DE973351C - Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer Stroemungsgeschwindigkeit, insbesondere zum Messen der Geschwindigkeit eines Flugzeuges - Google Patents

Description

Es ist bekannt, die Geschwindigkeit einer Strömung zu messen, insbesondere zur Bestimmung der Luftgeschwindigkeit eines Flugzeuges, in dem die Laufzeit von Ionengruppen in der Strömung zwischen zwei im bekannten Abstand voneinander angeordneten Stellen gemessen wird, wobei die Ionen periodisch an der einen Stelle erzeugt und an der zweiten, hinter und stromabwärts von der ersten Stelle liegenden Stelle aufgenommen werden.

Zur Erzeugung und Aufnahme der Ionen können entweder Funkenstrecken oder Elektroden oder beides verwendet werden.

Bei bekannten Anordnungen wird eine periodische Spannungsimpulsreihe der Ionisierungsvorrichtung (der Elektrode oder der Funkenstrecke) zugeführt, und die dahinter stromabwärts angeordnete Ionenaufnahmevorrichtung sendet jedesmal einen Spannungsimpuls aus, wenn sie durch eine Ionengruppe der Ionisierungsvorrichtung erregt wird. Die Laufzeit der Ionen zwischen den beiden ao Vorrichtungen kann dann durch Bestimmung der Phasenverschiebung zwischen der auf die Ionenerzeugungsvorrichtung geleiteten Impulsreihe und der von der Ionenaufnahmevorrichtung ausgesandten Impulsreihe gemessen werden, beispielsweise mit Hilfe eines Phasenvergleichskreises oder einer Kathodenstrahlröhre.

Es ist auch schon bekannt, in anderem Zusammenhang Entfernungen durch Aussenden von Wellenenergieimpulsen an einer Stelle und Empfang

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der von einem Gegenstand oder einer anderen, unbekannt entfernten Stelle reflektierten Echoimpulse zu messen, wobei die Aussendung der Impulse durch den Empfang des "Echos des vorhergehenden Impulses bestimmt wird, so daß die - - Impulsfolgefrequenz ein Maß für den Abstand zwischen den beiden Punkten ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine neue Methode zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit unter ίο Verwendung der Laufzeit von Ionen, wobei das Meßprinzip dem eben erwähnten entspricht.

Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß der Empfang der Ionengruppe an der zweiten Stelle durch die Ionenempfangsvorrichtung die Bildung der nächsten Ionengruppe an der ersten Stelle durch die Ionenerzeugungsvorrichtung bestimmt, so daß die Frequenz der Erzeugung der Ionengruppen ein Maß für die Laufzeit und infolgedessen der zu messenden Geschwindigkeit ist. Vorzugsweise erzeugt der Empfang der Ionengruppen Spannungsimpulse an der zweiten Stelle, die verstärkt zur Erzeugung aufeinanderfolgender Ionengruppen an der ersten Stelle wieder verwendet werden. Auf diese Weise arbeitet das ge-.samte Gerät nach Art eines Rückkoppelungsgenerators, dessen Frequenz eine Funktion der Laufzeit der Ionen zwischen der Ionenerzeugungs- und der lonenempfangsvorrichtung ist.

Die Geschwindigkeitsablesung kann dann sehr einfach mit Hilfe eines Frequenzmessers erfolgen, und bei Bedarf kann vor allem die Menge des strömenden-Mediums oder, wenn das Gerät als Luftgeschwindigkeitsanzeiger verwendet wird, die von dem Flugzeug zurückgelegte Entfernung während einer gegebenen Zeit durch einen Periodenzähler angegeben werden.

Die bekannten Zeitmeßmethoden der Impulsabstandsmessung und der Phasenmessung haben den Nachteil, daß bei ihnen eine einfache zusätzliehe Wegmessung" nicht möglich ist. Denn bei diesen bekannten, mit Wellen arbeitenden Meßverfahren ist die erfindungsgemäß vorgenommene einfache Wegmessung mit Hilfe eines Periodenzählers nicht durchführbar, da diese bekannten Verfahren mit Wellen arbeiten und aus der Zeit vielmehr den Weg messen. Die erfindungsgemäß vorgenommene Anwendung der Impulsfolgefrequenzmethode auf die Ionenmethode ermöglicht die einfache Wegmessung mit Hilfe eines Periodenzählers.

Durch die Impulsfolgefrequenzmethode kann in einfacher Weise der Flugweg bzw. die Strömungsmenge bestimmt werden, indem aus der der Zeit proportionalen Frequenz auch die Periodenzahl durch einen einfachen Periodenzähler gemessen werden kann, die ein Maß für den zurückgelegten Weg, also für die Entfernung ist.

Ein Beispiel für die Ausführung der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die Bezugszeichen 1 und 2 zeigen schematisch eine Ionisierungselektrode und eine Ionenempfangselektrode an. Diese Elektroden können irgendwelche geeignete Elektroden sein, und die Ionisierungselektrode kanu beispielsweise so wie dargestellt ausgeführt werden. Die Empfangselektrode hat eine Nadelspitze "und ist gegen ihren Halter isoliert. Beide Elektroden befinden sich in der Strömung, und zwar die Elektrode 2 hinter oder stromabwärts von der Elektrode 1.

Es wurde gefunden, daß sich die Ionisierungselektrode ι nicht direkt in den Strom zu befinden braucht, sondern neben dem Strom angeordnet werden kann, um die notwendige Ionisierung zu erzeugen.

Im Falle eines Luftgeschwindigkeitsanzeigers wird die Ionisierungselektrode in einer Vertiefung eines Bauteiles, wie z. B. einer Strebe, oder Rumpfes des Flugzeuges angeordnet. Die Form der Elektrode ι und ihrer Isolierung ist so beschaffen, daß ein enger Ionenstrahl in dem Luftstrom senkrecht zur Strebe oder Flugzeughaut entsteht. Die Empfangselektrode 2 kann in einer ähnlichen Vertiefung angeordnet werden, die entweder offen oder abgedeckt ist. Die Ladung der Elektrode erfolgt durch Induktion und nicht durch "Sammlung und Induktion wie in dem Falle, in dem die Empfangselektrode als Sonde in den Luftstrom hineinragt. Die Empfängerelektrode 2 speist einen Begrenzerkreis 3, der an seinem Ausgang eine periodische Spannung konstanter Amplitude ergibt, die von der gesammelten elektrischen oder auf der Empfangselektrode 2 induzierten Ladung herrührt, da jede nachfolgende Ionengruppe, die an der Elektrode 1 austritt,- die Elektrode 2 erreicht. -

Die veränderliche Spannung wird in einem Verstärker 5 verstärkt, der durch einen Drehtransformator für hohe Spannung die Ionisierungselektrode einspeist.

Auf diese Weise entsteht ein Schwingkreis, dessen Schwingfrequenz von der gesamten Zeitverzögerung abhängt, die durch die Summe der Zeit gebildet wird, die für die Wanderung der Ionen von der Elektrode 1 zur Elektrode 2 benötigt wird, plus der Verzögerung, die durch die Eigenschaften des elektrischen Kreises bestimmt wird. Diese Verzögerung ist im wesentlichen konstant und kann durch geeignete Abmessung in Rechnung gezogen werden, während die Verzögerung infolge der Ionenlaufzeit von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt.

Sobald der Apparat unter Strom gesetzt wird, entstehen Schwingungen, deren Frequenz von der zu messenden Geschwindigkeit abhängt. Diese Geschwindigkeit kann daher durch einen an die Rückkoppelungsleitungen 4 angeschlossenen Frequenzmesser 6 angezeigt werden. Die gesamte Strömungsmenge oder die zurückgelegte Entfernung im Falle eines Luftgeschwindigkeitsanzeigers kann durch einen Periodenzähler 7 angezeigt werden.

Es ist in vielen Fällen erwünscht, die der Elektrode ι zugeführte Ionisierungsspannung auf einen Wert dicht unterhalb des Mindestwertes, an dem die Koronabildung auftritt, zu halten. Da dieser Mindestkoronawert abnimmt, wenn der Druck ab-

nimmt, beispielsweise wenn die Flugzeughöhe zunimmt, sind vorzugsweise selbsttätige Einrichtungen zur Aufrechterhaltung der der Elektrode ι zugeführten Spannung vorgesehen, um die der Elektrode ι zugeführte Spannung auf einem optimalen Wert zu halten. Zu diesem Zweck kann der Transformator 16 ein veränderlicher Transformator sein und seine drehbare Sekundärwicklung durch ein Gestänge 8 mit beispielsweise einem Zahnrad,

ίο einem Zahnsegment und einem Hebel mit einer manometrischen Einrichtung g, wie z. B. einer Aneroiddose, verbunden sein, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß, wenn sich die Dose g infolge Sinkens des Umgebungsdruckes ausdehnt, die Sekundärwicklung des Transformators 16 so gedreht wird, daß der Kopplungsfaktor abnimmt und auf diese Weise die der Elektrode 1 zugeführte Spannung sinkt.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Messen der Geschwindigkeit eines strömenden Mediums, insbesondere zur Bestimmung der Luftgeschwindigkeit eines Flugzeuges durch Messen der Laufzeit von von der Strömung mitgenommenen Ionengruppen zwischen zwei in bekannter Entfernung voneinander befindlichen Stellen, wobei die Ionen periodisch an einer Stelle erzeugt und an einer zweiten, stromabwärts von der ersten gelegenen Stelle aufgenommen werden, dadurch gekenn zeichnet, daß die Aufnahme der Ionengruppen an der zweiten Stelle die Bildung der nächsten Ionengruppe an der ersten Stelle bestimmt, so daß die Frequenz der Erzeugung von Ionengruppen ein Maß für die relative Strömungsgeschwindigkeit ist.

2. Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit nach Anspruch 1 unter Verwendung einer Ionisierungseinrichtung und einer Ionenaufnahmeeinrichtung, die stromabwärts von der Ionisierungseinrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (5, 16) zur pulsierenden Speisung

der Ionisierungseinrichtung (1) mit einem verstärkten Spannungsimpuls aufweist, der durch die Aufnahmeeinrichtung (2) bei der Aufnahme einer Ionengruppe entsteht, wodurch ein Schwinggenerator entsteht, dessen Frequenz von der zu messenden Strömungsgeschwindigkeit abhängt, wobei eine Einrichtung (6) zur Messung dieser Frequenz vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Amplitudenbegrenzerkreis (3), durch den die durch die Ionenempfangseinrichtung (2) erzeugten Impulse laufen, bevor sie einem Verstärker (5) zugeführt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine druckempfindliche oder höhenempfindliche Einrichtung (9) zur selbsttätigen Einstellung des Verstärkerausganges, um die der Ionisierungseinrichtung (1) zugeführte Spannung unter dem Koronawert zu halten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Periodenzählers (7) zur Anzeige der gesamten Strömungsmenge oder der gesamten überflogenen Entfernung innerhalb einer gegebenen Zeit.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisierungseinrichtung aus einer einzigen Elektrode (1) mit Spitze besteht, der die Hochspannungsimpulse des Verstärkers (5) vorzugsweise durch einen Transformator (16) zugeführt werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ioilenempfangseinrichtung aus einer einzigen Elektrode besteht, in der eine Spannung induziert wird, wenn eine Ionengruppe daran vorbeistreicht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nn 545 168;
Electronics, Mai 1948, S. 76 bis 80;
CADO Technical Data Digest, 1. 3. 1948, S. 7 bis 12.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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