DE6945138U - Temperaturempfindliche stroemungsschaltvorrichtung. - Google Patents
Temperaturempfindliche stroemungsschaltvorrichtung.Info
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Description
Anmelderin: Coming Glass Works
Corning, N. Y., USA
Corning, N. Y., USA
Temperaturempfindliche Strömungsschaltvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine auf Temper^turänderunRen ansprechende
Strömungsschaltvorr^chtung.
Bei der Datenverarbeitung oder in der Regeltechnik werden Temperaturdaten meist 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 liegt der Fall beim Einsatz von Strömungselementen. Die elektrischen Daten müssen hier zunächst in Strömungsdaten umgewandelt werden, oder die Regel- oder Datenverarbeitungsvorrichtung muss grundsätzlich gemischt, d. h. unter Verwendung
von elektronischen und strömungsmittelbetriebenen Komponenten aufgebaut werden..
Dia ±·;γfinching hat tine Strömungsschalt vorrichtung, zur Erfassung
von J-SEi eraturdo/Gen zur Aufgabe, die ν mittelbar als
Auss;angswerte der Strömmgsphase, z. B. in Form von Druckänderunger:
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 erfindungsgemässen Vorrichtung,
währen^1 die Figuren 2 und 9 die Druckkennlinien der Vorrichtungen
der Fig. 1 bzw. S in Aühängigkeit von Temperaturänderungen
graphisch darstellen.
Die Figur 1 zeigt die Dj.se 10 durch die die Strömung 12 i
einen Wechsel wirkungsbereich 14 tritt. Weiter stromabwärts wird die Strömung durch einen Strömungsteiler 16 auf die Auslasskanäle
18 und kO verteilt. Ein 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 Weite der Strömungsmittellinie der Düse in den Wechselwirkungsbereich 14·. Das Thermoelement besteht
z. B. in bekannter Weise aus Materialstreifen mit verschie dener Wärmedehnung, z. B. Bimetall, Glas usw. und ist bei
einer bestimmten Temperatur gerade, verbiegt sich aber bei
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1I Temperaturabweichu/^en nach oben oder unten in der einen oder
>f anderen Richtung zur Strömungsrichtung. Je nach Temperaturanstieg
oder -abfall wird dMrch die entsprechende Verbiegung des Elements 22 der normalerweise gleichmässig auf die beiden
Auslasskanäle 18 und 20 verteilte Strömungsmittelfluss nach.
Massgabe der Temperaturabweichung in den einen oder anderen
Kanal mehr oder weniger umgelenkt. Der entsprechend veränderte Ausgangsdruck ist damit ein Mass für die Temperaturänderung.
Nach dem Beispiel des Schaubilds der Figur 2 steigt z. B. der Strömungsdurchfluss im Kanal 18 mit abnehmender Temperatur
vom Normalwert.
Nach der Ausi -ldung der F'gur \ sind zwei thermisch verformbare
Elemente 26 vorgesehen. Sie reichen entlang beiden Seiten der Strömungsmittellinie der Düse 30 J-n. den Wechselwirkungsbereich
28 und bilden ein nach dem Coanada-Prinzip arbeitendes
Paar von Haftwänden für die Strömur. 2; 32. Die Dehnungskennlinien
beider Elemente sind einander im wesentlichen gleich, so dass sie sich bei gegebenem Temperaturvektor in
der gleichen Richtung verformen. Die Verwendung von zwei Elementen verringert die Verluste des freien Düsenstroms und verbessert die Druckausbeute und damit den Wirkungsgrad der
Strömungsschaltvorrichtung.
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Nach der Ausbildung der Figur 4 ist das thermisch verformbare
Element am einen Ende an der Spitze des die Auslasskanäle 42, 44 voneinander trennenden Strömungsteilers 40 befestigt und
reicht entlang der Strömungsmittellinie der Düse 34 ^n den
Wechselwirkungsbereich 38. Bei einer Temperaturabweichung der Strömung 36 von einer gegebenen, das Element 46 gerade lassenden
Normaltemperatur 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 xn den Kanälen 42 und 44.
Nach der weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist entsprechend der Figur 5 das thermisch -^rformbare Element 58 am Auslassende
eines Regelkanals 56 angeordnet, der von einem stromaufwärts
von der Düse 48 abgezweigten Strömungsteil durchflossen wird. Je nach Temperaturänderung und entsprechender Verbiegung
des Elements 58 wird der Auslass des Regelkanals mehr
oder weniger weit geöffnet bzw. geschlossen, z. B. bei nemp·--
raturabfall unter den Normalwert panz geschlossen, so dass der
gesamte Düsenstrom durch den Auslasskanal C2 fliesst, während
bei steigender Temperatur der Regelkanal zunehmend geöffnet
und damit die Strömung zunehmend vom Auslasskanal 52 in den Auslasskanal 54 umgelenkt wird. Die entsprechenden Druc^änieruiigen
in den Auslasskanälen zeigen c*;e Temperaturveränderungen
aii.
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Ab
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 de: je nach Ableitung aus dem Regelkanal schwankenden Niederdruck im Kanal 70, durch den mehr
oder weniger grosse Strömungsmengen vom Auslassk mal 64 in ien
Auslasskanal 7? umgelenkt werden. Bei entsprechend hohen Temperaturen
wird die erfragende Strömungsablenkung in den Kanal
durch die Anordnung ier Kenalwand 74 noch, unterstützt und dadurch
eine deutlicher" Strömungsänderung erzielt.
Nr Λ de-" weiteren günstigen Ausgestaltung ent jdt -chend der
Px^ur 7 irt das thermiscn verformbare Element 82 normalerweise
geki mm"·" und bildet eine die Strömung zv. den Auslasskanälen
84, 36 hinführende, gekrümmte Hsftwand. Bei niedrigen
Temperaturen unterhalb eines vorgegebenen NormalweTts
ist die Krümmung verhältnismässig schwach und lie .esamte
oder ein grösserer Teil der Strömung fliesst tangential von der leicht gekrümmten Haftwand in den Auslasskanal b6, so dass
13823.11.7i.
in diesem ein grösserer Druck herrscht als in dem Auslasskanal
84. Ein Temperaturanstieg 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 <■ bnehmendem 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 verfoi-mbaren Element abgetasteten Temperaturänderung
proportionale, bzw. kontinuierliche Druckänderungen des Strömungsmittels.
T)urch entsprechende Ausgestaltung der Vorrichtung
sind abe^ luch digitale Aur~anfrsr ' gnale des Strömungsmittpls
erzielba"". Dip "Fifur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel«
E^.ne Düse 88 richtet die Kraf * ötrömunp JO uoer die We ;hselwirkungskunm'
.* co P1If die Auslasskanal '.-^, 96. Das in <3τ
Wechselwirkung0''ammer angebrachte thermisch verformbar Element
98 bildet bei niedrigen Temperaturen eine die Strömung
in den K:nal94- lenkende Haftwand. Bei stei^'.ader Temperatur
wird das freie En4e des Elements 98 zunehmend von der Düse 88
abgebogen, bis "bei Erreichen des kritischen Temperaturwerts
die Verbiegung so stark ist, dass sich die Strömung 90 ablöst
und entlang der Fittellinie der Düse 88 in den Ausgangskanal 96 fliesst. Die digitale Vorrichtung arbeitet also wie ein
wärmeempfindliches Schalterelement oder Flip-Flop, dessen Ausgang
davon abhängt, ob die Temperatur über oder unter einem vorgegebene!- Wert liegt. Die Figur 9 zeigt die Ausgangskennlinie
nu t der für solche Digitalgeräte chai'akteristischen
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. Bc ein dünner
Metallstreifen, ist mit dem einen Ende an einer and der die Strömung 102 über die Wechselwirkungskammer 104 auf den Ausgar "skanal 106 richtenden üäse 100 befestigt und reicht mit
seinem freien Ende entlang der Strömungslinie der Strömung 102 in die Wechselwirkunpskammer 10''. Über eine am freien
Ende angreifende GelenKverbindung 110 ist der Metallstreifen
mit dem in einem Testmedium von der ot >mung 102 getrennt gelagerten
thermisch verformbaren Element 112 verbunden. Dieses gelangt daher mil dsm u. U. durch Schmutz, Gase und dergleichen
Tarschmutzten oder kontaminierten Strömungsmittel überl·Cv.pt
nicht in Berührung uie Vorrichtung spricht besonders
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schnell auf rasche Temperaturänderungen an, da nur das Element
112 erhitzt zu werden braucht, nicht aber die gesamte, durch die Vorrichtung fliessende Strömungsmasse. Die nicht
mit dem Testmedium in Berührung gelangenden Teile können dabei aus nicht feuerfestem Material gefertigt werden. Erforderlich
ist lediglich eine der Verformung des thermischen Elements entsprechende Biegungsfestigkeit bzw. Elastizität des
Metallstreifens 108.
Das thermisch verformbare Element besteht z. B. aus einem Bimetallstreifen
oder dergleichen, oder aus einer Bourdon-Röhre, in der ein bei Erhitzung expandieiendes, hermetisch eingeschlossenes
Gasvolumen das Rohr verformt.
In den gezeigten Ausführurgsbeispielen kann die Druckker nie
al? Temperaturfunktion umgekehrt werden, indem das thermisch
verformbare Element einfach umgedreht wird, so dass es sich bei Temperaturänderungen in umgekehrter Richtung verbiegt. Ferner
kann die Temperaturbeaufschlagung auch durch einen an das
Element gelegten elektrischen Heizdraht oder dergleichen anstatt durch das Strömungsmittel erfolgen.
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Claims (8)
1. Temperaturempfindliche Strömungsschaltvorrichtung mit einer
einen Kraftstrom in eine Wechselwirkungskammer gebenden Düse und mindestens einem stromabwärts an die Wechselwirkungskammer
angeschlossenen Auslasskanal, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermisch verformbares Element (22) vorgesehen ist, das
mit der Strömung derart zusammenwirkt, dass Temperaturänderungen
als Änderung der Strömungsverhältnisse, insbesondere des Strömungsdrucks erscheinen.
2. Strömungsschaltvorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass ein weiteres thermisch verformbares Element (26) vorgesehen ist und beide λ lern*-, rite auf je gegenüberliegenden
Seiten der Düsenmittellinie der Düse '3O) liegen.
3. Strömungsschaltvorrichtunp· gemäss Anspruch 1. dadurch gekernzeichnet,
dass das thermisch verformbare Element (4-6) an der Spitze eines zwei Auslasskanal (4-2, 44) voneinander trennenden
Strömungstellers (IG) befestigt ist und entlang der Mittellinie der Düse (3^) verläuft.
13δ?3 ii ■<?
- 10 -
4. Strömungsschaltvorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass ein thermisch verformbares Element (58,
68) am Ausgang eines für die Ablenkung des Kraftstroms bestimmten Regelkanals (56, 66) liegt und die Regelströmung temperaturabhängig
steuert.
5. Strömungsschaltvorrichtung 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 Auslasskanäle (9^, 96) ablenkt,
wenn die Sti^mungstemperatur unter einem vorbestimmten Wert
liegt, dagegen sich so weit verbiegt, dass sich die Strömung ablöst, wenn die Strömungstemperatur dem vorgegebenen Wert
mindestens gleich ist, so dass die Strömung durch den anderen der beiden Auslasskanäle fliesst.
6. Stromungsschaltvorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das bogenförmig ausgebildete thermisch verformbre
Element (82) eiie gekrümmte Haftwand für die Strömung im Wechselwirkungsbereich bildet und cit wenigstenc zwei, in
eine ^- zu ,"jeweils verschiedenen AblösewinkeΊ.η der Strömung vom
Element (82) strömungsanfnehmenden Lage angeordneten Auslasskanälen
(84-, 86) zusammenwirkt, wobei die Ablösewinkel durch
die am Strömungsabxösepunyt an das Element (82) gelegten Tangente
md die Strömungsmittellinie der Düse gebildet werden.
- 11 -
13823.11.7
-η-
7. Strömungsscha.ltvorrichtung gemäss irgend einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des
thermisch verformbaren Elements in gleicher Lage ein mechanisch biegsamer Streifen (108) angeordnet und mit dem in einem von
der Strömung getrennten Testmedium liegenden thermisch verformbaren Element (112) gelenkig verbunden ist.
8. Strömungsschaltvorrichtung gemäss irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch
verformbare Element aus einem Bimetallstreifen, einem Bourdon-Rohr oder dergleichen besteht.
S9/.513823.11.72
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