DE1958435A1

DE1958435A1 - Temperaturempfindliche Stroemungsvorrichtung

Info

Publication number: DE1958435A1
Application number: DE19691958435
Authority: DE
Inventors: Small Donald Andrews
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1968-11-25
Filing date: 1969-11-21
Publication date: 1970-06-18
Also published as: US3557816A; NL6917667A; DE6945138U; GB1296693A; FR2024183A7

Description

ALEXANDER R. HERZFELD * 6 Frankfurt a.m. wι

RECHTSANWALT soph!enstrassesa

BEI DEM LANDGERICHT FRANKFURT AM MAIN

4nmelderin: Corning Glass Works

Corning, Nevr York, USA

Temperaturempfind liehe Strömungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine auf Teinperaturäriderungen ansprechende Strönmngsvorrichtung.

Bei der Datenverarbeitung oder in der Regeltechnik werden Temperature!aten mei-;t in elektrischer Form, z. B. durch Thermoelemente, Dehnungsmesser und dergleichen angezeigt. Für die analoge und digitale Verarbeitung voll elektronisch arbeitender Vorrichtungen ist dies günstig, da die elektrischen Anzeigewerte unmittelbar verarbeitet werden. Anders lie^t der Fall beim Einsatz von Strömungselementen. Die.elektrischen Daten müssen hier zunächst in Strömungsdaten umgewandelt werden, oder die Regel- oder Datenverarbeitunpsvorrichtung muss grundsätzlich gemischt, d. h. unter Verwendung von elektronischen und strömunc-smittelbetriebenen Komponenten aufgebaut werden.

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GIRO KONTO 4 5 0/68 B-3 DEUTSCHE BANK A. G. FRANKFU RT A.M. ■ POSTSCHECK FRANKFURT A. M. 6 4 368

ORIGINAL

Die Erfindung hat eine Strömungsvorrichtung zur Erfassung ■ von Temperaturdaten zur Aufgabe, die unmittelbar als Ausgangswerte der Strömungsphase, z. B. in Form vor Druokänderungen und dergleichen, in analoger oder, digitaler Form ausgegeben werden.

In den Zeichnungen zeigen die Figuren 1, 3-8 und 10 in schematischer Aufsicht eine Reihe von Ausführungsbeispielen bzw. günstigen Ausgestaltungen der erfindungs^fvemässen Vorrichtung, fc während die Figuren 2 und 9 die Druckkennlinien der Vorrichtungen der Fig. 1 bzw. 8 in Abhängigkeit von Ternperaturänderungen graphisch darstellen.

Die Figur 1 zeigt die Düse 10 durch die die Strömung 12 in einen Wechselwirkungsbereich 14 tritt. Weiter stromabwärts wird die Strömung durch einen Strömungsteiler 16 auf die Auslasskanäle 18 und 20 verteilt. Mn thermisch verformbares - Element, z. B. Thermoelement 22 ist mit einem Ende an der einen Düsenwand 24 befestigt und ragt mit dem anderen, freien Ende entlang einer Seite der Strömungsmittellinie der Düse in den v/echse !wirkungsbereich 14. Das Thermoelement besteht z.B. in bekannter Weise aus Material streifen mit verschiedener Wärmedehnung, z. B. Bimetall, Glas usw. und ist bei einer bestimmten Temperatur gerade, verbiegt sich aber bei

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Temperg t\\r abweichungen nach, oben oder tint en in der einen oder anderen Richtung zur Strömungsrichtung. Je nsch Tempersturanstieg oder -abfall wird durch die entsprechende Verbiegung des jjJlements ?2 der normalerweise ffleichmässig auf die beiden AuslassKanäle 18 und■20 verteilte Strömun^smittelfluss n^ch i'.T.ssgabe der Tenrnaraturabweichung in den einen oder anderen Kenal mehr oder weniger umgelenkt. Der entsprechend veränderte Ausgan" °-sd ruck ist damit ein Mass für die Temperqturänderung. Hacr dem Beispiel des Schaubilds der Figur 2 steigt z. B. der Strom^ngsdurchfluss im Kanal 18 mit abnehmender Temperatur vom Normalwert.

Nach der Ausbildung der Figur 3 sind zwei thermisch verformbare Elemente 26 vorgesehen. Sie reichen entlang beiden Seiten der Strömungsmittellinie der Düse 30 in den Wechselndrkungsbereich 28 und. bilden ein nach dem Coanda-Prinzip arbeitendes Paar von Haftwänden für die Strömung 3?· Die Oehnungskennlinien beider Elemente sind einander im wesentlichen g] eic^¹, so dass sie sich bei gegebenem Temperaturvektor in der gleichen Richtung verformen. Die Verwendung von zwei Elemente^, verringert die Verluste des freien Düsenstroms und verbessert die Druckaiisbeute und damit den ',Virkungsgrad der Btrömunrrsvorrichtune·.

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Nach der Ausbildung der Figur 4 ist das thermisch verformbare Element am einen Ende an der Spitze des die Auslasskanal« 42, 44 voneinander trennenden Strömungsteilers 40 befestigt und reicht entlang der StrönmngsTnittellinie der Düse y\- in den Wechselwirkungsbereich 38. Bei einer Temperaturabweichung der Strömung 36 von einer gegebenen, das Element 46 gerade lassenden Normalteirperatur wird dieses so verformt, dass der eine der beiden Auslasskanäle 42, 44 weiter geöffnet und der andere stärker geschlossen wird. Entsprechend der Temperaturabweichung ändert sich der Strömungsdruck in den Kanälen 42 und 44·.

Nach der weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist entsprechend der Figur 5 das thermisch verformbere Element 58 am Auslassende eines Regelkanals 56 angeordnet, der von einem -stromaufwärts von der Düse 48 abgezweigten ßtrömungsteil durchflossen wird. Je nach Temperaturänderung und entsprechender Verbiegung des Elements 58 wird der Auslass des Regelksnals mehr oder weniger weit geöffnet bzw. geschlossen, z. B. bei Temperaturabfall unter den Normalwert ganz geschlossen, so dass der gesamte Düsenstrom durch den Auslasskanal 52 fliesst, während ' bei steigender Temperatur der Regelkanal zunehmend geöffnet und damit die Strömung zunehmend vom Auslasskanal 52 in den Auslasskanal 5^ umgelenkt wird. Die entsprechenden Druckänderungen in den Auslasskanälen zeigen die Temperaturveränderungen an.

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Bei der Ausgestaltung der Figur 5 ist das thermisch verformbare Element 68 ebenfalls am Ausgang eines Regelkanals 66 angeordnet, der Regelkanal führt aber nicht in die Wechselwirkungskammer 70 und zu dem Düsenstrom selbst, vielmehr wird die Auslassströmung aus dem Regelkanal durch den Kanal 70 seitlich abgeleitet. Die Wirkung des unter Temperatureinfluss den Auslass des Regelkanals mehr oder weniger freigebenden Elements 68 beruht hier auf dem je nach Ableitung aus dem Regelkanal schwankenden Niederdruck im Kanal 70, durch den mehr oder weniger grosse Strömungsmengen vom Auslasskanal 64 in den Auslasskanal 72 umgelenkt werden. Bei entsprechend hohen Temperaturen wird die erfolgende Strömungsablenkung in den Kanal 72 durch die Anordnung der Kanalwand 74- noch unterstützt und dadurch eine deutlichere Strömungsänderung erzielt.

Nach der weiteren günstigen Ausgestaltung entsprechend der Figur 7 ist das thermisch verformbare Element 82 normalerweise gekrümmt und bildet eine die Strömung zu den Auslasskanälen 84-, 86 hinführende, gekrümmte Haftwand. Bei niedrigen Temperaturen unterhalb -eines vorgegebenen Normalwerts ist die Krümmung verhältnismässig. schwach und die gesamte oder eingpösserer Teil der Strömung fliegst tangential von der leicht gekrümmten Haftwand in den Auslasskanal 86, so dass in

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diesem ein grösserer Druck herrecht als in dem Auslasskanal 84. Bin Tempereturanstieg erzeugt eine stärkere Krümmung des Elements, so dass der mit der Strömungsmittellinie der Düse 78 gebildete Winkel des Kraftstroms kleiner wird. Infolgedessen steigt der Druck in dem Auslasskanal 84 und sinkt in dem Auslasskanal 86 progressiv mit steigender Temperatur,. während bei abnehmender Temperatur die Verhältnisse umgekehrt liegen. Mit abnehmendem Krümmungsradius wird also die Krümmung des Elements 82 stärker, so dass der Ablösungswinkel der ^ Strömung mit der Düsenmittellinie der Düse 78 immer kleiner wird.

Die bisher beschriebenen Beispiele der erfindungsgemässen "Vorrichtung arbeiten analog, d. h. als Messwert dienen der von dem verformbaren Element abgetasteten Temperatüränderung proportionale bzw. kontinuierliche Druckänderungen des Strömungsmittels. Durch entsprechende Ausgestaltung der Vorrichtung sind aber auch digitale Ausgangösignale des Strömungsmittels erzielbar. Die Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel. " Eine Düse 88 richtet die Kraftströmung 90 über die Wechselwirkungskammer 92 auf -die Auslasskanäle 94-, 96. Das in der

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Wechselkammer angebrachte thermisch verformbare Element 98 bildet bei niedrigen Temperaturen eine die Strömung in den Kanal 94 lenkende Haftwand. Bei steigender Temperatur wird

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das freie Ende des Elements 98 zunehmend von der Düse 88 abgebogen, bis bei Erreichen des kritischen Temperaturverts die Verbiegung so stark ist, dass sich die Strömung 90 ablöst und entlang der Mittellinie der Düse 88 in den Ausrangskanal 96 fliesst. "Die digitale Vorrichtung arbeitet also wie ein wärmeempfindliches Setialterelement oder Flip-Flop, dessen Ausgang davon abhängt, ob die Temperatur über oner unter einem vorgegebenen l'/ert liegt. Die Figur 9 zeigt die Ausgangskennlinie mit der für solche Digitalgeräte charakteristischen Hysterese.

Nach der weiteren günstigen Ausgestaltung der Figur 10 kann die Messvorrichtung von dem zu messenden Medium räumlich getrennt werden. Ein biegsames Element 108, z. B. ein dünner Metallstreifen, ist mit dem einen Ende an einer v/and der die Strömung 102 über die Wechselwirkungskammer 104 auf den Ausgangskanal 106 richtenden Düse 100 befestigt und reicht mit seinem freien Ende entlang der Strömungslinie der Strömung 102 in die tfechselwirkungskammer 104. Über eine am freien Ende angreifende Gelenkverbindung 110 ist der Metallstreifen mit dem in einem Testmedium von der Str-ömung 102 getrennt gelagerten thermisch verformbaren Element 112 verbunden. Dieses gelangt daher mit dem u. U. durch Schmutz, Gase und dergleichen verschmutzten oder kontaminierten Strömungsmittel überhaupt nicht in Berührung. Die Vorrichtung spricht besonders

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schnell auf rasche Temperaturänderungen an, da nur das Element 112 erhitzt zu werden braucht, nicht aber die besamte, durch die Vorrichtung fliessende Strömungsmasse. Die ninht mit dem Testmedi-um in Berührung frelan<?enden Teile können da-•bei aus nicht feuerfestem Material gefertigt werden. Erforderlich ist lediglich eine der Verformung des thermischen !Clements entsprechende Biegungsfestigkeit bzw. Elastizität des Metsllstreifens 108.

Das thermi.°.c^v' verformbare Element besteht z. B. aus einem Bimetallstreifen oder dergleichen, o^r1er aus einer Bourdon-ßöbre, in der ein bei Erhitzung expandierendes, hermetisch eingeschlossenes Gesvolumen das Rohr verformt.

In den gezeigten Ausführunp;sbei spielen kann die Druckkennlinie als Temperaturfunktion umgekehrt iverden, indem d^s thermirxh verformtare Element einfach uinredreht wird, so dass es sich bei Temperaturänderungen in umgekehrter Kichtuno* verbiegt. Ferner \ kann die Temperaturbeaufsc^lagung auch durch einen an das Element gelegten elektrischen Heizdraht oder dergleichen anstatt durch das Strömungsmittel erfolgen.

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Claims

Patentan Sprüche

ι 1,- Temperaturempfindliche Strömungsvorrichtung mit einer einen Kraftstrom in eine Wechselwirlcungskammer gebenden Düse und mindestens einem stromabwärts an die wechselwirkungskammer angeschlossenen Auslasskanal, dadurch gekennzeichnet, d^ss ein thermisch verformbares lulement (22) vorgesehen ist, das mit der Strömung derart zusammenwirkt, dass Temperaturänderungen als Änderung der Strömungsverhältnisse, insbesondere des Strömungsdrucks erscheinen.

2. Strömungsvorrichtung gemöss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres thermisch verformbares Element (26) vorgesehen ist und beide Elemente auf je gegenüberliegenden Seiten der Düsenmittellinie der Düse (30) liegen.

3. Strömungsvorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch verformbare Element (46) an der Spitze eines zwei Auslasskanole (42, 44) voneinander trennenden Strömungsteilers (16) befestigt ist und entlang der Mittellinie der Düse (34) verläuft.

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4-, Strömun^svorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekenn-"zeichnet, dass ein thermisch verformbares Element (58, 68) am Ausgang eines für die Ablenkung des Kraftstroms bestimmten Regelkanals (56, 66) liegt und die ßegelströmung temperaturabhängig steigert.

5· Strömungsvorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermisch verformbares Element (98) so angeordnet ist, dass es eine Haftwand für die Strömung bildet und diese in einen der beiden Alislasskanäle (9^₅ 96) ablenkt, wenn die Strömungstemperatur unter einem vorbestimmten 'lert liegt, dagegen sich so weit verbiegt, dass sich die Strömung ablöst, wenn die Strömungstemperatur dew vorgegebenen Wert mindestens gleich ist, so dass die Strömung durch den anderen der beiden Auslasskanyle fliesst.

6. Strömungsvorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bogenförmig ausgebildete thermisch verformbare Element (82) eine gekrümmte Haftwand für die Strömung im Wechselwirkungsbereich bildet und mit wenigstens zwei, in einer zu jeweils verschiedenen Ablösewinkeln der Strömung vom 131 ement (82) Strömungsaufnehmenden Lage angeordneten Auslasskanälen (84, 86) zusammenwirkt, wobei die Ablösewinkel durch die am Strömungsablösepunkt an das Element (82) gelegten Tangente und die Strömungsmittellinie der Düse gebildet werden.

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ⁿ. '-jtrön.imr~nvorricn.tiing gemäss irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch -gekennzeichnet, dass anstelle des thermisch verformbaren .Clements in gleicher Lage ein mechanisch T₃-J ο -τ α ου er streifen (108) angeordnet und mit dem I^ einem von der ätrömung f-vtrennten Testmedium liegenden ther^ipch verformüleinent (11?) ^c^eleniig verbunden ist.

8. Ötrcmun'-p.vorrichtung gemäss irgend einem der vorhergehend ν A.nsprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch formbnre "Hllement aus einem Bimetallstreifen, einem Bourdon-Rohr oder de^g]3.ichen besteht.

9· Strömun";svorrichtung gemäss irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch verformbnre Element über eine ele'rtrj scne Heizqiielle, einen ,Viderstandsdrnht c-^er dergleichen mit V/ärmeenergie be?ufschlagt

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