich also bei strömendem Wasser
ein Temperaturanstieg bis zu 7,5v C ergibt, so würde dieser für strömendes Benzin
etwa 12,5'° C betragen, und diese Temperaturerhöhungen können durch eine Zufuhr
von nur 5o Watt zur Heizspule erzeugt werden. Derartige Ergebnisse bei einer solchen
geringen Leistungszufuhr zu erhalten, ist nur möglich, weil der Gesamtstrom aufgespalten
ist und die Wärmemessung nur an einem kleinen Teil des Gesamtstromes erfolgt. Wenn
man auf diese Weise den Wärmeaustausch nur in der Teilstromleitung vornimmt, können
die Maße des Erhitzers und dessen Leistungszufuhr klein und vollständig innerhalb
der praktischen Grenzen gehalten werden.
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Die Strömung durch die Teilstromleitung 12 wird durch den Druckabfall
zwischen der Abzweigung und der Wiederzuführung der Teilstromleitung 12 verursacht.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist dieser Druckabfall verhältllismiißig
klein, wenn man nicht den Abstand zwischen Abzweigung und Zuführung genügend groß
macht, was zwar bei den meisten, aber doch nicht bei allen Anwendungen möglich ist.
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In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung abgebildet,
die derjenigen gemäß Fig. 2 ähnelt, bei der aber der Druckabfall zwischen Abzweigung
und Wiederzuführung der Teilstromleitung auf einem 'hinreichend großen und genau
bestimmten Wert gehalten wird, wobei aber anderseits die Gesamtlänge der Vorrichtung
so kurz wie möglich gehalten wird. In diesem Falle ist die Hauptleitung i oder ein
eingebauter Teil dieser Hauptleitung als Venturirohr ausgebildet, und die Teilstromleitung
zweigt vor der Verjüngung des Venturirohres ab, z. B. bei 28, während sie an der
Stelle des engsten Querschnittes des Venturirohres, bei 29, der Hauptleitung wieder
zugeführt wird.
Die Teilstromleitung 30 ist der Teilstromleitung
i i der Fig. 2 ähnlich ausgebildet.. Ein Zwischenstück dieser Leitung ist mit dem
Erhitzer 31 ausgestattet, wobei der Bezirk des Wärmeaustauschers von dem übrigen
Teil der Teilstromleitung mit Hilfe der isolierenden Abstandsstücke 32 und 33 isoliert
wird. Die Heizspule 31 ist über einen Abgleichwiderstand 35 und ein Widerstandsrohr
36 mit der Batterie 23 als Stromquelle verbunden. Ferner ist in Reihe mit der Heizspule
ein Relais 37 angeordnet, dessen Kontakte normalerweise geschlossen sind und dadurch
die Speisung der Heizspule 31 erlauben. Wenn, aber die Temperatur des Rohrteiles
30 in der Nähe des Erhitzers einen vorbestimmten Wert überschreitet, öffnen
sich die Kontakte des Relais 37 selbsttätig. Als Relais wird zweckmäßig ein solches
der bimetallisch-thermostatischen Bauart verwendet; es kann z. B. aus einem Bimetallstreifen
bestehen, der irr der angegebenen Weise um das Rohr 30 gewickelt oder gespult
ist. Diese Anordnung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn das strömende Medium
einen hohen Dampfdruck bei Zimmertemperatur hat oder sonst leicht verdampft. Wenn
man z. B. Benzin als strömendes Medium verwendet, würde anderenfalls die Temperatur
bei sehr geringen Durchläßmengen oder bei der Durchlaßmenge o infolge der Wirkung
des Erhitzers so ansteigen, .daß sich in der Leitung ein Dampfverschluß bilden könnte,
welcher das Strömen des Benzins durch die Teilstromleitung sperren würde, oder es
könnten sich Blasen entwickeln, durch welche der Benzinstrom unregelmäßig werden.
würde. Das Relais 37 unterbricht oder steuert nicht nur die Zufuhr des elektrischen
Stromes zur Heizspule im Falle einer übergroßen Wärmeentwicklung, sondern es schützt
auch das Temperaturmeßinstrument, welches die Temperaturdifferenz zwischen den Widerstandsthermometern
38 und 39 mißt, gegen Überlastung bei geringen. Durchflußmengen. Man kann ein ähnliches
Ergebnis durch Verwendung eines Relais erhalten, welches eher auf die Strömung in
der Teilstromleitung als auf die Temperaturerhöhung anspricht, indem der elektrische
Stromkreis der Erhitzer geöffnet wird, wenn die Strömung unter einen vorbestimmten
Wert absinkt.
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Die Ausbildung der Hauptleitung i als Venturirohr erzeugt in der bekannten
Weise den erforderlichen Druckabfall oder Verlust an statischem Druck und verursacht
infolge der Geschwindigkeitsänderung .des strömenden Mediums zwischen dem größten
Querschnitt des Rohres bei 28 und dem engsten Querschnitt, bei 29 eine kontrollierte
Strömung eines Teiles des strömenden Mediums durch die Teilstromleitung 3o. Dieser
Druckabfall bestimmt sich durch das Verhältnis des engsten Querschnittes zum Querschnitt
des Eingangsteiles des Venturirohres und kann durch Änderung dieses Verhältnisses
entsprechend geändert werden.
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Der durch den Strömungsmesser erfaßbare Strömungsbereich kann durch
Veränderung der Leistungszufuhr zum Erhitzer verändert werden. Wenn. man z. B. bis
hinunter zu sehr geringen Durchflußmengen messen will, kann das Instrument mit einer
gegebenen Leistungszufuhr, z. B. 50 Watt, bis hinunter zu derjenigen Durchflußmenge
betrieben werden, bei welcher der Ausschlag .des Meßinstrumentes seinen Höchstwert
erreicht hat, z. B. bei i81,5 kg7h. Dann setzt man die Leistungszufuhr auf einen
geringeren `'Wert herab, z. B. auf 25 Watt, und liest die Durchflußmenge auf einem
zweiten Skalenbereidh für geringere Strömungsgeschwindigkeiten ab. Eine derartige
Veränderung der Leistungszufuhr zum Erhitzer kann erreicht werden, indem man entweder
den Widerstand 35 (Fig. 3) ändert, wozu man auf entsprechende Abgriffsstellen oder
-verbindungen schaltet, die mit den entsprechenden Abgriffen des Widerstandes verbunden
sind, oder indem man in den Fällen, in denen mehr als eine Heizspule verwendet wird
oder die Heizspule unterteilt ist, diese Teilabschnitte entweder in Reihe oder parallel
schaltet und dadurch den Gesamtwiderstand der Heizspulenanordnung ändert.
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In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform des Strömungsmessers dargestellt,
bei welcher der erforderliche, genau bestimmte und genügend hohe Druckabfall in
der Leitung durch Einschaltung von Düsen oder Blenden an Stelle eines Venturirohres
erreicht wird. Die Hauptleitung i ist wiederum durch eine Teilstromleitung 41 angezapft.
Diese Teilstromleitung ist mit einem Erhitzer 42 ausgei#üstet, und die Temperaturdifferenz
zwischen Hauptleitung und Teilstromleitung wird durch die Thermometer 43 und 44
gemessen. Bei dieser Ausführungsform verwendet- man sowohl in .der Hauptleitung
als auch in der Teilstromleitung Düsen oder Blenden. Die Blende 45 in der Hauptleitung
ist zwischen der Abzweig- und Zuführungsstelle der Teilstromleitung, vorzugsweise
in der Nähe, der Zuführungsstelle angeordnet. Eine ähnliche Blende oder Düse 46
kann in der Teilstromleitung 41 angeordnet werden. Diese Blenden oder Düsen sind
zweckmäßig in Flanschstücke 47 bzw. 43 eingebaut, so daß sie leicht auswechselbar
sind, z. B. für Eichzwecke. Man kann dadurch verschieden große Blenden einbauen,
um die Empfind'lich'keit .des Strömungsmessers zu verändern, indem man das Verhältnis
von Teilstrom zu Hauptstrom verändert. Bei Verwendung von Spezialdüsen oder -blenden,
etwa wie die von W. K o e n n e c k e im »Archiv für Technisches Messen«, V, 1242-2
(Januar 1939) beschriebenen, kann ein Druckabfall zwischen der Abzweigung und .der
Zuführung der Teilstromleitung erzielt werden, welcher innerhalb eines weiten Bereichs
der Reynoldschen Zählen praktisch konstant ist. Da die die Bedingung des strömenden
Mediums kennzeichnende Reynoldsche Zahl sich beträchtlich ändert, wenn sich die
Zähigkeit .der Flüssigkeit oder des Gases mit der Temperatur ändert, empfiehlt es
sich, eine derartige Spezialdüse oder -blende zu verwenden, z. B. die Viertelkreisdüse,
welche auch bei stark veränderten Strömungsbedingungen, die z. B. durch Änderungen
in der Temperatur des strömenden Mediums verursacht sein können, einen konstanten
Druckabfall hervorrufen.
Durch geeignete Kombination derartiger
Düsen oder Blenden in der Hauptleitung i mit denen in der Teilstromleitung 41 kann
man das Verhältnis der Durchflußmengen in den beiden Leitungen über einen weiten
Temperaturbereich genügend konstant halten, wodurch man die Einführung oder (las
Auftreten von Temperaturfehlern vermeidet. Andere Düsen oder Blenden können natürlich
ebenfalls verwendet werden, wenn sich die durch die Re_vnoldsche Zahl gekennzeichneten
Bedingungen des strömenden Mediums im Betrieb nicht stark verändern. Wenn sich indessen
die Temperatur einer strömenden Flüssigkeit innerhalb eines weiten Bereichs stark
ändert und sich infolgedessen die Viskosität oder die Dichte des strömenden Mediums
und die Reynoldsche Zahl beträchtlich ändern, ist es zweckmäßig, Düsen oder Blenden
von konstantem 1)tirchflußkoeffizienten zu verwenden, um die :Menge des durchströmenden
Mediums und dadurch den Druckabfall bei den im praktischen Betrieb auftretenden
Reynoldschen Zahlen konstant zu halten.
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Der Druckabfall zwischen der Ableitungs- und der Zuführungsstelle
der Teilstromleitung soll sowohl bei \-erwendung eines Venturirohres gemäß Fig.
3 als auch bei Verwendung einer Blende gemäß Fig. 4 etwas höher als der statische
Druck zwischen der Flüssigkeit oller (lern Gas in Haupt- und Teilstromleitung sein.
Dann wird durch irgendeine Veränderung der Lage der Teilstromleitung in bezug auf
die Hauptstromleitung die Durchflußmen.ge nicht beeinflußt. Wenn z. B. der Druckabfall
ein lIehrfarhes lies statischen Druckes beträgt. kann die Teilstromleitung um 36ov
um die Achse der Hauptleitung gedreht werden, ohne daß die Ablesung des Instrumentes
merklich beeinflußt würde. Dieses Ergebnis ist insbesondere für Strömungsmesser
wichtig, welche in Beförderungsmitteln, z. B. in Flugzeugen, verwendet werden sollen.
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Der Reibungsverlust des strömenden Mediums in der Teilstromleitung
soll so gering wie möglich gehalten werden. Ein Weg, diesen Reibungsverlust hinreichend
niedrig zu 'halten, besteht darin, daß man den Innendurchmesser der Teilstromleitung
so groß wie möglich macht, während der Krümmungsradius der Kniestücke der Teilstromleitung
ein Mehrfaches dieses Innendurchmessers betragen soll. Bei den in den Fig. 2 bis
4 dargestellten Ausführungsformen ist es z. B. empfehlenswert, den Krümmungsradius
zumindest zweimal, besonders zweckmäßig aller zumindest 2,5mal so groß wie den Innendurchmesser
der Teilstromleitung zu machen, wobei der Innendurchmesser bis zu etwa 2,54cm betragen
soll. Natürlich soll auch die Innenfläche der Teilstromleitungen so glatt wie möglich
sein, um Verluste durch Wandreibung gering zu halten. Es ist zweckmäßig, daß das
strömende Medium die Teilstromleitung bei allen zu messenden Strömungsgeschwindigkeiten
wirbelnd durchströmt, um einen Übergang von der turbulenten zur glatten Strömung
innerhalb des zu messenden Geschwindigkeitsbereichs zu vermeiden. Dies kann zweckmäßig
durch Verwendung einer Düse oder Blende 46 von einer zur Erzeugung der Turbulenz
geeigneten Bauart erreicht werden.
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In Fig. 4 ist eine Methode der Temperaturkompensation erläutert, bei
der höchstens ein ganz geringfügiger Temperaturfehler zurückbleiben kann. Normalerweise
sind die Thermometerarme 43 und 44 (Fig.4) aus einem Werkstoff hergestellt, welcher
einen 'hohen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes hat, wie Nickeldraht,
und ihr Widerstand verändert sich in gleicher Weise, wie sich die Temperatur des
strömenden Mediums oder der umgebenden Luft ändert, wodurch das Gleichgewicht der
Brückenschaltung aufrechterhalten wird. Gewöhnlich bleibt jedoch ein kleiner Temperaturfehler
unausgeglichen, z. B. infolge einer Änderung des Verhältnisses der Durchflußmengen
in Haupt- und Teilstromleitung, ferner infolge der Änderung der spezifischen Wärme
des strömenden Mediums mit der Temperatur usw. Derartige Fehler können beseitigt
werden, indem man einen der beiden übrigen Zweige der Brücke, z. B. den Zweig 49,
welcher normalerweise aus Manganin oder ähnlichem Werkstoff hergestellt wird, dessen
Widerstand sich mit der Temperatur nicht ändert, nunmehr etwas temperaturempfindlich
macht. Dies erreicht man z. B. durch Zuschaltung eines kleinen Teiles einer Drahtspule
5o aus Nickel oder anderem temperaturempfindlichem Werkstoff. Diese Spule 5o ist
um die Hauptleitung i gewickelt und deren Temperatur ausgesetzt, wodurch die Brücke
innerhalb eines gegebenen Bereichs selbsttätig im Gleichgewicht gehaltem wird und
nur auf eine durch die Änderung der Durehflußmenge hervorgerufene Abweichung anspricht.
Eine' andere Methode zur Kompensation irgendwelcher noch zurückgebliebener Temperaturfehler
besteht darin, daß man parallel zur Heizspule, welche aus Draht von temperaturunabhängigem
Widerstand besteht, eine Spule aus Widerstandsdraht schaltet, deren Widerstand sich
mit der Temperatur ändert, z. B. Nickeldraht, so daß der Widerstand dieses Nebenschlusses
mit steigender Temperatur zunimmt und der Heizspule eine größere Leistung zugefüht't
wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß -Fi'g. 4 wird die Brückenschaltung,
an welcher die beiden Widerstandsthermometer 43 und 44 liegen, von der Batterie
51 gespeist. Die Brücke ist im Normalzustand abgeglichen, aber wenn sich,-die Strömungsgeschwindigkeit
in der Hauptleitung i ändert, wird ihr Gleichgewicht gestört, und der Nullindikator
52 in der Brückendiagonale schlägt in der einen oder anderen Richtung aus, je nachdem,
ob die Durchflußmenge in der Hauptleitung zu- oder abnimmt. Das Brückengleichgewicht
kann durch Verringerung oder Vergrößerung der Leistungszufuhr zur Heizspule 42 wiederhergestellt
werden. Dies erreicht man durch Betätigung des Rheostaten 53, welcher in Reihe mit
der Heizspule 42 und der Stromquelle 51 geschaltet ist. Nachdem konstante Bedingungen
erreicht sind, kann die Leistungszufuhr zum Erhitzer an dem Wattmeter 54 abgelesen
werden, welches für direkte Ablesung des Durchflusses geeicht werden kann.
Die
Leistungszufuhr zum Erhitzer kann auch selbsttätig anstatt von Hand überwacht werden.
In diesem Falle kann das Anzeigegalvanometer durch ein Kontrollgalvanometer oder
ein Nullrelais ersetzt werden, welches mit »hoch«- und »r.:edrig«-Kontakten ausgestattet
ist. Dieses selbsttätige Steuerungsgerät steuert dann die Leistungszufuhr über einen
Umkehrmotor, welcher den Rheostaten antreibt, z. B. den Rheostaten 53 in der Fig.
4, wodurch je nach Erfordernis die Leistungszufuhr zum Erhitzer herabgesetzt oder
erhöht werden kann.
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Es ist häufig erwünscht, nicht nur den Durchfluß zu messen, sondern
auch den integrierten Durchfluß, d. h. die gesamten durchgeflossenen Mengen
des strömenden Mediums in einem bestimmten Zeitraum. Wenn-man beide Seiten der oben
angegebenen Gleichung über die Zeit integriert, ist der Wattstundenverbrauch der
Heizspule proportional dem integrierten Durchfluß, weil der Wattstundenverbrauch
proportional der gesamten dem Medium zugeführten Wärmemenge in dem betreffenden
Zeitraum ist. Der Wattstundenverbrauch des Erhitzers kann mit einem im Heizspulenkreis
liegenden Wattstundenzähler ,gemessen werden, welcher für direkte Ablesung des integrierten
Durchflusses in Kilogramm oder Liter geeicbt werden kann. Ein Beispiel für die Anwendung
des Strömungsmessers als Vorrichtung zur Messung der Durchflußmenge ist die Messung
des Durchflusses und des Verbrauchs von Benzin, z. B. in Flugzeugmotoren, so daß
der Flugzeugführer nicht nur zu jeder Zeit die Geschwindigkeit des Benzinverbrauchs,
sondern auch den Gesamtverbrauch bis zu einer bestimmten Zeit überprüfen kann, wodurch
Sicherheit, Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit des Luftverkehrs entscheidend
erhöht werden können.
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Der Strömungsmesser kann auch zur Steuerung der Strömung des strömenden
Mediums bei jeder gewünschten Strömungsgeschwindigkeit verwendet werden. Eine derartige
Strömungssteuerung ist insbesondere hei industriellen Herstellungsverfahren von
Wert, z. I3. in der chemischen Industrie. Als Beispiele seien die Herstellung von
künstlichem Kautschuk, künstlichem Benzin und andere Verfahren genannt, bei denen,
genaue Durchflußmengen erforderlich sind. In Fig.5 ist ein Strömungsmesser abgebildet,
der sich zur Steuerung der Durchflußmenge des strömenden Mediums eignet. Dieser
Strömungsmesser besteht aus einer Hauptleitung i mit einem Venturirohr oder einer
Düse bzw. Blende 55, einer Teilstromleitung 56, der Heizspule 57, welche um die
Teilstromleitung gewickelt ist, dem Widerstandsthermometer 58, welches gegen, die
Heizspule wärmeisoliert ist, und dem Widerstandsthermometer 59. Die beiden Thermometer
bilden zwei Brückenzweige, während die anderen beiden Brückenzweige von den temperaturkonstanten
Widerständen 6o und 61 gebildet werden. Als Steuerungsorgan dient das in der Brückendiagonale
liegende Kontrollgalvanometer 62. Die Leistungszufuhr zur Heizspule 57 `kann mittels
eines Stromreglers, z. 13. c1es Regelrheostaten 63, gesteuert und mittels des Wattmeters
64 angezeigt werden, welch letzteres in Kilogramm pro Stunde, Liter pro Stunde od.
dgl. geeicht werden kann. Das zur Steuerurig dienende Galvanometer 62 zeigt keinen
Ausschlag, wenn die Brücke abgeglichen ist, es schließt aber bei Verstimmung der
Brücke einen »hoch«- oder »niedrig«-Kontakt. Dadurch wird der Stromkreis eines Umkehrmotors
65 geschlossen, welcher seinerseits das Strömungsventi166 über den Zahntrieb 67
betätigt. lin Betrieb wird die gewünschte Durchflußmenge in der Rohrleitung mittels
des Reglers 63 eingestellt und durch das Wattmeter 64 angezeigt, welches als ein
großes und leicht ablesbares Schalttafelmeßgerät ausgebildet sein kann. Der Regler
oder Rheostat 63 und das Anzeigeinstrument 64 können in jeder beliebigen Entfernung
von der Stromleitung angeordnet sein, wie dies in Fig. 5 durch die Strichelung der
Leitungen 68 und 69 angedeutet ist, welche den Regler 63 und das Maßinstrument 64
mit der Heizspule 57 verbinden. Diese Verbindung kann also jede gewünschte Länge
haben, ohne daß damit die Arbeitsweise des Strömungsreglers beeinflußt wird. Auf
diese Weise ist es z. 1i. möglich, den Regler 63 und das Maßinstrument 64 in. einem
von der zu messenden Strömung entfernt liegenden Üherwachungsraum unterzubringen.
Nachdem die gewünschte Durchflußmenge mittels des Reglers und des Maßinstrumentes
eingestellt ist, kann sich die Brückenschaltung nur dann im Gleichgewicht befinden,
wenn die Strömungsgeschwindigkeit in der Hauptleitung dem gewünschten vorbestimmten
Wert entspricht. Weicht die Strömungsgeschwindigkeit von diesem Wert ah, so wird
das Gleich gewicht der Brücke gestört, und das zur Steuerung dienende Galvanometer
62 setzt den Motor 65 in Tätigkeit, der seinerseits je nach der Richtung der Verstimmung
der Brücke die Öffnung des Ventils 66 verringert oder vergrößert, bis die Strömungsgeschwindigkeit
auf den mittels des Reglers 63 eingestellten Anfangswert gebracht ist.
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Dieses in Fig. 5 dargestellte Prinzip kann auch auf die in Fig. i
erläuterte Anordnung angewendet werden, d. h. auf die Messung in der Hauptleitung,
ohne daß ein Teilstrom abgezweigt wird. Die Temperaturkompensation kann gleichfalls
in der gleichen Art vorgenommen werden, wie es in Fig. .4 erläutert ist.
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In Fig.6 ist ein Strömungsmesser dargestellt, welcher für Wechselstrom
gebaut ist. In dieser Figur ist ferner die automatische Steuerung der Heizspulenspeisung
mittels eines Elektronensteuerungsgeräts an Stelle der bisher beschriebenen, mit
einem empfindlichen Relais oder Galvanometer arbeitenden Anordnungen beschrieben.
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In Fig.6 ist die Hauptleitung wiederum mit i bezeichnet und die Teilstrotnleitung
mit 70. Das Bezugsthermometer 71 ist um die Hauptleitung i gewickelt und das Maßthermometer
7 2 um die Teilstromleitung 70, um die auch die Heizspule 73 angeordnet ist. Wie
in den bisher beschriebenen Ausführungsformen sind auch hier die die Heizspulen
und
da: \leßtlierinometer tragenden Teile der Teilstronileitun.g gegen die übrigen Teile
dieser Leitung wärtneiSoliert. Die Widerstandsthermoineter ; i unal ; 2 bilden zwei
Zweige einer Brücken-Schaltung. welche durch zwei andere feste Widerst:irtde 74
und 7-5 VerVOllstä ndigt wird. Die Mittel zitr Kompensation der Temperaturfehler
sind in dieser Figur nicht eingezeichnet. Die Brücke Wird über einen in lZeihe geschalteten
Widerstand 7(> aus teniperaturkonstantenl Werkstoff von d:r Wechselstromquelle 7jeder
beliebigen Frequenz und Spannung gespeist. Die @leßdiagonale der Brücke liegt an
der Primärseite eine: Transformators 78, dessen Sekund'irseite mit dein Elektronensltantititigs\-erst:irker
79 Verbunden ist. Dieser Ver-St@irker 79 kann z. B. aus einer Anzahl von widerstandsgekoppelten
Trioden bestellen, die in Reihe liegen und die Verhälttiisniiißig sehwache Spannung
der Brückendiagonale auf einen Wert verstärken, der hinreicht. tun <las Gitter
eines Leistungsverstärkers 8o zu steuern, welcher die zweite Stufe der Verstiirkung
herstellt. Man kann jede der üblichen Bauarten Von Leistungsverstärkern verwenden.
Mine bewährte Anordnung besteht aus Trioden, welche parallel geschaltet sind und
deren altgegebener Strom hoch genug ist, um die Spule eines Finphaseninotors mit
.Anlaufshilfsphase 81 zu peisen, dessen zweite I"liase Tiber den kapazitiven s
s
Widerstand S 2 mit der Wechselstroniquelle ,'; verhunden ist. Der Leistungsverstärker
8o dient außerdem zur Phasentrennung, indem die Phase Seines al>gegelieneti Stromes
uni i8ö° verschoben wird, wenn die Diagonalspannung der Brücke durch Null hindurchge4it
und ihre Phase um iSo' ändert, was jedesmal darin erfolgt, wenn sich die Brücke
Von der einen Richtung der Verstimmung durch das Gleichgewicht hindurch nach der
anderen Richtung der Verstinitnurig lein ändert und umgekehrt. In Fig.7 ist ein
derartiger pliasenverschiehender Stromkreis für den Leistungsverstärker 8o der Fig.6
abgebildet. Der nicht eingezeichnete S1tanuutigsVerstärker 79 ist an den Kondensator
83 und den Widerstand 84 gelegt, die beide in Reihe liegen. Die Anoden der beiden
Trioden 85 und 86 oder Von parallel liegenden Triodensätzen sind mit der Sekundiirseite
des Transformators 87 verbunden. dessen Primärseite an der Wechselstromcluelle 77
liegt. Der Nlittelabgriff der Sekundär-Seite des Transformators 87 ist mit einer
Wicklung SS des Motors 8 1 verbunden, dessen zweite Phase 89 über den Kondensator
82 mit der Wec'hselstromquelle 77 Verbunden ist. Die Kathodeti der leiden Trioden
oder der Tr iodensätze 85 und 86 liegen parallel und sind über den Wider->tand oo
mit (lern anderen Ende der Phase 88 des .\lntors e t verbunden. Der Kondensator
9i liegt parallel ztt dieser Phase 88. Dieser Stromkreis wirkt phasentrennend. Wenn
sich die I'hase der Diagtinalspannung, die über den Kondensator 83 und den Widerstand
84 hinzugeführt wird, um i' ",o- lindert. :o verschiebt :ich die Phase
des die Wicklung 8S des \lotors 81 durchfließenden StrorneS gleichzeitig uni i@o=.
Da aber die Phase des die Spule S9 des Motors 8i durchfließenden Stromes unverändert
in bezug auf die Phase der Wechselstro1ncluelle 77 geblieben ist, bewirkt die Phasenverschiebung
in der @N'ic'klung 88 eine Veränderung der D°ehrichtung des Klotors 8i. wie es von
derartigen Hinphasenmotoren mit Anlaufshilfsspannun- bekannt ist.
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\Vie in Fig. 6 angedeutet, ist der Motor 8i Tiber Bitten Zahntrieb
mit dem beweglichen Abgriff eines tc-änderlichen Rheosta'ten92mechanisch gekoppelt.
1)-,r Rheostat liegt in Reihe mit der Heizspule 73 und der Wechselstromquelle 77.
In Reihe mit der 1 leizspule 73 liegen ferner ein WeAselstromwattinete: 93 und,
wenn gewünscht, ein Wechselstromwattstundenzä hier 94. Der die Heizspule 73 und
die Instrumente 93 und 94 durchfließende Strom wird durch die Stellung des beweglichen
Abgriffs des Rheostaten 92 gesteuert. Wenn deshalb das Gleichgewicht der Brücke
infolge einer Änderung der Strömungsbedingungen gestört wird, entsteht in der Meßdiagonale
ein Wechselstromsignal, welche: nach Verstärkung im Spannungsverstärker 79 und im
Leistungsverstärker 8o schließlich an den Motor 8i geführt wird, der dadurch in
Tätigkeit gesetzt wird und durch seine Drehung den Rheostaten 92 so lange verstellet,
bis das Gleichgewicht wiederhergestellt und die Spannung in der lleßcliagonale verschwunden
ist. Wenn sich die Strömungsbedingungen in der entgegengesetzten Richtung ändern,
entsteht in der Meßdiagonale der Brücke ebenfalls eine Spannung, deren Phase in
diesem Falle aber um i8o° verschoben ist. Infolgedessen wird in der Wicklung 88
des Motors 8, ein Strom gleicher Phase erzeugt, der nunmehr den Motor 81
in umgekehrte Drehrichtung versetzt. Diese Steuerung hält somit die Brücke bei jeder
Strömungsbedingung abgeglichen.
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Die in den Fig.6 und 7 erläuterte Steuerung mittels Elektronenröh.nen
ist wesentlich empfindlicher als die mit Relais oder Galvanometer arbeitende Steuerung,
so daß es hierdurch möglich wird, die Größe und die thermische Masse der Bestandteile
des Strömungsmessers noch weiter zu verringern. wodurch jede durch diese Teile verursachte
Trägheit des, Instrumentes auf einen zu vernachlässigenden Betrag herabgesetzt wird.
Zum Beispiel erwiesen sich bei einer Ga'lvanometeranordnung mit selbsttätiger Abgleichung
eine Heizspule fier maximal i5o Watt Leistungsaufnahme und Widerstandsthermometer
von mindestens 25 Ohm als notwendig, während bei Steuerung mittels Elektronenröhren
eine Heizspule von maximal 5o Watt Leistungsaufnahme und Widerstandsthermonleter
von 5 Ohm Völlig ausreichend waren. Die Verringerte Trägheit trägt weitgehend zur
Beseitigung von Schleppfehlern und Schwankungen und anderen Fehlern hei der selbsttätigen
Steuerung bei.
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Zusammenfassend eignet sich der Strömungsinesser ausgezeichnet zur
Messung oder Steuerung der Strömung oder der Durchflußmengen von strömenden 'Medien.
Er arbeitet sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom. und das
freie
Strömen des strömenden Mediums wird in keiner Weise gestört. Der elektrokalorische
Strömungsmesser wird selbsttätig gesteuert und gibt sowohl bei hohen als auch bei
niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten außerordentlich, genaue Meßergebnisse.