-
Thermometer für strömende Mittel Bei der Messung der Lufttemperatur
von schnell bewegten Luftfahrzeugen aus macht sich bekanntlich die Temperaturerhöhung
störend bemerkbar, die der Thermometerkörper durch die Kompressions- und Reibungswärme
erfährt. Eine rechnerische Berücksichtigung dieser Fehler ist zeitraubend und umständlich,
darüber hinaus aber auch schwierig, weil für verschiedene Thermometerformen und
für verschiedene Anbringungsorte des Thermometers verschiedene Temperaturerhöhungen
erhalten werden. Z. B. ist es bekannt, daß in Lee eines strondinienförmigen Körpers
eine geringere Temperaturerhöhung erhalten wird als in Luv. Dabei zeigte sich, daß
die Temperaturerhöhungen annähernd verhältnisgleich dem Quadrat der S,tromungsgeschwindigkeit
sind und innerhalb einiger Prozente einen jeweils bestimmten Bruchteil derjenigen
Temperaturerhöhung betragen, die sich aus der Kompressions- oder Reibungswärme berechnen
läßt.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die die
wahre Lufttemperatur unmittelbar ohne Umrechnungmit praktisch genügender Genauigkeit
zu bestimmen gestattet. Sie benutzt statt eines einzigen Thermometers deren zwei,
und zwar vorzugsweise Thermoelemente oder elektrische Widerstandsthermometer, die
verschiedene Empfindlichkeit besitzen und so gegeneinander geschaltet sind, daß
die Differenz ihrer unter dem Einfluß der Meßgröße auftretenden Veränderungen das
Anzeige-oder Schreibgerät beeinflußt. Die beiden Thermometer werden im Luftstrom
dablei so angeordnet, daß die durch Kompression und Reibung bewirkte fehlerhafte
Temperaturerhöhung in an sich bekannter Weise verschieden stark auftritt, und zzarar
gerade in umgekehrtem Verhältnis, wie es den Empfindlichkeiten der Thermometer entspricht.
Es wird also z. 3. die Form der Thermometer so gewählt, daß das Thermometer mit
gräßerer
Temperaturempfindlichkeit bei einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeiten
die kleinere Temperaturerhöhung erleidet, und umgekehrt. Dabei werden unter Thermometern
von verschiedener Empfindlichkeit solche verstanden, die bei einer gegebenen Temperaturänderung
das Anzeigegerät verschieden stark beeinflussen. Hierzu ist es gleichgültig, ob
die Thermometerkörper selbst verschieden stark auf Temperaturänderungen reagieren
oder ob nur die Übertragungsmittel zwischen den eigentlichen Thermometerkörpern
und dem Anzeigemittel das Anzeigegerät verschieden stark ansprechen lassen. Eine
nach diesen Grundsätzen ausgebildete Anordnung läßt sich nun zunächst offenbar in
ruhender oder schwach bewegter Luft, wo Kompressions- und Reibungswärme verschwinden,
wie jedes gewöhnliche Thermometer eichen. Diese Eichung wird dann auch im Luftfahrzeug
gelten. solange dessen Geschwindigkeit nicht zu groß wird. Bei erhöhter Geschwindigkeit
ist nun die Wirkungsweise der Erfindung folgende: An dem weniger empfindlichen Thermometer
entsteht eine Temperaturerhöhung d1t, an dem empfindlicheren die Temperaturerhöhung
d2t=a#d1t, wobei a < 1 erfindungsgemäß das Verhältnis der Thermometerempfindlichkeiten
darstellt. Bezeichnet man nun mit c1 und ei findlichkeit der Thermometer wiedergebende
Faktoren, so wird die durch die Temperaturerhöhungen hervorgerufene Ausschlagsänderung
des Anzeigegeräts d A=c1#d1t-c2#d2t =c1#d1t-c1/a#a#d1t=0 Die Geschwindigkeitserhöhung
ruft also keine Abweichung des Anzeigegeräts von demjenigen Anzeigewert hervor,
der der Eichung in ruhender Luft entsprach, wodurch das gestellte Problem gelöst
ist.
-
Die praktische Ausführung der Erfindung kann in mannigfacher Weise
erfolgen. Zunächst ist es, wie schon oben ausgeführt worden ist, gleichgültig, ob
die Thermometer an sich verschieden empfindlich sind oder ob nur durch geeignete
Wahl der Übertragungsmittel auf das Anzeigegerät die Ansprechempfindlichkeit des
letzteren gegenüber Temperaturänderungen an beiden Thermometern verschieden grob
gemacht wird.
-
Derartige Übertragungsmittel sind bei Verwendung von mechanischen,
z. B. Bimetallthermometern an sich bekannte Differentialhebel oder andere Differentialgetriebe.
Eine entsprechende beispielsweise Ausführung ist in Fig. 1 dargestellt, wo B1 und
B2 zwei Bimetallthermometer und H1, H2 einen sie verbindenden Differentialhebel
darstellen, dessen Mitte durch ein Verbindungsstück und einen Hebel 1: auf den Zeiger
Z wirkt, der sich um die Achse A dreht. In der Darstellung ist angenommen, daß die
Hebelarme H1 und H2 gleich sind, während die beiden Bimetallstreifn B1 und B2 verschieden
stark auf eine gegebene Temperaturerhöhung reagieren sollen. Bei gleichsinnigen
und gleich starken Temperaturän de.-nngen beider Bimetalle wird daher ein eichbarer
Zeigerausschlag hervorgerufen, während anderenteils die Empfindlichkeiten der Bimetallthermometer
so abgestimmt sind, daß bei den verschieden starken Temperaturerhöhungen, die die
Thermometer im Luftstrom erleiden, gleich große Ausschläge der Enden der Hebelarme
H1 und H2 hervorgerufen werden, so daß die Mitte des Hebels H1, H2 und damit auch
der Zeiger in Ruhe bleibt.
-
Offensichtlich läßt sich dieselbe Wirkung auch erreichen, wenn die
Bimetalle dieselben Dimensionen und damit dieselbe Empfindlichkeit besitzen, jedoch
die Hebelarme H1, H2 verschieden lang gemacht werden, Die zur Erzielung der erfindungsgemäßen
Wirkung notwendige verschieden starke Einwirkung der Fahrtgeschwindigkeit auf die
Thermometer kann in bekannter Weise z. B. dadurch erzielt werden, daß die Thermometer
in Luv und Lee eines Stromlinienkörpers angebracht werden *), Eine weitere Ausführungsform
ist in Fig. 2 dargestellt. Hier stellen B1 und B2 je eine Thermobatterie mit verschiedener
Lötstellenanzahl dar, die derart in einen Stromkreis mit dem Galvanometer G geschaltet
sind, daß ihre thermoelektrischen Kräfte einander entgegengerichtet sind. Wegen
der größeren Anzahl der Lötstellen der Batterie B1 werden die Thermokräfte dieser
Batterie überwiegen, so daß eine normale Eichung in schwach bewegter Luft möglich
ist. Treten jedoch an Bo infolge geeigneter Anbringung im Luftstrom größere Temperaturerhöhungen
als an B1 auf, so heben sich die zusätzlichen Thermokräfte auf, wenn die Anzahl
der Lötstellen von B1 und B2 entsprechend aufeinander abgestimmt ist. Statt Thermobatterien
von verschiedener Lötstellenanzahl zu nehmen, wäre es natürlich auch möglich, einzelne
Thermoelemente oder Batterien von gleicher Lötstellenanzahl, jedoch aus verschiiedenen
Metallen mit verschiedenen Thermokräften zu wählen.
-
Schließlich ist in Fig. 3 die Verwirklichung der Erfindung bei Benutzung
von Eine ähnliche Wirkung wird erzielt, indem ein Thermometer frei in der Strömung,
das andere im Staugebiet eines Widerstandskörpers angeordnet wird.
-
Widerstandsthermometern dargestellt. Hier bedeuten W1 und W2 die beiden
Widerstandsthermometer, von denen das eine zur Herabsetzung seiner Empfindlichkeit
einen Vorschaltwiderstand Wv bekommen hat. Auch hier läßt es sich durch entsprechende
Ab-Stimmungen der Widerstände W1, W2 und W, erreichen, daß zwei gegebene, in einem
bestimmtlen Verhältnis zueinander stehende Temperaturerhöhungen an W1 und W2 ohne
Einfluß auf das Galvanometer G bleiben, so daß leine Änderung des Galvanometerausschlages
nicht leintritt, wenn von der Messung in schwach bewegter Luft zu der Messung in
schnell bewegter Luft derselben Temperatur übergegangen wird. Anderenteils bleibt
aber der Galvanometerausschlag abhängig von Temperaturänderungen, die beide Thermometer
in gleichem Maße betreffen, so daß eine Eichung in schwach bewegter Luft, die gemäß
dem Vorstehenden auch für schnell bewegte Luft Gültigkeit hat, möglich ist.
-
Dile Wirkungsweise der in Fig. 3 dargestellten Schaltung wird übrigens
grundsätzlich nicht verändert, wenn der Vorschaltwiderstand Wv nicht in Serie, sondern
parallel zu W2 geschaltet wird oder wenn zwei Belastungswidlerstände benutzt werden,
von denen der eine in Serie, der andere parallel zu W liegt. Die Vorschaltwiderstände
werden entbehrlich, wenn Widerstandsthermometer von verschiedenem Temperaturkoeffizienten
benutzt werden, jedoch fällt dann der dem Vorschaitwiderstand innewohnende Vorteil
der Abstimmbarkeit zu Justierzwecken weg.