CH325696A - Elektrisches Überwachungsverfahren mittels einer Hitzdrahtsonde als Geber für ein mittels Trägerfrequenz-Modulationsverfahren arbeitendes Gerät - Google Patents

Description

  
 



  Elektrisches Überwachungsverfahren mittels einer Hitzdrahtsonde als Geber für ein mittels   Trägerfrequenz-Modulationsverfahren    arbeitendes Gerät
Das vorliegende Patent bezieht sich auf ein elektrisches   Überwachungsverfahren    mittels einer   Hftzdrahtsonde    als Geber für ein mit tels   Trägerfrequenz-Modulationsverfahren    arbeitendes Gerät sowie auf eine Vorrichtung zur   Durehführvmg    dieses Verfahrens.



   Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass die Hitzdrahtsonde unabhängig vom   Trägerfrequenzstrom    geheizt und die Trägerfrequenz   ausschliesslicfr    zum Messen  (Anzeigen, Schreiben oder Auslösen eines Schaltvorganges) benutzt wird. Gegenüber den bekannten Geräten mit   Kitzdrahtsonde    und Trägerfrequenzmodulation, bei denen die Trägerfrequenz mit zum   Heizen    der Sonde verwendet wird, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, derartige Geräte wesentlich einfacher zu bauen. Ausserdem kann für die Durchführung des Überwachungsverfahrens nach der   Erfindung    jedes Trägerfrequenzgerät verwendet werden, wie es für die Messung von Drehschwingungen,   Druck-und    Drehmoments änderungen benutzt wird.

   Die Erfindungen werden im folgenden beispielsweise erläutert.



   Auf der Zeichnung ist: in Fig. 1 das Schaltschema eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung nach der Erfindung, für die Messung der Geschwindigkeit strömender Medien dargestellt; die Fig. 2 zeigt dazu ein Diagramm, das die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes R der Drahtsonde von der Strömungsgeschwindigkeit W des zu untersuchenden Mediums zeigt; die   Fig. 3    zeigt das Schaltbild eines Gerätes für reine Temperaturmessung; die Fig. 4 zeigt das Schaltschema eines kombinierten Gerätes zum gleichzeitigen Messen von   Temperatur- und    Strömungsgesehwin  digkeiten;    die Fig. 5 zeigt eine Einzelheit zum Gerät nach Fig. 4.



   Man geht von nachstehenden Erwägungen aus: Lässt man an einem genügend dünnen Draht, der auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt wird, ein Medium, z. B. Luft, mit verschiedenen Geschwindigkeiten vorbeiströmen, so ändert sich der Widerstand des Drahtes mit ändernder Strömungsgeschwindigkeit.



  Umspült den Draht z. B. ein kühles Gas, so ändert sich mit wachsender Strömungsgeschwindigkeit sein Widerstand so lange, bis er wieder die Temperatur vor der Aufheizung erreicht hat. Von dieser Geschwindigkeit ab erhält man keine Widerstandsänderung mehr wie der Punkt C von Fig. 2 zeigt. Es kann daher eine Messung der Gasgeschwindigkeit durch Messen des Widerstandes der Drahtsonde in einem bestimmten Arbeitsbereich A-B (Fig. 2) vorgenommen werden.



   -Beim Fühlen von mittleren Strömungsgeschwindigkeiten kann zur Erzielung der glei    ellen    Empfindlichkeit im ganzen Bereich die Drahtsonde immer auf die gleiche Temperatur aufgeheizt werden. Die Stellung eines Widerstandes für den   Drahtsonden-Heizstrom    (R2 in Fig. 1) ist dann ein Mass für die Strömungsgeschwindigkeit.



   Das nach dem Trägerfrequenz-Modulationsverfahren arbeitende Anzeigegerät besteht aus einer Brückenschaltung Br (Fig. 1), in weleher sich der Einfluss des Geberimpulses als Widerstandsänderung bzw. durch Auftreten oder Änderung einer Brückendiagonalspannung auswirkt. Diese   Diagonalspanmmg    wird in einem Verstärker V verstärkt, in einem phasenempfindlichen Gleichrichter G gleichgerichtet und durch eine Siebkette D von der   noeh    enthaltenen Trägerfrequenz befreit.



  Am Ausgang des Gerätes befindet   sieb zein    Anzeigeinstrument A oder die Schleife eines Oszillographen, der den Vorgang aufzeichnet.



  Durch einen Generator   Q    wird die Messbrücke Br mit Wechselstrom (Trägerfrequenz) versorgt. Die Drahtsonde S ist hier in einen der Brückenzweige b' (oder b") der Brücke Br eingesetzt.



   Beim Messen von Geschwindigkeiten strömender Medien, z. B. Luft, wird die Drahtsonde S, z. B. aus einer Batterie 1 (Fig. 1) über einen veränderlichen Widerstand R2 und ausreichend bemessenen Induktivitäten   L' und      L" elektrisch    geheizt. Zum Messen oder Ei  chen    wird zunächst die Temperatur der Drahtsonde mittels des Widerstandes R2 auf einen bestimmten Wert eingestellt, welcher den günstigsten Arbeitspunkt nach dem Diagramm von Fig. 2 bei A ergibt. Darauf wird die Brücke B mit Hilfe eines veränderlichen Widerstandes R1 abgeglichen   und    die Stellung von R1 vermerkt.



   Wird nun die Sonde S der zu untersuchenden Strömung ausgesetzt, dann ändert sich, wie oben bereits dargestellt, deren Widerstand und diese   änderungen    werden am Oszillographen A sichtbar.   Geeicht    wird z. B. der Arbeitsbereich von A-B nach Fig. 2.   Hier-    bei entspricht die Stellung von R1 dem   Brük-    kenabgleich im Arbeitsbereich A. Diese ist daher jederzeit wieder einstellbar, wenn man die Stellung von R1 kennt. Der Brückenabgleich ist nur von der Temperatur der Drahtsonde S abhängig, das heisst der Arbeitspunkt A lässt sich immer wieder auffinden, unabhängig davon, in welcher   Strömungsge-    sehwindigkeit oder Aussentemperatur sich die Sonde befindet.

   Es lässt sich somit immer die gleiche Eichkurve finden, und diese gilt in bestimmten Grenzen auch für verschiedene Strö  mungsgeschwindigkeit,    und will man kleine, dieser mittleren Geschwindigkeit überlagerte Änderungen messen, so bringt man die Drahtsonde S vor der Messung durch zusätzliches Aufheizen in den Arbeitspunkt A und kann die bei niedrigerer   Strömungsgeschwindig-    keit festgestellte Eichkurve benutzen. Es lassen sieh also mit dieser Anordnung kleine Änderungen einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit messen und aufzeichnen.



  Dabei ist die Grenzfrequenz, das heisst die höchste mögliche Änderung der   Geschwindig-    keit durch die Drahtstärke der Sonde bestimmt. Beim Messen der mittleren Strö  mungsgeschwindigkeit    über einen grösseren Bereich hält man zur Einhaltung einer konstanten   Empfindlichkeit    am besten den Ar  Arbeitspunkt    A fest. Am Ausgang des Gerätes wird anstatt des Oszillographen in diesem Fall ein   Anzeigeinstrument    angeschlossen und dieses als  Null-Instrument  verwendet. Damit kant man die Drahtsonde immer auf gleiche Temperatur einstellen, welche durch den Nullpunkt des Instrumentes am Ausgang A angezeigt wird. Zum Einstellen dieses Nullwertes muss der Widerstand   R2    in der Messbrücke verstellt werden.

   Die Stellung von   R2    ist somit ein Mass für die Strömungsgeschwindigkeit. Die Regelung des Widerstandes   R2    kann entweder von Hand oder automatisch mit Hilfe eines vom Ausgang des Gerätes direkt gesteuerten Drehspulpotentiometers vorgenommen werden, in einer Anordnung, wie es z. B. für die Fernanzeige von Messwerten getroffen wird. In diesem Fall wird der Oszillograph durch ein Drehspulinstrument ersetzt, dessen als   Widerstandssehaltarm    ausgebildeter Zeiger den Widerstand R2 so lange verstellt, bis die Zeigerausgangsstellung wieder  erreicht wird. Mit einer solchen Anordnung ist dann eine direkte Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit möglich.



   Wenn die Strömungsgeschwindigkeit konstant oder bekannt ist, eignet sich die beschriebene Anordnung auch zum Messen von Temperaturen, und zwar zum Messen der Temperatur strömender als auch stillstehender Medien, oder auch zum Messen der Temperatur erhitzter Körper, indem man die Sonde in das zu untersuchende Medium eintaucht oder z. B. bei festen Körpern deren Strahlungswärme oder -kälte aussetzt, oder diese direkt berühren lässt.



   Man gleicht die Brücke derart ab, dass bei einer bestimmten Solltemperatur in der Brükkendiagonale die Spannung    Null     herrscht, während bei einer von der Solltemperatur abweichenden Temperatur Spannung vorhanden ist.



   Man kann den Ausgang des Gerätes nicht nur zur Anzeige, sondern gegebenenfalls auch über ein oder mehrere Relais zum Schalten oder Regeln irgendwelcher beliebiger Vorgänge benutzen. In diesem Fall wird die auftretende und verstärkte Diagonalspannung    im Gleichriehter C ; insbesondere derart gleich-    gerichtet, dass   unterhalb    des   Abgleiches    der Brücke ein negativer und oberhalb des Abgleiches ein positiver Strom entsteht, der dann ein Relais schaltet. Letzteres gibt dann seine   N : inusstellung    bei zu niedriger und seine Plusstellung bei zu hoher Temperatur. Auf diese Weise können die Grenzen des Regel- oder Schaltvorganges festgelegt werden.

   Die Arbeitsgeschwindigkeit der Einrichtung ist in erster Linie von der Frequenz des vom Generator T der Brücke gelieferten Wechselstromes (also von der Trägerfrequenz) abhängig.



  Je höher diese Frequenz ist, desto rascher arbeitet das Gerät   und    umgekehrt. Auch die Länge und Dicke des Sondendrahtes ist von Einfluss. Es spricht dieser um so rascher an, je kürzer und dünner er ist.



   Beim Untersuchen von elektrisch leitenden Medien ist der Sondendraht mit einem isolierenden Überzug zu versehen, der natürlich ebenfalls möglichst dünn sein soll, um die Wärmeträgheit des Drahtes nicht zu vergrössern. Ausserdem müsste sowohl der Draht als auch sein Überzug für die   durchzuführen-    den Messungen ausreichend hitzefest sein.



   Die beschriebenen Vorrichtungen eignen sich vor allem zum Messen von Gasströmungen in ihren zugehörigen Leitungen. Unter Be  rücksiehtigung    der notwendigen   Isoliermass-    nahmen können auch strömende F'lüssigkeiten gemessen werden. Bei der Messung der Temperatur fester Körper bringt man, wie bereits erwähnt, die Messsonde möglichst nahe an diese heran.



   Will man mit der Hitzdrahtsonde die Strö  mungsgeschwindigkeitcn    von Gasen oder   Flüs-    sigkeiten messen, deren Temperatur sich gleichzeitig ändert, dann muss der Temperatureinfluss bekannt sein, damit er am Anzeigegerät der Hitzdrahtsonde berücksichtigt werden kann. Es muss also in diesem Fall eine strömungsunabhängige Temperaturanzeige gleichzeitig mit der Messung der Hitzdrahtsonde durchgeführt werden. Zur strömungsunabhängigen Messung kann ein Thermoelement verwendet werden   (Fig. 3).    Es kann dies unbedenklich geschehen, weil die Thermoelemente erst bei verhältnismässig hohen Strö  mungsgeschwindigkeiten    von diesen beeinflusst werden. Gegebenenfalls kann man auch ein   Staudruckthermometer    verwenden.

   Die Spannung des Thermoelementes Th wird in einem Ringmodulator der Trägerfrequenz aufmoduliert, im Verstärker V verstärkt, bei    & ,    wie vorbeschrieben, gleichgerichtet und vorteilhaft auf dem gleichen Papierstreifen gleichzeitig zusammen mit der Strömungsgeschwindigkeitsanzeige der Drahtsonde aufgezeichnet.



  Man hat also die Temperatur und die durch diese beeinflusste Strömungsgeschwindigkeit auf dem gleichen Diagramm nebeneinander stehen und kann nach vorher geschehener Eiehung den Temperatureinfluss   berüeksiehtigen.   



  Die Eichung des für die Temperaturmessung benutzten Trägerfrequenzgerätes   kann - mit-    tels eines Eichkastens E durchgeführt werden, der entsprechend der in diesem   angewen-    deten Widerstände verschiedene, genau bekannte Spannungen liefert. Die Eichung der   Hitzdrahtsonde muss im strömenden Medium bei verschiedenen Temperaturen erfolgen. Die nach dem beschriebenen Prinzip durchgeführte Messung ist nur dann richtig, wenn das Thermoelement die Temperatur des durch die Hitzdrahtsonde umfluteten Mediums misst.



  Die Hitzdrahtsonde   und    das Thermoelement müssen sich daher in unmittelbarer Nachbarschaft befinden (Fig. 5), wobei durch geeignete Einrichtungen dafür gesorgt werden muss, dass die Strahlungswärme der Hitzdrahtsonde im Thermoelement nicht zur Anzeige kommt. Hierzu dient die Anordnung nach Fig.   4.    Sowohl das Thermoelement Th als auch die Sonde S dienen dabei als Geber für je ein    Gerät Gt, l und Gs. Jedes dieser Geräte be-    steht, wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 3 aus Verstärker V,   Gleich-      riehter    G, Demodulator D und Schleife A.



  Beide Schleifen zeichnen ihr Diagramm auf dem gleichen Papierstreifen nebeneinander auf. Auf diese Weise kann neben der Strö  mungsgesehwindigkeit    auch der Temperatureinfluss festgestellt werden. Zu beachten ist, dass das Thermoelement ebenfalls ausreichend dünn sein muss, damit es den auftretenden Temperaturänderungen rasch folgen kann.



   Die   Rücksichtnahme    auf die Temperatur beim Messen der   Strömungsgesehwindigkeit    kann erheblich vereinfacht werden, wenn man    die beiden Geräte Gs und gth hintereinander    schaltet, die beiden Ströme von Sonde und Thermoelement voneinander abzieht, und die sich ergebende Differenz durch eine Schleife zur Anzeige bringt.

   Bezeichnet man mit   J    den Strom im Ausgang des Trägerfrequenzgerätes für die Strömungsgesehwindigkeit und mit   Jth    den Strom des Trägerfrequenzgerätes für die Temperatur, dann ergibt sich der Zusammenhang   J8-f    (Jth) =   J (Anzeige)      Die Anzeige dieser Schleife veranschaulicht bei richtiger Regelung der vom Thermoelement herkommenden Spannung die von der Temperatur unabhängige   Strömungsgesehwindigkeit    dann, wenn die Abhängigkeit der Hitzdrahtsondenspannung S von der Temperatur linear ist. Dabei wird angenommen, dass die Thermo  kraftkurve    ebenfalls angenähert linear ist.

   Da jedoch die Abhängigkeit der   Strömungsge-      schwindigkeitsanzeige    bei der Sonde nicht linear, sondern von der Temperatur abhängig ist, kann eine direkte Anzeige der Differenz nicht erfolgen. Es muss vielmehr die vom Thermoelement kommende Spannung in einem Netzwerk so umgeformt werden, dass die Abhängigkeit der Anzeige der Hitzdrahtsonde von der Temperatur   berüclsichtigt    wird.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Elektrisches liberwachungsverfahren mittels einer Hitzdrahtsonde als Geber für ein mittels Trägerfrequenz-Modulation betriebenes Gerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Hitzdrahtsonde (S) mit Gleichstrom vom Trägerfrequenzstrom unabhängig geheizt und die Trägerfrequenz ausschliesslich zum Überwachen benutzt wird.

   II. Vorrichtung zur Durehführung des Verfahrens nach dem Patentansprueh I, gekennzeichnet durch eine von einem Generator (T) mit Trägerfrequenz versorgte Brückenschaltung (Br) mit einem die Brückendiagonalspannung verstärkenden Verstärker (V), an diesen sich anschliessenden Gleichrichter (a), hinter diesem liegender Siebkette (D) und einer Anzeigevorrichtung (A) am Ausgang und einer im einen Zweig der Brücke (Br) angeordneter Drahtsonde (S).

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Messbrücke (Br) nur auf dem steil abfallenden Ast (A-B) der bei Abkühlung des Sondendrahtes (S) abfallenden elektrischen Widerstands lmrve eicht.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man bei der Eichung der Brücke (Br) den vorgenannten Arbeitspunkt (A) der Widerstandskurve festhält und am Ausgang des Gerätes ein Nullinstrument verwendet, sowie zur Einstellung des Nullpunktes den Heiz- widerstand (R2) der Sonde entsprechend verstellt.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man für Schaltvor- gänge die auftretende verstärkte Diagonalspannung im Gleichrichter (a) derart gleichrichtet, dass unterhalb des Abgleiehes der Brücke (Bs) ein negativer und oberhalb des Abgleiches ein positiver Strom entsteht, der dann ein Relais schaltet.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man den Regelwiderstand (R2) der Sonde (S) durch ein vom Ausgang des Gerätes gesteuertes Drehspulpotentiometer nach dem Prinzip der Fernanzeigegeräte steuert.

   5. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man den Heizwiderstand (R2) der Sonde (S) nach einer zum Messen von (tesehwindigkeiten geeigneten Grösse eicht und das Trägerfrequenzgerät als Nullinstrument verwendet.

   6. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtsonde (S) in einem mit zwei Induktivitäten (L1, L2) und einem Widerstand (R2) versehenen Batteriestromkreis (1) liegt.

   7. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeich- net, dass neben der Drahtsonde (S) ein Thermoelement (Th) in der Messbrücke (Br) angeordnet ist.

   8. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Geber (Sonde S und Thermoelement Th) unmittelbar für eine Messstelle zusammengebaut sind.

   9. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Geber (S oder Th) auf ein Trägerfrequenzgerät (6,, Gtll) für sich einwirkt, deren Anzeigegeräte (A) jedoch derart angeordnet sind, dass die Messergebnisse beider Geräte auf dem gleichen Registrierstreifen nebeneinander aufgezeichnet werden.

   10. Vorrichtlmg nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 6 bis 9, gekennzeichnet durch einen dem Thermogeber (Th) zugeordneten Eichkasten (E), der eine Anzahl durch einen Kurzsehlussschalter abschaltbare Widerstände enthält.

   11. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenz-Modulationsgeräte (Gs und Gth) für Sonde (S) und Thermoelement (Th) hintereinander geschaltet sind, derart, dass die Differenz von Sonden- und Thermoelementenstrom zur Anzeige kommt.

   12. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 6 bis 11, gekennzeichnet durch ein Netzwerk für die vom Thermoelement kommende Spannung, welches diese derart umformt, dass die Abhängigkeit der Hitzdrahtsonde von der Temperatur berücksichtigt ist.