DE972121C

DE972121C - Vorrichtung zum Messen einer Stroemungsgeschwindigkeit, insbesondere zum Messen der Flugzeuggeschwindigkeit

Info

Publication number: DE972121C
Application number: DEB8900A
Authority: DE
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1948-06-16
Filing date: 1950-08-24
Publication date: 1959-05-27
Also published as: DE973351C; US2783647A; GB665298A; NL78139C; BE489672A; FR988382A

Description

(WiGBI. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 27. MAI 1959

B 8poo IX142

Es wurde bereits vorgeschlagen, die relative Geschwindigkeit eines Flüssigkeitsstromes zu einem Gegenstand durch Messung der Laufzeit von Ionengruppen zu messen, die von dem Strom zwischen zwei Punkten mit bekannter Entfernung außerhalb von dem Körper mitgenommen werden. Es ist auch bekannt, diese Methode bei Geschwindigkeitsanzeigern für Flugzeuge zu verwenden, bei denen die lonengruppen an einer Stelle in dem Luftstrom erzeugt werden, der an einem geeigneten Teil des Flugzeuges vorbeiströmt und wobei diese Ionen an einer zweiten, hinter der ersten Stelle liegenden Stelle aufgenommen werden.

Die Ionen werden im allgemeinen in Gruppen mit Hilfe von periodischen Spannungsimpulsen erzeugt, die auf eine Ionisierungseinrichtung an der ersten Stelle geleitet werden, und die Ionen-Aufnahmevorrichtung, die an der zweiten·Stelle angeordnet ist, sendet jedesmal, wenn sie durch eine Ionengruppe aus der Ionisierungseinrichtung erregt wird, einen Spannungsimpuls aus. Die Laufzeit der Ionen zwischen den beiden Stellen kann auf verschiedene Weise gemessen werden, beispielsweise durch den Abstand zwischen zwei entsprechenden Höckern auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre oder durch Bestimmung der Phasenverschiebung zwischen den

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auf die Ionisierungseinrichtung geleiteten Impul sen und den von dem Ionenempfänger ausgehenden Impulsen mit einem Phasenvergleichskreis oder durch die Frequenzmeßmethode bei Anregung der Ionisierungsfrequenz durch die Ionenaufnahme. Zur Erzeugung und zum Aufnehmen der Ionen wurden bisher gewöhnlich Funkenstrecken verwendet, die eine Ionisation durch Funkenentladung zwischen den Elektroden der Funkenstrecke erzeugen. Wenn einzelne Ionisierungselektroden an Stelle von Funkenstrecken verwedet werden, tritt eine Koronaentladung auf, wenn die Ionisationsspannung an den Elektroden einen bestimmten Grenzwert übersteigt, der eine Funktion des Drukkes des strömenden Mediums ist. Sowohl Funken als auch Koronaentladungen sind die Quelle von elektromagnetischen Wellen und erzeugen infolgedessen Rundfunkstörungen, die bei einem Flugzeuginstrument sehr nachteilig sind. Außerdem ist ao die Ionisationsspannung in allen Fällen eine Funktion des Druckes des Luftstromes und insbesondere eine Funktion von der Höhe des Flugzeuges, wenn das System als Geschwindigkeitsanzeiger eines Flugzeuges verwendet wird.

Wenn der Druck schwankt, so schwankt der Zeitpunkt der Ionisation. Infolgedessen kann eine Ungewißheit und Ungenauigkeit bei den Anzeigen entstehen. Durch die Erfindung werden die zuvor genannten Nachteile vermieden. Erfindungsgemäß kennzeichnet sich die Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums, insbesondere zum Messen der Fluggeschwindigkeit eines Flugzeuges, nach der vorgenannten Methode dadurch, daß auf die Ionisierungseinrichtung Spannungsimpulse mit einer als Funktion des Flüssigkeits- oder Gasdruckes, insbesondere der Flugzeughöhe, veränderlicher Höhe geleitet werden, um die Spannung auf einem optimalen Wert zwischen Ionisierung und Koronaentladung zu halten.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung nach der Erfindung wiedergeben. Es zeigt

Fig. ι einen senkrechten Schnitt durch eine Ionisierungselektrode,

Fig. 2 ein Diagramm der Ionisierungsspannung in Abhängigkeit des Druckes und

Fig 3 ein schematisches Blockschaltbild einer Luftgeschwindigkeitsmeßvorrichtung nach der Erfindung.

Die Ionisierungselektrode 2 (Fig. 1) weist eine metallische, an der Spitze mit einer Nadel versehene Elektrodenstange 4 auf, die von einer Hülse 6 aus Isoliermaterial umgeben ist, sowie eine an Masse liegende metallische Ummantelung 8, die die Isolierhülse umgibt. Die Hülse erstreckt sich etwas über die Nadelspitze der Elektrodenstange 4 hinaus, und die Ummantelung 8 ist zum oberen öo Ende der Hülse hin abgeschrägt. Das Ende der Ionisierungselektrode befindet sich im Luftstrom des Flugzeuges,, wobei die Ummantelung und die Hülse die Elektrode gegen den sie umgebenden Elektrodenhalter isolieren und einen Funkenüberschlag zwischen der Elektrode und benachbarten Flächen verhindern.

Die Ionisierungswirkung einer gegebenen Spannung, die der Elektrodenstange 4 zugeführt wird, schwankt mit dem Luftdruck, insbesondere mit dem atmosphärischen Druck, d. h. also mit der Höhe des Flugzeuges. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, erfolgt bei einem atmosphärischen Druck von Meereshöhe keine Ionisation unter 2200 Volt (effektive Spannung). Zufriedenstellende Ionisation für die Zwecke der Erfindung erfolgt bei einer Ionisationsspannung von 2200 bis 4400 Volt (effektive Spannung). Oberhalb dieses Wertes tritt in Meereshöhe eine Koronaentladung auf, die ernsthafte Rundfunkstörungen erzeugt. Mit zunehmender Höhe und abnehmendem atmosphärischem Druck sinken beide Grenzen des brauchbaren Spannungsbereiches. Die Mindestionisierungsspannung, die bei einer Höhe, in der der atmosphärische Druck ungefähr 1 mm Hg beträgt, erforderlich ist, ist 300 Volt (effektive Spannung). Die Koronaentladung in dieser Höhe beginnt bei etwa 400 Voll. Daher besteht bei zunehmender Höhe eine Arbeitszone, in der die Vorrichtung ohne Korona zufriedenstellend arbeitet. Erfindungsgemäß wird die auf die Elektrode 2 geleitete Ionisierungsspannung automatisch auf einem Wert innerhalb dieses Bereiches gehalten, vorzugsweise etwas unterhalb der oberen Grenze, so daß ein Maximum von Ionen erzeugt und zugleich eine Koronaentladung vermieden wird. Gleichzeitig werden dadurch bei allen Drücken die Ionisierungsbedingungen im wesentlichen gleichgehalten, so daß die Empfindlichkeit des Instrumentes konstant ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Ionisierungselektrode 2 ist schematisch durch einen Pfeil dargestellt, und die Aufnahmeelektrode 10, die ähnlich konstruiert sein kann, ist in einer geeigneten Entfernung in der Größenordnung von wenigen Zentimetern hinter der Elektrode 2 angeordnet. Die Ionisierungselektrode 2 ist mit dem Ende eines Spannungsteilerwiderstandes 12 verbunden, der an die drehbare zweite Wicklung 14 eines Drehtransformators 16 für hohe Spannung angeschlossen ist, dessen Primärwicklung an den Ausgang eines Kraftverstärkers 18 angeschlossen ist, der von dem mit einer Stromquelle verbundenen Oszillator 20 gespeist wird. Auf diese Weise wird eine periodisch schwankende Hochspannung der Ionisierungselektrode 2 zur Ionisierung des Strömungsmediums zugeführt. Die der Ionisierungselektrode zugeleitete Spannung muß periodisch schwanken und kann positiv, negativ oder wechselnd sein.

Die zweite oder Rotorwicklung 14 des Drehtransformators i6 wird in ihrer Winkelstellung mit Hilfe eines Zahnrades und eines Zahnsegmentes 22 sowie eines Gestänges verändert, und zwar durch die Verformung einer Barometerkapsel 24, deren Außenfläche beispielsweise dem statischen Umgebungsdruck ausgesetzt ist. Auf diese Weise

wird die Kopplung zwischen den Wicklungen des Drehtransformators i6 und infolgedessen die Amplitude der der Elektrode 2 zugeführten Spannung in Abhängigkeit des Druckes verändert, wobei die Vorrichtung se eingestellt wird, daß die zur Elektrode gelangende Spannung bei jedem Druck in dem vorgeschriebenen, zuvor genannten Bereich bleibt.

Das übrige in Fig. 3 dargestellte System dient zur Messung der Zeit zwischen der Aussendung einer Ionengruppe durch die Elektrode 2 und den Empfang der Ionengruppe an der Aufnahmeelektrode 10. Beispielsweise arbeitet die für diesen Zweck dargestellte Einrichtung mit der Messung der Phasenverschiebung zwischen zwei entsprechenden Spannungsimpulsreihen. Zu diesem Zweck ist die Detektorelektrode 10 mit einer Spannungsbegrenzervorrichtung 26 verbunden, die die eine Einspeisung einer Phasenvergleichsvorrichtung 28 bewirkt, deren andere Einspeisung von einem Abgreifpunkt des Spannungsteilers 12 erfolgt. Der Stromkreis der Phasenvergleichsvorrichtung 28 gibt beispielsweise eine Wechselspannung ab, die in der Phase und Amplitude der Richtung und dem Winkelwert der Phasenverschiebung zwischen den beiden Spannungsimpulsreihen entspricht, um einen Zweiphasenservomotor 30 zu betätigen, der einen mit einer Luftgeschwindigkeitsskala zusammenwirkenden Zeiger 32 antreibt. Der Servomotor 30 dient vorzugsweise gleichzeitig in bekannter Weise zur Zurückführung eines verstellbaren Folgeelementes (wie z. B. einer beweglichen Spule) in dem Stromkreis 28.

Claims

Patentansprüche:

i. Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums, insbesondere zum Messen der Geschwindigkeit eines Flugzeuges, durch Erzeugung von Ionengruppen in dem Medium und Bestimmung der Wanderungszeit dieser Gruppen von der Ionihierungseinrichtung zu einer Aufnahmestelle hinter der Erzeugerstelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Ionisierungseinrichtung in Abhängigkeit des Druckes des Mediums veränderbar ist, insbesondere aber in Abhängigkeit von der Flughöhe, um die Spannung auf einem für die Ionisierung optimalen Wert zu halten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungseinrichtung aus einer einzigen Elektrode (2) mit einer in die Strömung hineinragenden .Spitze besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Messung der wahren Luftgeschwindigkeit an einem Flugzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungsspannung mit abnehmendem Druck oder zunehmender Höhe des Flugzeuges vermindert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer druckempfindlichen Einrichtung, wie z. B. einer Barometerkapsel (24), zur Steuerung der Ionisierungsspannung.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Ionisierungsspannung der Ionisierungseinrichtung (2) in Form periodischer Impulse durch einen Impulsstromkreis zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung in Abhängigkeit des Umgebungsdruckes eingestellt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungselektrodenspitze (2) mit einer isolierenden Hülse (6) umgeben ist, die wiederum durch eine leitende, an Masse liegende Ummantelung (8j umgeben ist, wobei die Spitze der Elektrode sich in einer Vertiefung der isolierenden Hülse (6) befindet und die leitende Ummantelung die Isolierhülse (6) an dem mit einer Vertiefung versehenen Ende unbedeckt läßt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Cado Technical Data Digest, 13 (März 1948); R. D. Munnikhuysen, »High Range True Air Speed Indicator«.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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